磁傳感器輔助的彈載GNSS接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、為適應(yīng)高技術(shù)局部戰(zhàn)爭的需要，GNSS制導(dǎo)的精確制導(dǎo)炮彈已成為各國競相發(fā)展的重要裝備之一。增強(qiáng)彈載環(huán)境下的GNSS信號的捕獲能力和提高信號捕獲精度是GNSS制導(dǎo)的重要目標(biāo)。針對彈體飛行時間短、彈體高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的多普勒頻移和相位偏移現(xiàn)象，圍繞提高彈載接收機(jī)捕獲精度，加強(qiáng)跟蹤性能，本文采用磁傳感器測量彈體姿態(tài)的方法，結(jié)合彈道學(xué)特征，輔助彈載GNSS接收機(jī)捕獲跟蹤信號，并研究提高信號捕獲精度的方法。
　　研究現(xiàn)代GNSS采用的BOC調(diào)制方

2、式的特點(diǎn)，根據(jù)BOC信號的自相關(guān)函數(shù)產(chǎn)生捕獲模糊度的現(xiàn)象，分別采用自相關(guān)旁瓣消除算法、Filtered算法和無模糊度算法降低相關(guān)函數(shù)副峰與主峰的對比度，從而降低捕獲的模糊度。算法為提高捕獲精度算法的研究和彈體高速旋轉(zhuǎn)對接收機(jī)接收信號影響的研究提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。
　　研究了在中頻信號采樣階段和捕獲階段提高信噪比和捕獲精度的方法。中頻信號采用雙通道正交采樣，同時使用IQ兩個支路的信號作為數(shù)據(jù)源處理，使得信號相關(guān)峰顯著增大，推導(dǎo)了雙通道

3、解擴(kuò)的FPGA實現(xiàn)算法。粗捕獲獲得的衛(wèi)星信號有較大的誤差，針對BOC信號的多峰結(jié)構(gòu)，提出在采用ASPeCT算法消除BOC信號相關(guān)函數(shù)的旁瓣影響后，采用最小二乘法和三次樣條插值法對相關(guān)峰的碼相位進(jìn)行精確估計。通過仿真試驗，驗證兩種碼相位估計算法的性能。
　　針對彈載接收機(jī)飛行時間短，彈體高速旋轉(zhuǎn)的特性，研究通過磁傳感器測量彈體姿態(tài)，補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)引起的載波多普勒頻移和相位偏移的方法，增強(qiáng)信號捕獲和跟蹤性能。根據(jù)彈丸彈道學(xué)特征，推導(dǎo)彈體高速

4、旋轉(zhuǎn)引起的載波頻移和相位偏移的表達(dá)式。建立地磁矢量在彈體坐標(biāo)系中的測量模型，推導(dǎo)磁傳感器輸出值與彈體姿態(tài)的關(guān)系表達(dá)式。針對極值比值法計算彈體俯仰角在隨機(jī)噪聲的干擾下誤差較大的問題，提出積分比值法計算俯仰角，根據(jù)彈體勻速旋轉(zhuǎn)一圈的磁場數(shù)據(jù)特征，建立積分比值法的積分模型，并推導(dǎo)了算法的俯仰角計算表達(dá)式，給出了積分比值法的計算步驟，通過仿真試驗，驗證了積分比值法在隨機(jī)干擾條件下的有效性和合理性。
　　為進(jìn)一步提高彈體姿態(tài)解算精度，采用E

5、KF算法和CKF算法估計彈體姿態(tài)。將兩個非正交磁傳感器的測量值作為觀測量設(shè)計非線性Kalman濾波器;給出了EKF算法和CKF算法的算法步驟;針對初值誤差過大時易引起非線性Kalman濾波器發(fā)散的問題，利用積分比值法獲得彈體姿態(tài)的初值作為Kalman濾波器狀態(tài)向量的初值進(jìn)行解算。
　　研究了彈體在環(huán)境磁場變化的情況下，磁傳感器的動態(tài)實時補(bǔ)償算法。建立地磁場補(bǔ)償?shù)臋E球面測量模型，采用牛頓迭代法對測量模型的二次函數(shù)線性化，推導(dǎo)了關(guān)于補(bǔ)

6、償參數(shù)的測量矩陣，并采用最小二乘法和總體最小二乘法對補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行估計，進(jìn)行靜態(tài)仿真試驗和動態(tài)仿真試驗驗證算法性能，靜態(tài)仿真試驗驗證了補(bǔ)償算法的有效性和補(bǔ)償精度，動態(tài)仿真試驗驗證在彈體的環(huán)境磁場發(fā)生變化的情況下，補(bǔ)償參數(shù)實時更新的動態(tài)補(bǔ)償算法的有效性。
　　理論推導(dǎo)和仿真試驗表明，通過磁傳感器測量彈體姿態(tài)可以有效補(bǔ)償彈體旋轉(zhuǎn)引起的多普勒頻移和相位偏移;本文提出的積分比值法計算彈體俯仰角在隨機(jī)干擾的條件下誤差僅為極值比值法的1/10，