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(zhēng)的需要，GNSS制導(dǎo)的精確制導(dǎo)炮彈已成為各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的重要裝備之一。增強(qiáng)彈載環(huán)境下的GNSS信號(hào)的捕獲能力和提高信號(hào)捕獲精度是GNSS制導(dǎo)的重要目標(biāo)。針對(duì)彈體飛行時(shí)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(cè)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(hào)，并研究提高信號(hào)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(hào)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(wú)模糊度算法降低相關(guān)函數(shù)副峰與主峰的對(duì)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(duì)接收機(jī)接收信號(hào)影響的研究提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。
　　研究了在中頻信號(hào)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(hào)采用雙通道正交采樣，同時(shí)使用IQ兩個(gè)支路的信號(hào)作為數(shù)據(jù)源處理，使得信號(hào)相關(guān)峰顯著增大，推導(dǎo)了雙通道

3、解擴(kuò)的FPGA實(shí)現(xiàn)算法。粗捕獲獲得的衛(wèi)星信號(hào)有較大的誤差，針對(duì)BOC信號(hào)的多峰結(jié)構(gòu)，提出在采用ASPeCT算法消除BOC信號(hào)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(duì)相關(guān)峰的碼相位進(jìn)行精確估計(jì)。通過(guò)仿真試驗(yàn)，驗(yàn)證兩種碼相位估計(jì)算法的性能。
　　針對(duì)彈載接收機(jī)飛行時(shí)間短，彈體高速旋轉(zhuǎn)的特性，研究通過(guò)磁傳感器測(cè)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(hào)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(cè)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(duì)極值比值法計(jì)算彈體俯仰角在隨機(jī)噪聲的干擾下誤差較大的問(wèn)題，提出積分比值法計(jì)算俯仰角，根據(jù)彈體勻速旋轉(zhuǎn)一圈的磁場(chǎng)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(jì)算表達(dá)式，給出了積分比值法的計(jì)算步驟，通過(guò)仿真試驗(yàn)，驗(yàn)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(jì)彈體姿態(tài)。將兩個(gè)非正交磁傳感器的測(cè)量值作為觀測(cè)量設(shè)計(jì)非線性Kalman濾波器;給出了EKF算法和CKF算法的算法步驟;針對(duì)初值誤差過(guò)大時(shí)易引起非線性Kalman濾波器發(fā)散的問(wèn)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(chǎng)變化的情況下，磁傳感器的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償算法。建立地磁場(chǎng)補(bǔ)償?shù)臋E球面測(cè)量模型，采用牛頓迭代法對(duì)測(cè)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(cè)量矩陣，并采用最小二乘法和總體最小二乘法對(duì)補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，進(jìn)行靜態(tài)仿真試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)仿真試驗(yàn)驗(yàn)證算法性能，靜態(tài)仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了補(bǔ)償算法的有效性和補(bǔ)償精度，動(dòng)態(tài)仿真試驗(yàn)驗(yàn)證在彈體的環(huán)境磁場(chǎng)發(fā)生變化的情況下，補(bǔ)償參數(shù)實(shí)時(shí)更新的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償算法的有效性。
　　理論推導(dǎo)和仿真試驗(yàn)表明，通過(guò)磁傳感器測(cè)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(jì)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，