非全向天线旋转条件下导航方法及滚转姿态检测技术

发布时间：2020-06-13 14:37

【摘要】：精确打击弹药是武器装备发展的重要方向,引信弹道修正技术是无控弹药实现精确打击的重要技术途径。本文以引信二维弹道修正技术为研究背景,研究一种利用非全向天线接收导航卫星信号的导航定位及滚转姿态检测方法。重点开展了利用旋转条件下非全向天线接收信号的幅度调制信息进行滚转姿态检测和针对非全向天线旋转过程中接收信号幅值起伏波动,存在旋转多普勒及相位干扰条件下的信号跟踪及导航定位方法研究。相关研究工作如下:(1)非全向天线旋转条件下接收信号特性分析。由于非全向天线辐射增益方向图的非对称性,天线旋转引起了接收信号载波幅值、频率及相位的变化。在分析天线辐射性能的基础上,分别对非全向天线旋转对接收信号幅值、频率、相位及载噪比的影响进行了深入分析,为解决非全向天线旋转条件下导航跟踪方法及滚转姿态检测方法研究提供理论依据。(2)非全向天线旋转条件下GNSS导航跟踪方法研究。针对常规标量接收机在非全向天线旋转过程中信号易失锁、定位困难等问题,提出了一种自适应矢量延迟/频率锁定跟踪的接收机基带信号处理方法。分析研究了非全向天线旋转对常规接收机基带信号处理的影响,提出了此类特殊环境对导航跟踪算法的基本性能要求。建立了自适应矢量跟踪状态模型,对观测方程线性化进行了推导。根据非全向天线旋转条件下接收信号特性,建立了载噪比估计模型;分析了矢量跟踪滤波机理和流程;给出了矢量跟踪算法载波及伪码NCO调整控制模型。通过实验验证了本文提出的自适应矢量跟踪算法的正确性及其在短时遮挡、微弱及动态条件下的信号检测与性能优势。(3)基于卫星信号的滚转姿态检测方法研究。利用非全向天线旋转过程中接收信号幅值的周期性变化特性,提出了一种基于锁相跟踪原理的滚转姿态检测方法。建立了载体相对卫星位置关系模型,给出了对地滚转角坐标转换模型。提出了一种具有滚转姿态检测功能的导航接收机设计方案。对滚转解调环直流偏置积分器参数进行了优选;研究了预检测积分时间对环路跟踪性能的影响;对环路滤波器性能进行了分析和设计;对所提滚转姿态检测方法进行了误差分析。(4)以微带二元阵天线为信号接收单元,对本文提出的具有滚转姿态检测功能的导航跟踪算法定位及滚转姿态检测性能进行了实验验证。实验结果表明,本文提出的具有滚转姿态检测功能的导航跟踪算法不仅能较好的避免非全向天线旋转对接收信号跟踪的不利影响,而且具有良好的滚转姿态检测与微弱信号跟踪性能。半实物仿真实验表明,非全向天线旋转条件下,位置检测精度可达5m,检测得到的滚转相位均方误差小于5°;转台实验表明,即使在可用卫星数为四颗情况下,自适应矢量跟踪算法定位误差仍可控制在15m以内,并持续保持对输入信号的锁定跟踪。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TJ410

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