高動態(tài)目標(biāo)偽衛(wèi)星定位關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著空間戰(zhàn)爭的日益復(fù)雜，普通高射炮過低的命中率已難以匹敵現(xiàn)代空襲中高速飛行的敵機(jī)和空襲導(dǎo)彈，發(fā)展低成本、高精度的彈道修正彈藥對提高我國武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能和防御范圍有重要的意義。在分析彈道修正彈藥相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，重點研究了偽衛(wèi)星區(qū)域定位系統(tǒng)對彈丸實際彈道探測過程中所涉及到的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。偽衛(wèi)星區(qū)域定位系統(tǒng)布站靈活、保密性高且完全自主，擺脫了GPS非主權(quán)國的應(yīng)用限制，在戰(zhàn)場環(huán)境能保證對炮彈的可靠有效制導(dǎo)。圍繞彈丸定位高精度及快速性的要求，

2、深入研究了系統(tǒng)定位精度的改善問題及彈載接收機(jī)對偽衛(wèi)星信號的快速捕獲與跟蹤問題。本文的研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　 (1)根據(jù)彈丸定位的功能需求，研究設(shè)計了系統(tǒng)專用的偽衛(wèi)星發(fā)射機(jī)。給出了發(fā)射機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和硬件選型，深入研究了偽衛(wèi)星信號的構(gòu)成，確定了用于電文二級調(diào)制的偽隨機(jī)擴(kuò)頻碼和載波，對以幀為單位的導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，在偽衛(wèi)星導(dǎo)航電文中，不僅包含用于對彈丸軌跡進(jìn)行實時探測的定位信息，還包含地面火控系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)機(jī)動求得的期

3、望彈道更新信息，這一信息的獲得實現(xiàn)了對移動目標(biāo)的高精度打擊。
　　 (2)從影響系統(tǒng)定位精度的兩類因素：幾何精度因子和偽距測量誤差出發(fā)，深入研究了提高系統(tǒng)定位精度的方法。詳細(xì)推導(dǎo)了精度因子的數(shù)學(xué)表達(dá)式，研究了精度因子在偽衛(wèi)星基站不同組網(wǎng)方式下的變化趨勢，推導(dǎo)了冗余觀測量對定位精度的影響，對可行的組網(wǎng)方案進(jìn)行了仿真研究，給出了優(yōu)化的布站策略；鑒于現(xiàn)有的針對單一誤差源建立誤差模型未能將相關(guān)誤差都考慮在內(nèi)的不足，本文以時間序列分析為基

4、礎(chǔ)，在不增加輔助設(shè)備的情況下，研究了一種以數(shù)據(jù)處理方式提高接收機(jī)定位精度的方法，經(jīng)預(yù)測誤差修正后的觀測值有效改善了定位精度，文中給出的誤差曲線及概率分布曲線說明本文的工作是有效的。
　　 (3)因彈丸自出膛至可能命中目標(biāo)的時間極其短暫，故快速性是彈丸命中目標(biāo)的重要決定因素。對彈載接收機(jī)而言，彈丸相對基站的高速飛行，帶來了較大的多普勒頻移，信號中殘留的多普勒頻移將使得捕獲峰值降低，必須實現(xiàn)對多普勒頻移的快速補(bǔ)償以加快信號捕獲的完成

5、。本文結(jié)合彈載接收機(jī)的實際特點，提出了一種彈道輔助的多普勒頻移快速補(bǔ)償算法，利用期望彈道減小了多普勒頻移的搜索范圍，縮短了搜索時間，新算法的理論分析和性能仿真表明了該算法在彈載接收機(jī)中應(yīng)用的可行性和有效性。
　　 (4)分析了現(xiàn)有的信號捕獲算法，尤其對時域串行捕獲和基于FFT的頻域循環(huán)相關(guān)捕獲法進(jìn)行了深入研究，討論了二者在過采樣條件下的捕獲性能及算法運算量，針對現(xiàn)有的信號捕獲算法碼相位測量精度與運算量之間的矛盾，研究了一種利用C

6、/A碼自相關(guān)特性與三次樣條插值原理的碼相位精確測量算法。利用C/A碼部分序列進(jìn)行循環(huán)相關(guān)捕獲在滿足測距分辨率的要求下有效減小了計算量，在此基礎(chǔ)上，利用三次樣條插值算法對捕獲峰值及峰值附近的相關(guān)值進(jìn)行插值擬合，進(jìn)而獲得最終的碼相位偏移精化結(jié)果，進(jìn)一步改善了碼相位測量誤差。結(jié)合彈道輔助的載波多普勒頻移補(bǔ)償算法及碼相位精確測量算法，給出了彈道輔助的偽衛(wèi)星信號快速捕獲方案的整體流程。
　　 (5)分析了載波跟蹤環(huán)路的測量誤差及相互之間的