磁傳感器輔助的彈載GNSS接收機關鍵技術研究.pdf

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

2、式的特點，根據BOC信號的自相關函數產生捕獲模糊度的現象，分別采用自相關旁瓣消除算法、Filtered算法和無模糊度算法降低相關函數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對接收機接收信號影響的研究提供基礎理論依據。
　　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據源處理，使得信號相關峰顯著增大，推導了雙通道

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

4、旋轉引起的載波頻移和相位偏移的表達式。建立地磁矢量在彈體坐標系中的測量模型，推導磁傳感器輸出值與彈體姿態(tài)的關系表達式。針對極值比值法計算彈體俯仰角在隨機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，根據彈體勻速旋轉一圈的磁場數據特征，建立積分比值法的積分模型，并推導了算法的俯仰角計算表達式，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干擾條件下的有效性和合理性。
　　為進一步提高彈體姿態(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)實時補償算法。建立地磁場補償的橢球面測量模型，采用牛頓迭代法對測量模型的二次函數線性化，推導了關于補

6、償參數的測量矩陣，并采用最小二乘法和總體最小二乘法對補償參數進行估計，進行靜態(tài)仿真試驗和動態(tài)仿真試驗驗證算法性能，靜態(tài)仿真試驗驗證了補償算法的有效性和補償精度，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，補償參數實時更新的動態(tài)補償算法的有效性。
　　理論推導和仿真試驗表明，通過磁傳感器測量彈體姿態(tài)可以有效補償彈體旋轉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干擾的條件下誤差僅為極值比值法的1/10，