高動態(tài)目標偽衛(wèi)星定位關鍵技術研究.pdf

1、隨著空間戰(zhàn)爭的日益復雜，普通高射炮過低的命中率已難以匹敵現代空襲中高速飛行的敵機和空襲導彈，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理論的基礎上，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關鍵技術。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非主權國的應用限制，在戰(zhàn)場環(huán)境能保證對炮彈的可靠有效制導。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對偽衛(wèi)星信號的快速捕獲與跟蹤問題。本文的研究內容和結果如下：
　　 (1)根據彈丸定位的功能需求，研究設計了系統(tǒng)專用的偽衛(wèi)星發(fā)射機。給出了發(fā)射機的總體結構設計和硬件選型，深入研究了偽衛(wèi)星信號的構成，確定了用于電文二級調制的偽隨機擴頻碼和載波，對以幀為單位的導航電文數據進行了詳細分析，在偽衛(wèi)星導航電文中，不僅包含用于對彈丸軌跡進行實時探測的定位信息，還包含地面火控系統(tǒng)根據目標機動求得的期

3、望彈道更新信息，這一信息的獲得實現了對移動目標的高精度打擊。
　　 (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。詳細推導了精度因子的數學表達式，研究了精度因子在偽衛(wèi)星基站不同組網方式下的變化趨勢，推導了冗余觀測量對定位精度的影響，對可行的組網方案進行了仿真研究，給出了優(yōu)化的布站策略；鑒于現有的針對單一誤差源建立誤差模型未能將相關誤差都考慮在內的不足，本文以時間序列分析為基

4、礎，在不增加輔助設備的情況下，研究了一種以數據處理方式提高接收機定位精度的方法，經預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的時間極其短暫，故快速性是彈丸命中目標的重要決定因素。對彈載接收機而言，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，必須實現對多普勒頻移的快速補償以加快信號捕獲的完成

5、。本文結合彈載接收機的實際特點，提出了一種彈道輔助的多普勒頻移快速補償算法，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中應用的可行性和有效性。
　　 (4)分析了現有的信號捕獲算法，尤其對時域串行捕獲和基于FFT的頻域循環(huán)相關捕獲法進行了深入研究，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碼部分序列進行循環(huán)相關捕獲在滿足測距分辨率的要求下有效減小了計算量，在此基礎上，利用三次樣條插值算法對捕獲峰值及峰值附近的相關值進行插值擬合，進而獲得最終的碼相位偏移精化結果，進一步改善了碼相位測量誤差。結合彈道輔助的載波多普勒頻移補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