GPS 整个卫星导航系统包括空间部分、地面支撑系统、用户设备三部分。图4-4弹载接收机组成图弹载接收机GPS 测量系统的特点是可对炮弹或火箭弹进行实时定位, 向地面发送定位信息所需的线路带宽较窄, 被测目标数量不受限制。弹载设备接收GPS 卫星L 波段信号, 经变频放大后, 通过遥测信道转发到地面,在地面完成对GPS 信号的测量和数据处理。地面设备包括GPS 接收设备和数据处理分系统。......
2023-06-15
弹道测量技术的应用及发展趋势
【摘要】：由于国内抗高过载惯性器件近两年才出现, 截至目前在智能榴弹二维弹道修正引信上尚无成熟的工程实现方案, 因而, 主要采用卫星导航作为其弹道测量手段。接收机通道数又称信道数, 是指接收机能够同时接收可视卫星的数量。针对该问题, 当前卫星定位接收机的抗干扰技术主要在于抗窄带脉冲干扰和转发式干扰。
由于国内抗高过载惯性器件近两年才出现, 截至目前在智能榴弹二维弹道修正引信上尚无成熟的工程实现方案, 因而, 主要采用卫星导航作为其弹道测量手段。
1.卫星定位接收机典型技术指标
卫星定位接收机的主要技术指标有定位精度、接收灵敏度、接收机通道数、首次定位时间等。此外, 还有一系列电气和物理力学性能指标。
定位精度是最重要的指标, 通常由系统性能和接收机环境条件决定。
接收机灵敏度表征接收机接收弱信号的能力。弹载卫星定位接收机, 信号捕获灵敏度不小于-148 dBm, 信号跟踪灵敏度不小于-160 dBm。
接收机通道数又称信道数, 是指接收机能够同时接收可视卫星的数量。常用的卫星导航接收机大多为12 个信道, 现在也有20 个信道的。由于GNSS 多系统工作, 所以可视卫星数量越来越多, 目前有200 多个信道的接收机。
首次定位时间对射程较近的弹道修正弹药而言很重要, 一般要求在发射上电后8 s 内能定位。
2.关键技术
1) 高动态跟踪技术
高动态环境包括高动态运动轨迹和弹丸飞行动态特性。高动态运动轨迹的定义, 最早由美国国家航空航天局喷气推进实验室 (JPL) 提出。JPL 设定了两种高动态运动轨迹, 都是对载体的加加速度进行规定的, 对速度和加速度没有具体规定。因为影响导航信号跟踪的主要是多普勒频移的变化率, 即对应加速度大小。一种高动态是100 g/s 的加加速度持续0.5 s, 重复2 次 (g 为地心地固表面的重力加速度, 1 g = 9.8 m/s2); 另一种是70g/s 的加加速度持续1 s。弹道修正引信应用中的高动态轨迹比JPL 定义的情况动态弱一些: 抗发射过载不小于20 000 g、初速不小于1 000 m/s、弹丸转速不小于300 r/s、最大加速度不小于10 g。
智能榴弹在飞行过程中, 由于弹轴的章动和进动等角运动的存在, 且接收机安装在弹丸头部, 接收机接收到的卫星信号将附加由于角运动引起载波多普勒频移, 即为弹丸飞行动态特性产生的高动态环境对卫星定位接收机的性能影响。
高动态环境对卫星导航信号接收和处理主要带来以下影响:
(1) 高动态环境给卫星导航载波信号附加了加大的多普勒频移, 使用普通接收机的载波锁相环保持锁定, 就必须增大环路滤波器的带宽, 而环路带宽的增加又会使带宽信号窜入, 当噪声电平超过环路门限时就会导致载波跟踪环失锁; 若不增加载波锁相环的环路带宽, 则载波多普勒频移常会超过锁相环的捕获带和同步带, 就不能保证对载波的可靠捕获和跟踪。
(2) 高动态使得卫星导航信号副载波——伪随机码产生动态延时, 使普通接收机的码延时跟踪环容易失锁, 而且重新捕获时间过长往往导致导航解发散。
(3) 载波跟踪失锁也使50 Hz 的调制数据无法恢复, 相应的卫星星历无法获取。
解决以上问题, 重要的是提高多普勒频移变化规律的了解程度, 估计载体多普勒频移及多普勒频移变化情况, 从而降低本地载波及伪码与实际输入信号频率计相位的差异, 减小信号捕获不定域及改善接收机动态冗余性能。当前,高动态接收机设计主要集中在载波跟踪环和码跟踪环的跟踪算法。
2) 抗干扰技术
卫星导航的缺点在于易被遮断和被欺骗。针对该问题, 当前卫星定位接收机的抗干扰技术主要在于抗窄带脉冲干扰和转发式干扰。抗窄带干扰方面, 可采用适当的芯片进行频域抗干扰; 抗转发式干扰, 可通过信号功率监测、信号传播延时监测、导航电文有效性监测、接收机自主完好性检测和卡尔曼滤波实现。
3) 抗高过载技术
为满足抗高过载的技术要求, 卫星定位接收机一般采用适当的封装技术。在芯片裸片封装的基础上, 合理选择封装材料与封装工艺进行二次封装。抗高过载封装材料需选用高黏性、低膨胀、耐温度冲击、具有良好抗疲劳性和持久性特点的封装材料; 抗高过载封装工艺应选取具有中温固化、配料均匀、真空封装、退火处理的工艺流程。
3.技术方案
卫星定位接收机一般采用模块化设计方法, 将其划分为天线和接收机两大部分, 其中接收机包含处理板硬件、基带处理、导航解算软件和电磁兼容性设计四部分。在系统层面上对各个模块的关键指标进行分配, 以达到整机的关键指标。然后根据分配到各个模块的关键指标, 对各个模块进行设计。
分模块设计的方法有利于设计开发的工作规划。系统级设计完成后, 各个模块的接口技术参数都已确定。在确保模块接口指标的前提下, 各个模块的研制有一定的灵活性, 研制过程中出现问题时, 可对单模块进行设计替换, 比较容易控制风险。
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