[发明专利]一种适用于旋转炮弹的动态环路跟踪方法及装置

说明书

本发明公开了一种适用于旋转炮弹的动态环路跟踪方法及装置。本发明在接收机环路中增加转速估计单元，并利用环路跟踪原始信息进行卡尔曼滤波，获得卫星入射方向的俯仰角和方位角，再结合在地面估计出的相位中心偏差，计算得到因天线相位中心偏差导致的多普勒误差估计值，补偿到跟踪环路的码频率和载波频率中，以实现对旋转调制的误差补偿。本发明地面可操作性强，算法应用简单，无复杂或运算量巨大的算式，实时性和运算量方面都可保证在DSP或FPGA硬件平台上的算法编程实现，即易于工程实现。

技术领域

本发明属于卫星导航信息处理领域，涉及一种适用于旋转炮弹的卫星导航接收机动态环路跟踪的方法。

背景技术

卫星导航接收机因体积小、成本低已成为旋转炮弹常用的导航设备。炮弹在飞行过程中，存在弹体轴向和切向运动叠加。传统卫星导航接收机应用于炮弹时，面临诸多问题，主要问题如下：1)弹体旋转引起的信号遮挡问题；2)旋转引起的切向运动导致测速误差问题；3)旋转时的动态适应性问题；4)对信号相位的旋转调制效应。

目前，解决问题1)～2)的主要技术手段是双天线合成方法，即采用对称安装于弹体表面的两个共形天线，合路形成一个垂直弹轴的全向方向图，使得天线收星不会受旋转影响。同时，将两个共形天线单元并馈，使得天线相位中心设计在弹轴上，理论上消除了切向运动，但实际上，共形天线设计、安装误差、弹体天线安装面公差等因素，共形天线相位中心与弹轴会存在偏差，偏差导致的切向运动难以消除。解决问题3)的主要方法是采用锁频环辅助锁相环设计，通过调整滤波器带宽参数来适应高动态性能，或将旋转调制效应误差笼统地视为噪声，采用纯锁频环设计。前者能够克服轴向大动态导致的环路失锁，同时保证了一定的跟踪精度，但其易受弹体转速影响，环路稳定性与适应性较差；后者环路结构简单、动态适应性较好，但跟踪精度较差。解决问题4)的主要方法是通过地磁传感器或单天线收星预测弹体的转速，并进行旋转调制效应误差补偿，但地磁测量使用制约因素较多，使用维护过程复杂，单天线收星转速估计算法复杂，受制约条件较多。

针对旋转高动态弹体应用场景，需要同时解决上述四个问题，以提高环路跟踪稳定性和跟踪精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种跟踪稳定性好、测速精度高、适用于旋转炮弹的卫星导航接收机动态环路跟踪的方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于旋转炮弹的动态环路跟踪方法，采取技术方案包括如下步骤：

步骤1.构建偏差激励和基准伪距环境，对固定俯仰角下的误差输出进行幅值估计，实现在地面对炮弹天线相位中心偏差的估计；

步骤2.获取短时内的弹体转速估计值；

步骤3.结合在地面估计出的相位中心偏差、弹体转速值，与卫星入射方向的俯仰角和方位角，计算多普勒误差估计值；

步骤4.将步骤3获得的多普勒误差估计值补偿到跟踪环路的码频率和载波频率中，实现对旋转调制的误差补偿。

根据本发明的又一方面，提供了一种适用于旋转炮弹的动态环路跟踪装置，采取技术方案如下：

所述跟踪装置包括相位中心偏差估计模块、弹体转速估计模块、多普勒误差估计模块和误差补偿补偿模块。

所述相位中心偏差估计模块基于构建的偏差激励和基准伪距环境，对固定俯仰角下的误差输出进行幅值估计，实现在地面对炮弹天线相位中心偏差的估计；

所述弹体转速估计模块用于获取短时内的弹体转速估计值；

所述多普勒误差估计模块利用卡尔曼滤波解算出的卫星入射方向的俯仰角和方位角，结合在地面估计出的相位中心偏差以及弹体转速值，计算出多普勒误差估计值；

所述误差补偿补偿模块将获得的多普勒误差估计值补偿到跟踪环路的码频率和载波频率中，实现对旋转调制的误差补偿。