高动态自旋GNSS信号建模

曲家庆，徐 哲，欧阳慧

(上海无线电设备研究所，上海201109)

0 引言

火炮在现代战争中，发挥着压制敌方火力、杀伤敌方有生力量的关键作用。近年来，在火炮的超视距、精确打击的概念下，发展制导炮弹已成为火炮发展的趋势[1]。炮弹制导的关键是获取旋转弹体的滚转角等姿态信息，目前国内外对于滚转制导炮弹的姿态测试方法主要采用陀螺仪、全加速度计、太阳方位角传感器、星敏感器、地磁场传感器等[2]。GNSS卫星导航终端具有成本低廉、长时间导航精度高等特点，在军事领域有着广泛的应用。然而由于许多武器存在旋转，旋转会引起信号多普勒的周期性变化，对信号正常接收产生一定影响，一般的接收机在这种情况下很难保持信号的稳定跟踪[3-6]。因此，本文分析旋转制导炮弹的应用需求，对载体旋转过程中的平运动与转运动进行建模和分解，分析载体自旋过程中多普勒、相位和幅度的变化情况。

1 载体几何运动模型

高动态载体的旋转一般情况下比较复杂，它是各个方向上旋转分量的合成，如图1所示。图中：OXYZ是载体坐标系;OX轴与载体沿着载体的质心指向前进方向;OY轴指向右侧;OZ轴与其他两轴构成右手直角坐标系，一般OX轴和旋转载体的轴心重合。

载体的旋转角速度为ω(t)，它可以分解成三个轴向上的三个角速度分量ωX(t)、ωY(t)和ωZ(t)。对于圆柱状载体，为了保证载体在飞行过程中的平稳性，沿着OY和OZ轴方向的旋转分量很小，主要存在沿OX轴的转动。由于受到空气的阻力和其他未知因素的干扰，载体的旋转轴和自身的中心轴线可能存在偏转。……