旋轉(zhuǎn)環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航信號的仿真研究概況

杜道成

摘要：現(xiàn)代戰(zhàn)爭中對武器的精確毀傷效能要求很高，對常規(guī)無控火藥的靈巧智能化改裝，讓其能具備精確毀傷的打擊效果是各國爭相研究的熱點。利用彈載GPS接收機為彈體提供精確的定位及滾轉(zhuǎn)姿態(tài)判定，能夠為彈體在飛行過程中實時調(diào)整飛行軌跡提供重要的修正參數(shù)。本文從大量的文獻(xiàn)中，總結(jié)提煉出世界各國在旋轉(zhuǎn)環(huán)境下的GPS導(dǎo)航信號研究方向的前沿概況，為科研工作者對其研究提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星導(dǎo)航信號;研究現(xiàn)狀

隨著各國軍事實力的發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭的模式也在不斷發(fā)生變化。最熱門、最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)在各個國家常常是首先被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，而后再推廣到民用領(lǐng)域。GPS（Global Positioning System）就是這樣一項技術(shù)，始于19世紀(jì)下半葉的全球定位系統(tǒng)，在美軍的武器裝備改裝升級、更新?lián)Q代中發(fā)揮了巨大的作用，給炮彈、導(dǎo)彈安上了翅膀和眼睛，讓炮彈、導(dǎo)彈能夠精確制導(dǎo)，根據(jù)安裝在彈體上的衛(wèi)星導(dǎo)航定位接收機實時接收的GPS信號實現(xiàn)精確定位，通過彈上計算機與預(yù)定打擊目標(biāo)坐標(biāo)位置進(jìn)行對比，由脈沖或舵機提供彈體改變運動方向的氣動力矩，從而能夠按照預(yù)定軌跡飛行[1]，達(dá)到了精確摧毀目標(biāo)的戰(zhàn)略或戰(zhàn)術(shù)目的。

對現(xiàn)有無控彈藥進(jìn)行“智能化”改裝升級，使其能夠滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭的軍事需求，是一個重要的課題。無控彈藥具有體積小，重量輕等特點。體積小限制了在彈上加裝陀螺傳感器的空間，而且加裝過多的傳感器勢必會以犧牲裝藥量來獲得彈體整體的質(zhì)量勻衡，大大降低了彈藥的毀傷效應(yīng)。GPS接收機作為一種“位置傳感器”，具有全天候、高精度、高效率的特點，能夠為彈體實時的提供三維速度和位置信息。在使用非全向單天線時，能夠依靠非全向天線對接收信號的幅度調(diào)制特性，實現(xiàn)對彈體的測姿。得到的姿態(tài)信息用于彈上計算機對彈體飛行軌跡進(jìn)行調(diào)整。但是隨之需要面臨的問題是，彈體在飛行過程中，實時旋轉(zhuǎn)造成了接收機接收導(dǎo)航信號不連續(xù)，高速的旋轉(zhuǎn)使接收機很容易失鎖。

一、旋轉(zhuǎn)炮彈的旋轉(zhuǎn)參數(shù)

國內(nèi)外針對GNSS中頻信號的仿真研究雖然較多，但絕大多數(shù)的仿真都不是針對旋轉(zhuǎn)環(huán)境的。而旋轉(zhuǎn)環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航彈載接收機能否正常工作、定位準(zhǔn)確，是彈載接接收機的非常重要的一項技術(shù)指標(biāo)。采用旋轉(zhuǎn)體制的導(dǎo)彈、炮彈有很多。導(dǎo)彈中有，第

二、三代紅外尋的便攜式防空導(dǎo)彈，美國的尾刺、尾刺Post尾刺RMP、箭—3、針—1、針—S;地空導(dǎo)彈如羅蘭特，彈翼的差動安裝角能使導(dǎo)彈以5r/s的轉(zhuǎn)速飛行;艦空導(dǎo)彈如拉姆;大氣層內(nèi)動能攔截彈愛國者PAC-3，增程攔截彈（ERINT）其慣導(dǎo)飛行段的轉(zhuǎn)速為0，5r/s，末制導(dǎo)段的轉(zhuǎn)速為3r/s;第二代反坦克導(dǎo)彈，如歐洲聯(lián)合研制的米蘭、霍特，二代半反坦克導(dǎo)彈如俄羅斯的短號和歐洲聯(lián)合研制的中程崔格特。炮彈中有，末制導(dǎo)炮彈，其代表型號是俄羅斯的紅土地和美國的XM982。其中紅土地出炮口的轉(zhuǎn)速為15～20r/s，由尾翼的差動安裝角保持飛行中的轉(zhuǎn)速。XM982是由美國雷錫恩公司和瑞典博福斯公司聯(lián)合研制的復(fù)合增程制導(dǎo)炮彈，采用GPS/INS組合導(dǎo)航，出炮口轉(zhuǎn)速為8r/s[2]。在炮彈的飛行過程中，往往都伴隨著或高速或低速的旋轉(zhuǎn)，高速的炮彈往往轉(zhuǎn)動慣量較大，依靠彈體自身的旋轉(zhuǎn)來保持飛行軌跡的穩(wěn)定。相比來說轉(zhuǎn)速較低的炮彈，往往在彈體安裝了固定翼和舵片，依靠舵片方向的改變在飛行過程中改變氣動力矩，能夠精準(zhǔn)飛向目標(biāo)的同時，又能夠有一定的突防能力。

二、支持旋轉(zhuǎn)應(yīng)用接收機的國外研究現(xiàn)狀

針對旋轉(zhuǎn)場合的彈載接收機國內(nèi)研究目前較少，國外主要有L3公司、Mayflower公司、Rockwell collins公司。表1列出了各公司研制接收機主要參數(shù)及應(yīng)用場合。

三、國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)對于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的模擬主要有華力創(chuàng)通公司，其研制的AH12-007衛(wèi)星信號模擬器，可模擬多種載體運動軌跡的同時對載體姿態(tài)進(jìn)行建模，生成旋轉(zhuǎn)條件下的衛(wèi)星射頻信號，為彈載接收機的研發(fā)測試提供仿真信號源。北京航天大學(xué)黃智剛科研小組、北京理工大學(xué)博士生曾廣裕在研究旋轉(zhuǎn)條件下衛(wèi)星信號的仿真建模課題中也取得突破，并成功跟蹤了20Hz以下的旋轉(zhuǎn)彈體。

四、結(jié)束語

從20世紀(jì)美軍進(jìn)入的幾場戰(zhàn)爭來看，效費比低下的戰(zhàn)爭模j弋應(yīng)該隨著武器裝備的更新升級而退出歷史的舞臺?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭打擊敵方要害，講究的是精準(zhǔn)和突防能力強。各國也都在緊鑼密鼓地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)條件下衛(wèi)星信號的研究，我國在這方面也應(yīng)加緊步伐，加強北斗導(dǎo)航系統(tǒng)下的旋轉(zhuǎn)條件下的導(dǎo)航信號研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]Clancy J A，Bybee T D，F(xiàn)riedrichW A.Fixed canard 2-D guidance of artilleryprojectiles：U.S.Patent 6，981，672[P].2006-1-3.

[2]高慶豐.旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈飛行動力學(xué)與控制[M].北京：中國宇航出版社，2016：2-17.