导弹发射车快速定位定向技术

李田科,沙卫晓,李 伟

(中国人民解放军91980部队，山东 烟台 264000)



【装备理论与装备技术】

导弹发射车快速定位定向技术

李田科,沙卫晓,李 伟

(中国人民解放军91980部队，山东 烟台 264000)

针对某发射车惯性平台惯导定位定向速度慢、环境要求高的问题，根据北斗多天线定向测姿原理，提出了基于北斗二代的多天线配置及快速定位定向技术，利用相位差分原理，采用多天线布阵技术，解算天线构成的基线矢量方向，经变换实现测姿功能，该技术在同类设备上成功应用表明其快速性、精确性等指标满足设计要求。

多天线定向测姿；北斗二代卫星；平台惯导

某导弹发射车配备的组合定位定向设备是发射车的关键设备之一，其功能是提供发射车当前的航向角、经度、纬度等参数。目前，发射车的定位功能可通过卫星、速率计和车载平台惯导组合完成，定向功能只能由平台惯导完成。平台惯导在使用过程中，考虑漂移等因素，为得到准确的射向，需重新启动对准，过程耗时长，而且对振动条件要求苛刻，使装备展开时间过长，严重影响部队的快速反应能力，制约了该武器系统作战能力的充分发挥。

我国自行研制的北斗二代卫星导航系统具备较高导航精度，且日益成熟[1-2]。从应用层面看，北斗二代系统不仅具备快速定位能力，利用多天线技术同样也可以实现载体的姿态测量，具备快速定向测姿能力[3-6]。在此背景下，针对导弹发射车快速定位定向的实际需求，开展基于北斗二代的快速定位定向技术研究、为发射车量身研制快速定位定向系统，可减少三分之一的装备展开时间，符合军事装备发展趋势和工作方向，极大提高导弹快速反应能力。

1 基于北斗二代的发射车快速定位定向技术研究

针对发射车研究基于北斗二代卫星导航系统的快速定位定向系统，重点解决发射车上多天线配置以及在多天线条件下的快速定位和组合定向测姿算法等技术问题。技术研究思路如图1所示。

图1 快速定位定向技术方案

北斗二代卫星导航系统基本功能是可以进行三维无源定位，因此，项目研究的难点是如何进行天线配置及进行定向解算。

1.1 北斗多天线定向测姿原理

应用北斗二代卫星导航系统进行发射车定向测姿是利用载波相位差分原理，采用多天线布阵技术，通过解算天线构成的基线矢量方向并经变换实现[3-5]。

多天线定向测姿需要设置至少2个接收天线，由这2个天线构成测量基线，可以测量载体2个姿态参数，其基本原理如图2所示。

图2 测姿原理图

图2中，由A、B两个天线组成基线，在A、B两处可同时观测到北斗二代卫星i。由于基线AB的长度相对于基线到卫星的距离是很短的，因此可以把卫星i到两天线的信号看成平面波，则有：

其中N为整周模糊度，λ为载波波长，ε为测量噪声，e为接收机到卫星的单位向量，b是基线向量，φ为接收机的载波相位观测值。

该方程为单差相位观测方程，差分观测可以消除电离层、对流层延迟误差，可以消除卫星的钟差和轨道参数误差，还可以采用双差甚至三差以消除接收机之间钟差等其他误差。

借助上述方程，通过北斗二代卫星信号观测和解算，可以获得基线向量解。通常，载波相位差分观测方程建立在导航卫星基准坐标系下，求得的基线向量解需要经坐标转换才能得到用户需要的姿态角数据。

如果设置至少3个接收天线，并由这些天线组成不共线的两条测量基线，则可以测量载体航向、俯仰、倾斜等全部3个姿态参数。

1.2 多天线配置及快速定位定向方案

利用北斗二代卫星导航系统对发射车实施快速定位和定向测姿，需配置三根天线。三天线配置方案是解算信息较为全面的一种方案，可以实现快速定位和定向测姿。如图3所示，3根北斗二代天线分别安装在发射架的A、B、C三点位置上，构成AB、CB两条北斗卫星测量基线，当基线为2 m时可以得到0.1°左右的航向和姿态测量精度。

图3 北斗二代定向测姿天线安装位置示意图

增加基线长度可以提高测角精度，同时也为了防止导弹尾焰损坏天线，可以沿AA′、BB′、CC′方向安装伸缩支架，将天线安装在A′、B′、C′三个位置，并使基线A′B′和B′C′分别与发射架纵轴和横轴平行。

根据发射车准备过程，利用北斗二代系统定位和定向测姿按以下流程进行：

在发射车进入阵地停稳后安装天线；如果天线已经固定安装，则该步骤省略；展开AA′、BB′、CC′方向伸缩支架；定向测姿系统开机准备；当发射架调平起竖完成后，实时进行定位和射向、姿态的测量解算。

在静态条件下，从开机到完成定位和定向测姿在1min左右完成。

2 发射车快速定位定向系统研制

根据技术研究成果，针对发射车研制快速定位定向系统试验样机。利用该样机进行验证性试验，并对定位定向的快速性、精确性等指标进行综合评估，为系统的推广应用奠定扎实基础。系统的主要硬件模块如图4所示。

快速适配支架用于在发射车相应位置上安装北斗二代系统接收天线，能够快速地展开和撤收；北斗接收模块对完成接收的卫星信号进行处理，得到基本观测量；DSP快速解算模块是采用DSP芯片的定位和定向测姿解算模块，用于从北斗基本观测量中解算当前发射车位置和射向、姿态等参数；电源模块为上述各硬件设备提供电源。

图4 快速定位定向系统构成图

由于GPS、GLONASS和北斗二代系统定位体制类似，所以目前很多应用领域都将这几类接收系统集成在一起构成多模接收机，这样不仅可以提高系统适应能力，也有利于提高定位精度。为此，针对某导弹发射车研制的快速定位定向系统试验样机中，北斗接收模块及天线也可以用多模接收机和天线替代，即构成如图5所示的多模快速定位定向系统。

图5 多模快速定位定向系统构成图

3 结束语

针对导弹发射车快速定位定向的实际需求，开展基于北斗二代的快速定位定向技术研究，并制定基于北斗二代的导弹发射车快速定位定向系统研制方案，开发试验样机，为系统的推广应用奠定扎实基础。研究符合国内军事装备发展趋势，其成果又可以为切实提高武器系统快速反应能力提供技术和装备支撑，推广应用前景广阔，军事经济效益显著。

[1] 张瑜,刘莹,贺秋瑞.提高基于北斗卫星无源定位精度的方法[J].计算机应用,2013，33(3):611-613.

[2] 王宝平,余江鑫,陈卫强.北斗二代导航接收机的卫星导航系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2013，7(3)：68-71.

[3] 王东升,蔡俊华,林晓彬.一种提高车载定位定向系统定位精度的方法[J].中国惯性技术学报,2015，23(3):45-48.

[4] 黄巍,王跃钢,沈琰.导弹发射车SINS/GNS定位定向技术论[J].弹箭与制导学报,2009，29(3):59-61.

[5] 王丽芬,杨功流,单友东.车载定位定向系统误差在线补偿方法[J].中国惯性技术学报,2015,2(3):35-39.

[6] 李田科，于仕财，范辉，等. 导弹发射车车控设备故障诊断仪[J].兵工自动化，2015(12):33-37.

(责任编辑 周江川)

Rapid Orienting and Locating Technology of Missile Launching Vehicle

LI Tian-ke, SHA Wei-xiao, LI Wei

(The No. 91980thTroop of PLA, Yantai 264000, China)

According to the problem of positioning and heading slow speed and demanding strict work environment, a certain missile launching vehicle platform inertial navigation multi-antenna configuration based on the BD-2 systems and rapid orienting and locating technology was put forward. Carrier phase difference and multi-antenna arrangement technology was used to calculate baseline vector direction of antenna. Determing attitude function was realized by transform. Technology application on same kind equipment test shows its accuracy and rapidity index. Technology scheme is feasible.

multi-antenna attitude determination; BD-2 system; platform inertial navigation

2016-04-09；

2016-05-10

国家自然科学基金(61179017)

李田科(1976—)，男，硕士，高级工程师，主要从事兵器发射理论与技术和装备维修与保障研究。

10.11809/scbgxb2016.10.009

李田科,沙卫晓,李伟.导弹发射车快速定位定向技术[J].兵器装备工程学报，2016(10):44-46.

format:LI Tian-ke, SHA Wei-xiao, LI Wei.Rapid Orienting and Locating Technology of Missile Launching Vehicle[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(10):44-46.

TJ812+.6

A

2096-2304(2016)10-0044-03