旋转环境下卫星导航信号的仿真研究概况

杜道成

摘要：现代战争中对武器的精确毁伤效能要求很高，对常规无控火药的灵巧智能化改装，让其能具备精确毁伤的打击效果是各国争相研究的热点。利用弹载GPS接收机为弹体提供精确的定位及滚转姿态判定，能够为弹体在飞行过程中实时调整飞行轨迹提供重要的修正参数。本文从大量的文献中，总结提炼出世界各国在旋转环境下的GPS导航信号研究方向的前沿概况，为科研工作者对其研究提供一定的参考。

关键词：卫星导航信号;研究现状

随着各国军事实力的发展，现代战争的模式也在不断发生变化。最热门、最先进的科学技术在各个国家常常是首先被应用于军事领域，而后再推广到民用领域。GPS（Global Positioning System）就是这样一项技术，始于19世纪下半叶的全球定位系统，在美军的武器装备改装升级、更新换代中发挥了巨大的作用，给炮弹、导弹安上了翅膀和眼睛，让炮弹、导弹能够精确制导，根据安装在弹体上的卫星导航定位接收机实时接收的GPS信号实现精确定位，通过弹上计算机与预定打击目标坐标位置进行对比，由脉冲或舵机提供弹体改变运动方向的气动力矩，从而能够按照预定轨迹飞行[1]，达到了精确摧毁目标的战略或战术目的。

对现有无控弹药进行“智能化”改装升级，使其能够满足现代战争的军事需求，是一个重要的课题。无控弹药具有体积小，重量轻等特点。体积小限制了在弹上加装陀螺传感器的空间，而且加装过多的传感器势必会以牺牲装药量来获得弹体整体的质量匀衡，大大降低了弹药的毁伤效应。GPS接收机作为一种“位置传感器”，具有全天候、高精度、高效率的特点，能够为弹体实时的提供三维速度和位置信息。在使用非全向单天线时，能够依靠非全向天线对接收信号的幅度调制特性，实现对弹体的测姿。得到的姿态信息用于弹上计算机对弹体飞行轨迹进行调整。但是随之需要面临的问题是，弹体在飞行过程中，实时旋转造成了接收机接收导航信号不连续，高速的旋转使接收机很容易失锁。

一、旋转炮弹的旋转参数

国内外针对GNSS中频信号的仿真研究虽然较多，但绝大多数的仿真都不是针对旋转环境的。而旋转环境下卫星导航弹载接收机能否正常工作、定位准确，是弹载接接收机的非常重要的一项技术指标。采用旋转体制的导弹、炮弹有很多。导弹中有，第

二、三代红外寻的便携式防空导弹，美国的尾刺、尾刺Post尾刺RMP、箭—3、针—1、针—S;地空导弹如罗兰特，弹翼的差动安装角能使导弹以5r/s的转速飞行;舰空导弹如拉姆;大气层内动能拦截弹爱国者PAC-3，增程拦截弹（ERINT）其惯导飞行段的转速为0，5r/s，末制导段的转速为3r/s;第二代反坦克导弹，如欧洲联合研制的米兰、霍特，二代半反坦克导弹如俄罗斯的短号和欧洲联合研制的中程崔格特。炮弹中有，末制导炮弹，其代表型号是俄罗斯的红土地和美国的XM982。其中红土地出炮口的转速为15～20r/s，由尾翼的差动安装角保持飞行中的转速。XM982是由美国雷锡恩公司和瑞典博福斯公司联合研制的复合增程制导炮弹，采用GPS/INS组合导航，出炮口转速为8r/s[2]。在炮弹的飞行过程中，往往都伴随着或高速或低速的旋转，高速的炮弹往往转动惯量较大，依靠弹体自身的旋转来保持飞行轨迹的稳定。相比来说转速较低的炮弹，往往在弹体安装了固定翼和舵片，依靠舵片方向的改变在飞行过程中改变气动力矩，能够精准飞向目标的同时，又能够有一定的突防能力。

二、支持旋转应用接收机的国外研究现状

针对旋转场合的弹载接收机国内研究目前较少，国外主要有L3公司、Mayflower公司、Rockwell collins公司。表1列出了各公司研制接收机主要参数及应用場合。

三、国内研究现状

国内对于旋转状态下的卫星导航信号的模拟主要有华力创通公司，其研制的AH12-007卫星信号模拟器，可模拟多种载体运动轨迹的同时对载体姿态进行建模，生成旋转条件下的卫星射频信号，为弹载接收机的研发测试提供仿真信号源。北京航天大学黄智刚科研小组、北京理工大学博士生曾广裕在研究旋转条件下卫星信号的仿真建模课题中也取得突破，并成功跟踪了20Hz以下的旋转弹体。

四、结束语

从20世纪美军进入的几场战争来看，效费比低下的战争模j弋应该随着武器装备的更新升级而退出历史的舞台。现代战争打击敌方要害，讲究的是精准和突防能力强。各国也都在紧锣密鼓地进行旋转条件下卫星信号的研究，我国在这方面也应加紧步伐，加强北斗导航系统下的旋转条件下的导航信号研究。

参考文献：

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

[2]高庆丰.旋转导弹飞行动力学与控制[M].北京：中国宇航出版社，2016：2-17.