旋轉環境下衛星導航信號的仿真研究概況

杜道成

摘要：現代戰爭中對武器的精確毀傷效能要求很高，對常規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姿態判定，能夠為彈體在飛行過程中實時調整飛行軌跡提供重要的修正參數。本文從大量的文獻中，總結提煉出世界各國在旋轉環境下的GPS導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。

關鍵詞：衛星導航信號;研究現狀

隨著各國軍事實力的發展，現代戰爭的模式也在不斷發生變化。最熱門、最先進的科學技術在各個國家常常是首先被應用于軍事領域，而后再推廣到民用領域。GPS（Global Positioning System）就是這樣一項技術，始于19世紀下半葉的全球定位系統，在美軍的武器裝備改裝升級、更新換代中發揮了巨大的作用，給炮彈、導彈安上了翅膀和眼睛，讓炮彈、導彈能夠精確制導，根據安裝在彈體上的衛星導航定位接收機實時接收的GPS信號實現精確定位，通過彈上計算機與預定打擊目標坐標位置進行對比，由脈沖或舵機提供彈體改變運動方向的氣動力矩，從而能夠按照預定軌跡飛行[1]，達到了精確摧毀目標的戰略或戰術目的。

對現有無控彈藥進行“智能化”改裝升級，使其能夠滿足現代戰爭的軍事需求，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量勻衡，大大降低了彈藥的毀傷效應。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制特性，實現對彈體的測姿。得到的姿態信息用于彈上計算機對彈體飛行軌跡進行調整。但是隨之需要面臨的問題是，彈體在飛行過程中，實時旋轉造成了接收機接收導航信號不連續，高速的旋轉使接收機很容易失鎖。

一、旋轉炮彈的旋轉參數

國內外針對GNSS中頻信號的仿真研究雖然較多，但絕大多數的仿真都不是針對旋轉環境的。而旋轉環境下衛星導航彈載接收機能否正常工作、定位準確，是彈載接接收機的非常重要的一項技術指標。采用旋轉體制的導彈、炮彈有很多。導彈中有，第

二、三代紅外尋的便攜式防空導彈，美國的尾刺、尾刺Post尾刺RMP、箭—3、針—1、針—S;地空導彈如羅蘭特，彈翼的差動安裝角能使導彈以5r/s的轉速飛行;艦空導彈如拉姆;大氣層內動能攔截彈愛國者PAC-3，增程攔截彈（ERINT）其慣導飛行段的轉速為0，5r/s，末制導段的轉速為3r/s;第二代反坦克導彈，如歐洲聯合研制的米蘭、霍特，二代半反坦克導彈如俄羅斯的短號和歐洲聯合研制的中程崔格特。炮彈中有，末制導炮彈，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速為15～20r/s，由尾翼的差動安裝角保持飛行中的轉速。XM982是由美國雷錫恩公司和瑞典博福斯公司聯合研制的復合增程制導炮彈，采用GPS/INS組合導航，出炮口轉速為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，高速的炮彈往往轉動慣量較大，依靠彈體自身的旋轉來保持飛行軌跡的穩定。相比來說轉速較低的炮彈，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，能夠精準飛向目標的同時，又能夠有一定的突防能力。

二、支持旋轉應用接收機的國外研究現狀

針對旋轉場合的彈載接收機國內研究目前較少，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及應用場合。

三、國內研究現狀

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

四、結束語

從20世紀美軍進入的幾場戰爭來看，效費比低下的戰爭模j弋應該隨著武器裝備的更新升級而退出歷史的舞臺。現代戰爭打擊敵方要害，講究的是精準和突防能力強。各國也都在緊鑼密鼓地進行旋轉條件下衛星信號的研究，我國在這方面也應加緊步伐，加強北斗導航系統下的旋轉條件下的導航信號研究。

參考文獻：

[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]高慶豐.旋轉導彈飛行動力學與控制[M].北京：中國宇航出版社，2016：2-17.