基于DSP的弹载GPS接收机研究

摘要

火箭弹作为远程打击的重要武器,其制导、控制技术的研究发展日益受到国内的关注。火箭弹射程的增加是其发展的重要方向,同时远程火箭弹的制导精度如何提高是其中的关键问题。GPS技术在航空航天,军事制导领域的应用日渐成熟,同时国产北斗卫星导航系统即将投入运行。通过卫星导航实现火箭弹的定位制导有重要意义。
　　 火箭弹是一种高空域、速度变化范围宽、大加速度和加加速度的高动态制导弹药。本文分析GPS系统的组成和原理、接收机的一般结构和火箭弹高动态环境给接收机导航定位带来的问题。如何实现信号的快速捕获和稳态跟踪是高动态接收机需要解决的关键技术。火箭弹发射主控段接收机所承受较大的加加速度和加速度,已经捕获到的卫星信号容易丢失,针对这个现象本文详细分析经典时域滑动相关捕获算法和频域FFT。快速捕获算法的特点,提出通过增加外部辅助信息来缩短失锁重捕时间的算法。另一方面速度和加速度变化范围大要求接收机有较大的环路跟踪带宽,但增加环路带宽将引入更多噪声,不利于信号的稳态跟踪,将降低伪距测量值和载波相位等观测量的精度。针对问题,本文分析研究科斯塔斯锁相环、锁频环和典型的码延迟锁定环的特点,采用2阶四相锁频环辅助3阶科斯塔斯锁相环的载波环和典型延迟码锁定环设计方案,并设计相应环路滤波器。
　　 在算法研究和参考国内外接收机发展的基础上,采用以DSP/FPGA为构架的硬件设计方案,研究在DSP环境下实现卫星信号的捕获跟踪算法和导航定位解算。最后利用GPS/BD卫星导航信号模拟器进行半实物仿真试验,测试分析接收机在低动态和高动态环境下的捕获跟踪性能。