一种高速旋转弹头位置和姿态估计方法技术

本发明专利技术提供一种高速旋转弹头位置和姿态估计方法，该方法包括：建立弹头旋转分析模型确定旋转引起的L1载波和C/A码的多普勒频移计算式；根据多普勒频移计算式进行旋转弹头的闭环反馈补偿跟踪；根据弹头的PVT解算结果以及闭环反馈补偿跟踪结果得到对应的姿态输出结果。该方法通过设计一个闭环的反馈跟踪系统，来不断修正旋转补偿参数，从而对旋转速度和半径的准确估计，可有效提高跟踪的稳定性和精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种高速旋转弹头位置和姿态估计方法


[0001]本专利技术属于卫星导航
，尤其涉及一种高速旋转弹头位置和姿态估计方法。

技术介绍

[0002]旋转弹头的位置和姿态的是弹头使用过程中需要实时掌握的信息，然而由于弹头的高速旋转；其转速大于30000转/分，对积分IQ值(1毫秒相干积分)应用一般的快速傅里叶变换获取弹头旋转速度已经不现实，如何准确获取高速旋转弹头的位置和姿势是当前亟待解决的一个问题。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供一种高速旋转弹头位置和姿态估计方法用于解决现有技术的不足。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]本专利技术实施例提供了一种高速旋转弹头位置和姿态估计方法，包括：
[0006]建立弹头旋转分析模型确定旋转引起的L1载波和C/A码的多普勒频移计算式；
[0007]根据多普勒频移计算式进行旋转弹头的闭环反馈补偿跟踪；
[0008]根据弹头的PVT解算结果以及闭环反馈补偿跟踪结果得到对应的姿态输出结果。
[0009]进一步地，建立弹头旋转分析模型确定旋转引起的L1载波和C/A码的多普勒频移计算式具体包括：
[0010]L1载波的多普勒频移计算式Δf＝2πnrsin(2πnt
‑
β)cosαf/c；C/A码的多普勒频移Δf
C
＝2πnrsin(2πnt
‑
β)cosαf
C
/c；其中，f为载波频率，f/>C
为码速率，n为弹头的旋转速度，r为天线相位中心到旋转中心的距离，α为卫星信号射线与卫星信号射线在经过弹头旋转轴的垂直投射面上的投影线的夹角；β为卫星信号射线在经过弹头旋转轴的垂直投射面上的投影线与垂直方向的夹角。
[0011]进一步地，根据多普勒频移计算式进行旋转弹头的闭环反馈补偿跟踪具体包括：
[0012]增加单独的旋转NCO专门用于对每个采样点进行处理，并将旋转NCO和载波NCO、码NCO关联起来；
[0013]进行弹头旋转速度的初始化和跟踪；
[0014]进行空间锥角的初始化和跟踪；
[0015]进行半径的初始化和跟踪；
[0016]计算旋转NCO相位值并根据旋转NCO相位值计算旋转多普勒。
[0017]进一步地，进行弹头旋转速度的初始化和跟踪具体包括：
[0018]分别以n0+Δn、n0、n0‑
Δn三个转速产生三组本地码和本地载波，其中n0为初始旋转速度，Δn为步长；然后按照载波的多普勒频移以及码的多普勒频移计算补偿量，得到旋转补偿量后再把旋转补偿量应用于旋转NCO；
[0019]分别用三组本地码和本地载波进行解调和解扩，得到三组I/Q值，选择最优的一组I/Q值对应的旋转速度作为新的基准，并更新用于计算旋转补偿的旋转速度n。
[0020]进一步地，进行空间锥角的初始化和跟踪具体包括：
[0021]分别以β+Δβ、β、β
‑
Δβ三个角产生三组本地码和本地载波，其中β为空间锥角，Δβ为步长；然后按照载波的多普勒频移以及码的多普勒频移计算补偿量，得到旋转补偿量后再把旋转补偿量应用于旋转NCO；
[0022]分别用三组本地码和本地载波进行解调和解扩，得到三组I/Q值，选择最优的一组I/Q值对应的角作为新的基准，并更新空间锥角β、载波NCO和码NCO。
[0023]进一步地，进行半径的初始化和跟踪具体包括：
[0024]在当前半径r的基础上分别加上和减去一个步进值，然后分别计算旋转补偿量，然后分别进行解调和解扩，得到三组I/Q值，选择最优的一组I/Q值对应r作为当前的补偿量。
[0025]进一步地，根据弹头的PVT解算结果以及闭环反馈补偿跟踪结果得到对应的姿态输出结果具体包括：
[0026]利用4颗及以上卫星信息便可以PVT解算出弹头的位置、速度和时间；
[0027]结合闭环反馈补偿跟踪结果和一段时间的连续定位的轨迹，然后经过航迹滤波处理便可以得到弹头的速度、旋转速度、飞行方向、3D位置的姿态准确估计。
[0028]本专利技术提供的一种高速旋转弹头位置和姿态估计方法，通过设计一个闭环的反馈跟踪系统，来不断修正旋转补偿参数，从而对旋转速度和半径的准确估计，能够准确获取高速旋转弹头的位置和姿势，可有效提高跟踪的稳定性和精度。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1是本专利技术实施例提供的一种高速旋转弹头位置和姿态估计方法的流程图；
[0031]图2是弹头旋转分析模型坐标系；
[0032]图3是旋转补偿前的I/Q积分值；
[0033]图4是旋转补偿前的多普勒；
[0034]图5是旋转补偿后的I/Q积分值；
[0035]图6是旋转补偿后的多普勒；
[0036]图7是转速跟踪输出结果。
具体实施方式
[0037]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]图1所示为本专利技术实施例提供的一种高速旋转弹头位置和姿态估计方法的流程示
意图。包括以下步骤：
[0039]S1、建立弹头旋转分析模型确定旋转引起的L1载波和C/A码的多普勒频移计算式。
[0040]如图2所示，天线相位中心与天线旋转中心的偏差为r(OP),O为天线旋转中心，P为天线相位中心，弹头围绕Y轴旋转，S为卫星位置，α为OS与OE的夹角，β为OE与OD的夹角。α为卫星信号射线OS与卫星信号射线在经过炮弹旋转轴的垂直投射面上的投影线OE的夹角；β为卫星信号射线在经过炮弹旋转轴的垂直投射面上的投影线OE与垂直方向OD的夹角。其中cosαcosβ＝cos∠DOS。
[0041]卫星多普勒频移的计算公式为：
[0042]Δf＝v
r
f/c
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(1)
[0043]其中，Δf为多普勒频移，v
r
为接收机与卫星的相对速度，f为发射信号的频率，c为光速。
[0044]如图1所示，令v
τ
为接收机天线相位中心随天线旋转中心的切向速度，则该速度在OS方向上的分量可以表示为：
[0045]v
r
＝v
τ
sin(2πnt
‑
β)cosα
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速旋转弹头位置和姿态估计方法，其特征在于，包括：建立弹头旋转分析模型确定旋转引起的L1载波和C/A码的多普勒频移计算式；根据多普勒频移计算式进行旋转弹头的闭环反馈补偿跟踪；根据弹头的PVT解算结果以及闭环反馈补偿跟踪结果得到对应的姿态输出结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立弹头旋转分析模型确定旋转引起的L1载波和C/A码的多普勒频移计算式具体包括：L1载波的多普勒频移计算式Δf＝2πnrsin(2πnt
‑
β)cosαf/c；C/A码的多普勒频移Δf
C
＝2πnrsin(2πnt
‑
β)cosαf
C
/c；其中，f为载波频率，f
C
为码速率，n为弹头的旋转速度，r为天线相位中心到旋转中心的距离，α为卫星信号射线与卫星信号射线在经过弹头旋转轴的垂直投射面上的投影线的夹角；β为卫星信号射线在经过弹头旋转轴的垂直投射面上的投影线与垂直方向的夹角。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据多普勒频移计算式进行旋转弹头的闭环反馈补偿跟踪具体包括：增加单独的旋转NCO专门用于对每个采样点进行处理，并将旋转NCO和载波NCO、码NCO关联起来；进行弹头旋转速度的初始化和跟踪；进行空间锥角的初始化和跟踪；进行半径的初始化和跟踪；计算旋转NCO相位值并根据旋转NCO相位值计算旋转多普勒。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进行弹头旋转速度的初始化和跟踪具体包括：分别以n0+Δn、n0、n0‑
Δn三个转速产生三组本地码和本地载波，其中n0为初始...

【专利技术属性】
技术研发人员：张柏华，刘俊秀，
申请(专利权)人：西安开阳微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：