單天線衛(wèi)星接收系統(tǒng)與微慣性組件的復(fù)合測姿方法研究.pdf

1、1第1章緒論1.1課題研究的目的和意義導(dǎo)航技術(shù)是一種古老而嶄新的技藝，導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展來源于人類的本能需要，人類的發(fā)展進(jìn)步與其緊密相連。導(dǎo)航就是正確的引導(dǎo)航行體沿著預(yù)定的航線在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)到達(dá)目的地。為了完成這個(gè)任務(wù)，需要隨時(shí)知道航行體的位置、速度、航向、姿態(tài)等導(dǎo)航參數(shù)。能夠向航行體的操縱者或控制系統(tǒng)提供航行體的導(dǎo)航參數(shù)的系統(tǒng)稱作為導(dǎo)航系統(tǒng)[13]。常用的導(dǎo)航系統(tǒng)有慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、我國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)等，它們都具有各自獨(dú)特的優(yōu)

2、點(diǎn)。人類第一次使用慣性技術(shù)是在第二次世界大戰(zhàn)的時(shí)候，由德國研制的V2火箭采用的是由兩個(gè)陀螺儀及一個(gè)加速度計(jì)組成的慣性制導(dǎo)系統(tǒng)。但由于當(dāng)時(shí)科技水平低下，研制的陀螺儀和加速度計(jì)的精度較差，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的性能不穩(wěn)定，使得制導(dǎo)導(dǎo)彈的精度極低。盡管當(dāng)時(shí)的制導(dǎo)水平不高，但極大地提高了整個(gè)戰(zhàn)爭的影響和破壞力。隨后的一九五八年，安裝了N6A型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的美國海軍鸚鵡螺號(hào)核潛艇，潛行8146海里后，定位誤差只有20海里。從六十年代到七十年代，衛(wèi)星導(dǎo)航系

3、統(tǒng)得到了大力發(fā)展，開始時(shí)用于北極星號(hào)核潛艇的導(dǎo)航定位，隨后逐漸應(yīng)用于各種戰(zhàn)斗機(jī)、軍艦的導(dǎo)航定位，定位精度極高。到了八十年代，導(dǎo)航系統(tǒng)開始傾向于組合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來導(dǎo)航定位。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的自主性、隱蔽性特點(diǎn)，使其能連續(xù)的提供載體完整運(yùn)動(dòng)參數(shù)[4]。然而，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度隨著時(shí)間而下降，這個(gè)特性必然是一種致命缺陷。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠以較高精度、長時(shí)間的提供載體運(yùn)動(dòng)信息，但衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)易受到干擾。因此，組合導(dǎo)航系統(tǒng)開始逐漸在

4、各領(lǐng)域中投入使用。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，各種精確制導(dǎo)武器，因其精度高、射程遠(yuǎn)、火力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而備受軍隊(duì)青睞。先進(jìn)軍事國家的戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈導(dǎo)航與制導(dǎo)系統(tǒng)和精確制導(dǎo)彈藥多采用慣性導(dǎo)航GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)。海灣戰(zhàn)爭期間，美國軍方使用多管火箭炮投入了約18000枚火箭彈，每枚火箭帶有640顆小炸彈，造成大面積的破毀效果，殺傷力最終達(dá)到了駭人的戰(zhàn)果。然而對(duì)于火炮來講，最重要的是要增大攻擊范圍，其目的是在敵方攻擊范圍之外打擊敵方陣營。在海灣戰(zhàn)爭之后美國軍方要求把多管

5、火箭彈的射程從32km增加到75km。第1章緒論3性公司與中國海洋石油總公司進(jìn)行了一系列頗有成果的深入?yún)f(xié)作，簽訂了隨鉆陀螺測斜儀系統(tǒng)研究的合作協(xié)議。2011年中國航天科工三院33所慣性企業(yè)與中國海洋石油總部合作的基于陀螺技術(shù)的GMWD—01隨鉆陀螺測斜系統(tǒng)的方案及技術(shù)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)入樣機(jī)研制階段，成功彌補(bǔ)我國在該行業(yè)的空白。繼2012年下半年我國實(shí)踐九號(hào)衛(wèi)星順利發(fā)射升天，在所設(shè)定的軌道正常工作數(shù)月后，由我國電科26所開發(fā)的半球諧振式陀螺于同一年

6、底某天中午順利接入衛(wèi)星運(yùn)行控制設(shè)施，直接分擔(dān)衛(wèi)星姿態(tài)測量任務(wù)，其姿態(tài)測量精度與衛(wèi)星上配置的主控系統(tǒng)相當(dāng)，衛(wèi)星在軌道上工作正常。半球諧振式陀螺的突出特點(diǎn)在衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)上得到充分的驗(yàn)證。這次國內(nèi)自主研發(fā)的半球諧振式陀螺在實(shí)際衛(wèi)星的測姿系統(tǒng)閉環(huán)驗(yàn)證中的優(yōu)秀貢獻(xiàn)，預(yù)示著我國在半球諧振陀螺空間測量姿態(tài)試驗(yàn)獲取了全面成效，使我國在高精度陀螺的自主性研發(fā)在航天領(lǐng)域邁出了更大一步。1.2.2衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展世界上第一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是美國海軍的“子

7、午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”。1958年開始研發(fā)，1961年第一顆實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射，1964年系統(tǒng)開始投入使用。1967年系統(tǒng)向民用領(lǐng)域開放，1996年退役?！白游鐑x衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”包括4顆到7顆低軌道（1100km）衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星播發(fā)150MHz和400MHz的無線電波信號(hào)，同一時(shí)刻最多只有一顆衛(wèi)星在用戶視野中，衛(wèi)星經(jīng)過的時(shí)間相隔100min[16]。GPS的研發(fā)始于1973年，當(dāng)時(shí)許多美國軍用衛(wèi)星導(dǎo)航計(jì)劃浮出水面。1978年一個(gè)實(shí)際運(yùn)作的原型衛(wèi)星發(fā)

8、射升空，1993年公布了整個(gè)GPS的初始運(yùn)轉(zhuǎn)能力。雖然作為軍用系統(tǒng)研發(fā)，現(xiàn)在GPS已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了民用領(lǐng)域。運(yùn)轉(zhuǎn)于俄羅斯的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS)與GPS同時(shí)研發(fā)，也是一個(gè)軍用系統(tǒng)，首顆導(dǎo)航衛(wèi)星于1982年發(fā)射。第三個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，伽利略(Galileo)正在由歐盟及其其他伙伴研發(fā)。Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是由民間控制的，為民用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。首顆衛(wèi)星在2005年底發(fā)射。GPS和GLONASS目前正在經(jīng)歷著重要的衛(wèi)星導(dǎo)航現(xiàn)代