高速飛行器等離子體鞘套下導(dǎo)航信號及系統(tǒng)特性研究.pdf

1、高速飛行器在稀薄大氣中以超高聲速飛行時，與周圍空氣劇烈摩擦，高溫產(chǎn)生空氣電離，使表面包裹了一層等離子體鞘套。等離子體鞘套對電磁波信號具有吸收、反射、折射、散射等作用，嚴重時產(chǎn)生信號中斷，形成所謂“通信黑障”。等離子體鞘套嚴重影響飛行器中通信、探測、導(dǎo)航等電子系統(tǒng)工作，特別是廣泛應(yīng)用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，載頻低、發(fā)射功率低，等離子鞘套及高速飛行環(huán)境伴隨著的高動態(tài)帶來的大多普勒及其變化率對導(dǎo)航信號產(chǎn)生諸多影響，嚴重時接收系統(tǒng)不能正常工作。因此高速

2、飛行器下的導(dǎo)航信號及其接收系統(tǒng)特性的研究具有重要的理論意義及實際價值。等離子體鞘套對導(dǎo)航信號傳輸具有典型的幅度衰減和相位移動作用，其影響程度主要與鞘套的電子密度、碰撞頻率參數(shù)及衛(wèi)星導(dǎo)航信號的頻率、體制等相關(guān)。研究認為幅度衰減是導(dǎo)致衛(wèi)星導(dǎo)航中斷的主要原因，當衰減大于接收系統(tǒng)的功率閾值時導(dǎo)航失效，但是對于這一問題缺乏系統(tǒng)研究，而且缺乏相關(guān)的實驗驗證。目前GPS導(dǎo)航系統(tǒng)屬于調(diào)相體制，動態(tài)等離子體鞘套下對信號相位特性及導(dǎo)航特性影響的研究展開較少

3、，高機動飛行大動態(tài)多普勒變化對接收機同步環(huán)路會產(chǎn)生影響，本文重點針對動態(tài)等離子體鞘套對導(dǎo)航接收系統(tǒng)的影響、鞘套下信號相位特性以及等離子鞘套和高機動飛行大動態(tài)多普勒耦合環(huán)境下的導(dǎo)航接收系統(tǒng)特性展開研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了等離子體鞘套環(huán)境下的GPS導(dǎo)航信號載噪比計算模型，研究了等離子體鞘套環(huán)境下的GPS導(dǎo)航信號衰減特性及其對接收系統(tǒng)的影響。闡述了等離子體下電磁波信號幅度衰減的計算方法，分析了幅度衰減與導(dǎo)航接收信號的接收

4、功率、載噪比之間的關(guān)系；采用實驗室環(huán)境下的可產(chǎn)生大面積、均勻、長時間持續(xù)的地面等離子體模擬裝置和GPS導(dǎo)航收發(fā)設(shè)備搭建系統(tǒng)，進行了等離子體環(huán)境下電磁波信號的幅度衰減實驗，驗證了實驗裝置的等離子體鞘套的電子密度可對GPS信號及系統(tǒng)造成中斷，進行了不同電子密度的等離子體鞘套對GPS導(dǎo)航接收機性能的影響實驗；并在此實驗系統(tǒng)基礎(chǔ)上，在實驗室環(huán)境下持續(xù)再現(xiàn)了GPS導(dǎo)航系統(tǒng)正常接收信號、黑障產(chǎn)生、持續(xù)黑障、重新通信的過程。并采用衰減器進行了不同幅度

5、衰減對GPS導(dǎo)航接收機性能的影響實驗，驗證了實驗測量結(jié)果與理論研究結(jié)果的一致性。⑵提出了中頻段等離子體鞘套GPS導(dǎo)航信號及系統(tǒng)分析模型，研究了等離子體鞘套下GPS導(dǎo)航信號的相位特性及對接收系統(tǒng)的影響。分析了在導(dǎo)航信號中頻部分研究附加相位移動對系統(tǒng)影響的可行性，計算了等離子體鞘套引起導(dǎo)航信號的相位移動數(shù)值，采用Hilbert方法建立了附加相位移動的導(dǎo)航信號模型，并進行了后續(xù)的導(dǎo)航解算，給出了等離子體鞘套引起的相位移動對定位結(jié)果的影響規(guī)律。

6、⑶提出了大動態(tài)多普勒環(huán)境下同步環(huán)路的改進方法。改進了高速飛行器下GPS接收機內(nèi)部捕獲和跟蹤環(huán)路。計算了高速飛行器環(huán)境對GPS衛(wèi)星信號造成的大多普勒頻移及其變化率，比較了導(dǎo)航接收機的捕獲和跟蹤方法，分析了高速飛行器對導(dǎo)航信號及接收系統(tǒng)的主要影響因素為大衰減、大動態(tài)二者的共同作用，并在此二者影響因素的基礎(chǔ)上對捕獲和跟蹤環(huán)路進行了改進：采用了輔助的方法，提供衛(wèi)星編號、搜索頻率和導(dǎo)航數(shù)據(jù)位輔助信息，減少搜索范圍，延長積分時間，提高累積增益獲得更