基于gnss转发器实现高动态目标间高精度相对定位

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1、基于GNSS转发器实现高动态目标间高精度相对定位第1章绪论1.1引言目前的全球导航卫星系统主要包括美国的GPS全球定位系统，俄罗斯的GLONASS系统，欧洲的GALILEO系统和中国的PASS卫星导航系统，导航系统可向配备有接收设备的用户提供精确、连续的三维位置，速度信息和时间信息等，用户利用这些信息可实现目标的定位、导航以及监管。由于GNSS系统具有高精度、全天候、全球覆盖、方便灵活和质优价廉的特点，因而被广泛的应用于军事、交通、生活等方方面面[1]。基于GNSS转发器实现动态相对定位是在两个运动载体上分别安装GNSS转发器，并将接收到的卫星信号进

2、行变频放大再发往地面，由地面站对接收信息进行加工处理从而获得两个运动载体的相对位置、姿态、速度、加速度等信息，这种方案的优点在于使得运动载体上的设备相对简单，只要遥测接收机能够接收到转发的GPS、BD等卫星信号，通过对地面记录设备记录的数据进行事后反复重放，就能在极短时间内捕获和跟踪到GPS、BD卫星信号，进而获得GPS、BD等测量数据[2]，最终利用差分载波相位定位技术可以达到厘米级的相对定位精度。而传统的相对定位方法（比如雷达/激光测距等）通常设备昂贵、体积庞大、维修复杂，又或是精度不高，限制条件严格，不能完全满足要求，并且传统的相对定位方法假定

3、参考站的精密位置是预先给定的，进而由相对定位获得流动站的位置，这一先决条件在动态相对定位中是没有的，使得那些已有的算法难以直接用于动态相对定位，另外随着GNSS系统的不断完善，基于多星座组合导航定位系统越来越受到人们重视，因为组合导航定位系统能够提供比单系统更多的可视卫星和可用频率，进而可改善卫星的几何分布，提高定位的精度[5][6][7]，因此研究基于GNSS转发器的动态相对定位具有重要的现实意义[3][4]。..1.2国内外研究现状利用GNSS转发器实现高精度动态相对定位的关键问题在于一是对GNSS转发器的研究，主要包括GNSS转发器的系统组成、

4、工作原理、误差分析等，二是对于数据事后处理方法的研究，这主要包括周跳探测与修复、整周模糊度动态解算等。当运动载体做高速运动时，容易造成地面接收机对卫星信号跟踪的中断，使载波相位观测值中包含了周跳，这势必将影响模糊度的正确固定，最终影响定位精度，如何探测与修复周跳是事后处理过程中必不可少的工作；而依赖于双差载波相位观测值的整周模糊度解算，仅当模糊度已固定为正确的整数时，才能达到厘米级的定位精度，因此整周模糊度动态解算方法的研究是整个高精度相对定位的核心问题。从上世纪80年代开始，美国约翰普金斯大学应用物理实验室就开始着手设计和开发用于评估致命性武器拦截

5、效果的脱靶量测量设备，并在1977年研制出了Transat模拟转发器，为了使弹道导弹拦截器的数据能够被加密，APL开发了能够应用于导弹上的GPS数字转发器。1991年和1992年，APL进行了两次比较成功的外大气层再进入拦截分系统飞行试验，其中一次实验直接命中靶标，另一次也几乎命中靶标，试验中，在拦截器和靶标上均安装了L1频段弹载GPS转发器。在采样率为10Hz的条件下，通过GPS差分测量得到的拦截器和靶标的相对几何测量精度达到60cm。..第2章GNSS转发定位系统组成与工作原理2.1GNSS转发定位系统组成基于GNSS进行相对定位一般有两种方案。

6、方案一，目标上采用高动态接收机，方案二，目标上采用变频转发器。基于转发器的方案相对于直接在目标上安装接收机的方案有诸多的优点：（1）目标上采用变频转发器方案具有成本低、质量和体积小、功耗低等特点，对于不可回收的目标和一次消耗的致命性武器，其装载设备的成本相当重要，而对于装有固体推进剂的机动发射目标，装载设备质量和体积也很重要。（2）对于高动态运动的物体，如导弹等，其飞行速度很快，动态变化范围大，若使用GNSS接收机，则信号的初始捕获和跟踪难度很大，若因某种原因（如姿态变化、级间分离等）引起接收机失锁，则在很短时间内完成信号重捕获更为困难。特别是在一些

7、关键时刻，接收机失锁，丢失测量数据，就可能严重影响相对定位的精度。而使用转发器则能较好地解决接收机遇到的上述难题，只要遥测能够接收到GNSS信号，目标接收机就能通过事后重放在极短的时间内完成对码相位和多普勒频率的捕获和跟踪，获得测量数据。针对事后重放的特点，事后处理过程中可借助其他信息来降低跟踪环路的抖动，控制载波相位的周跳。因此，对于两个高动态运动物体之间的定位，不宜采用GNSS接收机，采用GNSS转发器具有更高的可靠性和更好的测量精度。GNSS转发定位系统是在目标上安装能够转发GNSS卫星信号变频转发器，将频率由L波段变到S波段，经遥测接收机接收

8、后送地面处理中心，其信号分为两路：一路送检前记录系统，对数据进行存储，以便事后处理系统进行精确处理，一路送地