跟着国防技能的飞速开展，要求导弹等常常作业在高动态环境下兵器的功能不断改进。传统的导弹制导手法不能满意现代战争对导弹提出的高精度、高牢靠性和具有强壮战场生存才能的要求。例如传统的导弹制导体系［1］大都选用惯导体系，因为不断进步的改进陀螺仪和加速度计的要求很难得到满意，惯导体系定位差错随时刻堆集的缺点越来越约束其进一步运用。现在，纯惯导体系虽能开始满意中近程导弹飞翔的点与点之间导航精度要求，但不能满意长途、长时刻飞翔及兵器抛掷、侦查、变轨操控等更高精度的制导要求［2］。因而，很有必要研讨新的制导手法来满意现代战争的需求。跟着GPS这一全球卫星定位体系的开展，特别是因为该体系具有全球性、全天候、接连的精细三维导航与定位才能以及杰出的抗搅扰性和保密性，该体系被敏捷运用于军事范畴的各个方面，并已取得了可观的军事效益。本课题正是在这种布景下，研讨GPS这一全新的全球定位体系在导弹制导中的运用，有重要的军事价值和现实意义。
1 导弹飞翔环境（高动态环境）给接纳GPS信号带来的问题及处理计划
导弹制导的显着特色是在高动态环境中施行轨迹扶引和差错校对。研讨GPS在制导中的运用有必要研讨高动态环境给接纳GPS信号带来的影响。尽管GPS体系具有比以往导航定位体系无法比拟的许多长处，可是与静态、中低动态环境比较，高动态环境使GPS信号发生了较大的多普勒频移，给接纳机牢靠捕获和盯梢信号带来了较大的困难。一般GPS接纳机在没有惯导体系速率辅佐的条件下很难在高动态环境下牢靠地作业。
1.1 高动态环境给接纳GPS信号带来的问题
与中、低动态环境比较，高动态环境给接纳GPS信号带来了如下问题：
① 高动态使GPS载波信号发生较大的多普勒频移，若使一般接纳机的载波锁相环PLL（常用costas 环）能够坚持确定，就有必要添加环路滤波器的带宽。这样就会使宽带噪声窜入，当噪声电平增大到超越环路门限时就会致使载波盯梢环失锁。而载波盯梢供给准确的间隔改变率丈量导航解，这样就会丢掉间隔和间隔改变率的估量值；若不添加载波锁相环的环路带宽，则载波多普勒频移常常会超越锁相环的捕获带，这样也不能确保对载波的牢靠捕获和盯梢。
② 高动态也使得GPS信号的副载波，即伪随机码发生动态时延，使得一般接纳机的DLL码延时盯梢环简略失锁［1］，并且从头捕获时刻很长，往往使导航解发散。
③ 载波盯梢失锁也使50 Hz的调制数据无法康复，相应的卫星星历无法获取。
一般的GPS接纳机大都选用载波锁相环进行载波盯梢、码推迟确定环进行码盯梢，假如没有惯性导航体系的速率辅佐（即供给有关多普勒频移的先验常识），是很难在高动态环境下牢靠作业的。
1.2 处理高动态环境所带来问题的典型办法
处理高动态环境所带来的问题，首要是研讨怎么进步在高动态环境中对多普勒频移的了解程度。研讨标明，多普勒频移一般可经过某些算法进行多普勒频移估量而把握，或许经过惯性导航体系来提取。
1.2.1 高动态环境中多普勒频移估量办法
在高动态环境中对多普勒频移估量算法的研讨最早也是最有成果的是美国JPL试验室，该试验室从前研讨过以下算法［1］：
① 近似最大似然估量（MLE）的盯梢和捕获算法，该算法是根据N个接连同相和正交采样值来对频率及其时刻导数进行估量的。
② 选用扩展卡尔曼滤波算法（EKF），即一种运用准最优递推估量接纳的相位及频率盯梢算法进行载波盯梢。
③ 穿插自动频率操控环（CPAKC），即一种简化的估量吞没于噪声中正弦信号频率并有极高动态的准最优算法。
④ 频率扩展卡尔曼滤波器（FEKF），即一种先对去除相位影响后的数据进行叉积，再进行低节次EKF的频率估量算法。
在规划高动态GPS接纳机时可权衡作业门限（频率失锁概率为10％时的信噪比）、不同信噪比时的频率差错、算法杂乱程度以及需求特色等要素，挑选适宜的载波捕获盯梢算法以满意接纳机功能和信号处理杂乱程度的要求。
1.2.2 经过惯导辅佐而获取多普勒频移的办法
研讨标明，将GPS体系和现在常用惯导体系进行组合可显着增强一般GPS接纳机在高动态环境下的适应才能，且组合的定位精度显着进步［3］。这是因为将两个体系的输出信息经过卡尔曼滤波器进行组合，运用惯导加速度计的速率数据（包括多普勒频移信息）作为GPS接纳机码盯梢环路和载波盯梢环路的辅佐信号，在高动态环境下，可显着下降GPS接纳机对动态信号盯梢才能的要求，然后进步其对动态的适应才能和抗搅扰才能。别的，当因搅扰和姿势改变而丢掉GPS信号时，此组合办法还具有快速重捕才能。
2 规划高动态GPS接纳机的要害技能
现以规划高动态GPS接纳机过程中用到的技能加以阐明。所规划的GPS接纳机除了选用近似最大似然估量（MLE）技能预算间隔和间隔改变率，然后在高动态环境中完成载波盯梢外，还选用了窄带相关器技能、多星技能、载波辅佐技能［3］、卡尔曼滤波技能和差分技能来进步定位精度。下文首要剖析窄带相关器技能、载波辅佐技能和多星技能，其他技能已多有论说，这儿不再触及。
传统的GPS接纳机在对伪随机码进行延时捕获盯梢时，其早晚相关器都用1个码片的长度作为推迟间隔［4］，但在对C/A码盯梢时选用窄相关间隔（如选用1.0～0.05码片长度）具有显着的优越性，可在呈现噪声和多径搅扰时减小盯梢差错。因为码相关器中早晚信号中的噪声成分是相关的，在进行早晚处理时两者趋于抵消；因为PDLL鉴相器中的多径信号较少歪曲而导致多径效应减小，然后进步定位精度。试验标明［4］，在C/A码盯梢环路中选用窄间隔相关器（间隔为0.1码片），仅靠伪距求解的实时定位精度可到达＜1 m；载波相位滑润下的码伪距解精度达0.5 m水平。在本课题计划中选用的码片间隔是0.5码片而不是一般的1码片间隔。
载波辅佐技能以两种办法辅佐码环盯梢［3］。因为码相率与载波相位率成正比，运用可取得的载频（多普勒频移）操控C/A码的数控振荡器，使之对动态不灵敏，然后进步测码伪距的精度；另一方面，当载波相位正确积分时，其改变正比于卫星伪距改变即Δ间隔，因而可运用Δ间隔来滑润伪距噪声。
多星技能即多通道技能。事实上通道数目的添加可取得显着的功能进步［3］，因为不同的卫星数目越多定位精度越高。这首要表现在卫星数目添加一倍时定位噪声可下降3 dB。别的，12通道体系本质上清除了优化选星的烦琐，并为偶尔的信号丢掉供给了一个简捷的处理办法，12通道体系在冷启动形式下还具有一个最大的长处，即可对卫星信号进行盲查找。
现在咱们规划了一种模块式并行12通道高动态GPS接纳机，完成框图如图1所示。其根本规划原理是将接纳到的GPS射频信号经过前置滤波模块滤除带外搅扰，然后在射频前端模块中变频到中频信号，再在信号处理模块中与内部发生的载涉及伪随机码相关，康复基带信号并取得定位解算所需的伪码和载波观丈量。该接纳机经过选用近似最大似然预算（MLE）办法来预算接纳机相对卫星的伪间隔和间隔改变率，以此满意在高动态环境中对伪码和载波频率的盯梢；经过选用DSP技能规划了满意高动态盯梢所需的盯梢滤波器；在射频前端选用了低噪声放大器来确保GPS接纳机在较低信噪比下牢靠盯梢卫星信号；经过选用并行12通道模块化规划及进步定位精度的相关技能，使得接纳机具有杰出的噪声功能和动态功能，并有效地进步了定位精度。该接纳机能够较好地在没有惯导辅佐的导弹、军用飞机等高动态用户载体上作业。
图1 高动态GPS接纳机完成框图
3 GPS在导弹制导方面的运用
研讨标明，抱负的导弹制导体系应满意如下要求［3］：全球掩盖；高的相对精度和肯定精度；对高动态载体具有杰出的实时适应才能；能够供给三维方位、三维速度和姿势数据；作业不受外部环境影响；具有抗人为和非人为搅扰的才能；不被他方运用；可供我方宽广用户运用；能随时、自主地进行毛病检测和毛病扫除；高的牢靠性；与现行机载设备的标准要求相符；价格适中，为宽广用户所承受等等。现在，导弹制导体系大都选用惯性制导体系（INS），这种体系因为存在差错随时刻而堆集的固有缺点，所以很难满意高精度、高牢靠性等制导体系的要求。研讨标明，在影响导弹制导精度的差错要素中，惯导外表的丈量差错是首要差错源［3］。鉴于制导体系的要求以及惯导体系的固有缺点，现在进步制导体系精度一般有两条途径：选用新的制导体系和完善现有的惯导体系。
3.1 高动态GPS接纳机在导弹制导中运用
选用新的制导技能是制导范畴一向重视的问题，跟着GPS这一全球卫星定位体系的建成，根据GPS体系的新式制导体系能够较好地满意导弹制导的诸项要求，用GPS制导体系来替换现有的惯导体系，完成导弹的长间隔、高精度制导已引起越来越多的重视。
用高动态GPS接纳机进行导弹制导需求处理的两个要害问题是：GPS全向天线的研讨和根据GPS技能的导弹姿势丈量办法研讨。这两项研讨已有所突破［3］，这儿不再赘述。图2是根据高动态GPS接纳机的导弹制导体系组成框图。其根本作业原理是：由GPS接纳机丈量出导弹的实时方位并与存储在程序设备中的预订轨迹参数进行比较和核算归纳，然后经过姿势操控体系操控弹体运动；而导弹的姿势信息也经过GPS接纳机实时监测，并当令操控导弹进行调整，整个制导体系是一个闭环体系，最终将导弹引向方针。
图2 根据高动态GPS接纳机的导弹制导体系组成框图
3.2 GPS和惯导组合的制导办法
完善现有的惯导体系就有必要减小惯导外表的东西差错。现在经过进步惯导外表质量而减小东西差错的办法越来越困难［3］；而选用组合制导技能来批改东西差错的办法周期短、成本低，跟着GPS技能的呈现，这种办法越来越受到重视。
一般的GPS接纳机在高动态环境不易捕获和盯梢信号，乃至发生整周跳变现象；而惯导体系可实时供给多种导航信息，但其导航差错会随时刻而堆集，影响制导作用。GPS/INS组合制导体系使得新体系既具有惯导体系较高的相对精度，又具有GPS较高的肯定精度，并简略供给载体的姿势信息。用GPS接连供给的高精度方位和速度信息能够估量和校对惯导体系的方位差错、速度差错，然后显着进步惯导体系的定位精度；而凭借惯导体系的加速度计速率信息，可改进GPS接纳机的动态功能，使GPS接纳机能够在高动态环境快速捕获和从头捕获卫星信号。因而，GPS和INS的组合能够构成真实抱负的制导体系。惯导与GPS的组合办法一般能够分为两大类［3］：重调式和卡尔曼滤波办法。
重调式是简略的组合办法。本质上，这种组合仅仅GPS向惯导单方向的校准，尽管有简略、易于完成的长处，但组合的潜能远没有发挥出来。
在卡尔曼滤波办法中选用了组合导航滤波器（本质上是一种卡尔曼滤波器），经过估量惯导外表的差错改进惯导体系的定位精度；假如惯导的速率数据作为GPS接纳机码盯梢环路和载波盯梢环路的辅佐信息，在高动态环境下可下降GPS接纳机对动态信号盯梢才能的要求，然后进步抗搅扰功能。别的，当因搅扰和姿势改变丢掉了GPS信号，此组合办法还具有快速重捕才能。图3为典型的GPS/INS组合体系的结构图。
图3 典型的GPS/INS组合体系的结构图
GPS和INS组合制导（导航）体系，统筹了两体系的长处，按捺了两分体系的缺乏，且添加了体系的冗余度，相应进步了载体的导航或制导精度，是较为抱负的组合制导（导航）体系。
4 定论
现有的惯性制导体系不能充沛满意导弹精细制导的需求，而根据GPS技能的现代制导体系具有许多惯性制导体系无法比拟的长处，有宽广的开展前景。
