本文關(guān)鍵詞：高速飛行器等離子體鞘套下導(dǎo)航信號(hào)及系統(tǒng)特性研究

  更多相關(guān)文章： 等離子體鞘套 導(dǎo)航接收系統(tǒng) 相位移動(dòng) 幅度衰減 同步環(huán)路

【摘要】：高速飛行器在稀薄大氣中以超高聲速飛行時(shí),與周?chē)諝鈩×夷Σ?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(duì)電磁波信號(hào)具有吸收、反射、折射、散射等作用,嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生信號(hào)中斷,形成所謂“通信黑障”。等離子體鞘套嚴(yán)重影響飛行器中通信、探測(cè)、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(dòng)態(tài)帶來(lái)的大多普勒及其變化率對(duì)導(dǎo)航信號(hào)產(chǎn)生諸多影響,嚴(yán)重時(shí)接收系統(tǒng)不能正常工作。因此高速飛行器下的導(dǎo)航信號(hào)及其接收系統(tǒng)特性的研究具有重要的理論意義及實(shí)際價(jià)值。等離子體鞘套對(duì)導(dǎo)航信號(hào)傳輸具有典型的幅度衰減和相位移動(dòng)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(hào)的頻率、體制等相關(guān)。研究認(rèn)為幅度衰減是導(dǎo)致衛(wèi)星導(dǎo)航中斷的主要原因,當(dāng)衰減大于接收系統(tǒng)的功率閾值時(shí)導(dǎo)航失效,但是對(duì)于這一問(wèn)題缺乏系統(tǒng)研究,而且缺乏相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。目前GPS導(dǎo)航系統(tǒng)屬于調(diào)相體制,動(dòng)態(tài)等離子體鞘套下對(duì)信號(hào)相位特性及導(dǎo)航特性影響的研究展開(kāi)較少,高機(jī)動(dòng)飛行大動(dòng)態(tài)多普勒變化對(duì)接收機(jī)同步環(huán)路會(huì)產(chǎn)生影響,本文重點(diǎn)針對(duì)動(dòng)態(tài)等離子體鞘套對(duì)導(dǎo)航接收系統(tǒng)的影響、鞘套下信號(hào)相位特性以及等離子鞘套和高機(jī)動(dòng)飛行大動(dòng)態(tài)多普勒耦合環(huán)境下的導(dǎo)航接收系統(tǒng)特性展開(kāi)研究。本文從飛行器等離子體鞘套和高動(dòng)態(tài)兩方面進(jìn)行導(dǎo)航信號(hào)及接收系統(tǒng)特性的理論和實(shí)驗(yàn)研究。主要工作有:1.提出了等離子體鞘套環(huán)境下的GPS導(dǎo)航信號(hào)載噪比計(jì)算模型,研究了等離子體鞘套環(huán)境下的GPS導(dǎo)航信號(hào)衰減特性及其對(duì)接收系統(tǒng)的影響。闡述了等離子體下電磁波信號(hào)幅度衰減的計(jì)算方法,分析了幅度衰減與導(dǎo)航接收信號(hào)的接收功率、載噪比之間的關(guān)系;采用實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的可產(chǎn)生大面積、均勻、長(zhǎng)時(shí)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(jìn)行了等離子體環(huán)境下電磁波信號(hào)的幅度衰減實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)裝置的等離子體鞘套的電子密度可對(duì)GPS信號(hào)及系統(tǒng)造成中斷,進(jìn)行了不同電子密度的等離子體鞘套對(duì)GPS導(dǎo)航接收機(jī)性能的影響實(shí)驗(yàn);并在此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上,在實(shí)驗(yàn)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(hào)、黑障產(chǎn)生、持續(xù)黑障、重新通信的過(guò)程。并采用衰減器進(jìn)行了不同幅度衰減對(duì)GPS導(dǎo)航接收機(jī)性能的影響實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與理論研究結(jié)果的一致性。2.提出了中頻段等離子體鞘套GPS導(dǎo)航信號(hào)及系統(tǒng)分析模型,研究了等離子體鞘套下GPS導(dǎo)航信號(hào)的相位特性及對(duì)接收系統(tǒng)的影響。分析了在導(dǎo)航信號(hào)中頻部分研究附加相位移動(dòng)對(duì)系統(tǒng)影響的可行性,計(jì)算了等離子體鞘套引起導(dǎo)航信號(hào)的相位移動(dòng)數(shù)值,采用Hilbert方法建立了附加相位移動(dòng)的導(dǎo)航信號(hào)模型,并進(jìn)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(dòng)對(duì)定位結(jié)果的影響規(guī)律。3.提出了大動(dòng)態(tài)多普勒環(huán)境下同步環(huán)路的改進(jìn)方法。改進(jìn)了高速飛行器下GPS接收機(jī)內(nèi)部捕獲和跟蹤環(huán)路。計(jì)算了高速飛行器環(huán)境對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)造成的大多普勒頻移及其變化率,比較了導(dǎo)航接收機(jī)的捕獲和跟蹤方法,分析了高速飛行器對(duì)導(dǎo)航信號(hào)及接收系統(tǒng)的主要影響因素為大衰減、大動(dòng)態(tài)二者的共同作用,并在此二者影響因素的基礎(chǔ)上對(duì)捕獲和跟蹤環(huán)路進(jìn)行了改進(jìn):采用了輔助的方法,提供衛(wèi)星編號(hào)、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(zhǎng)積分時(shí)間,提高累積增益獲得更低載噪比的信號(hào);同時(shí)改進(jìn)跟蹤環(huán)路,也采用了輔助信息,延長(zhǎng)積分?jǐn)?shù)據(jù)長(zhǎng)度,并將二階環(huán)路濾波器改進(jìn)為三階濾波器,最終保證衛(wèi)星信號(hào)解碼的正確性與同步性,提高了接收機(jī)的性能。
【關(guān)鍵詞】：等離子體鞘套 導(dǎo)航接收系統(tǒng) 相位移動(dòng) 幅度衰減 同步環(huán)路
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V219
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 符號(hào)對(duì)照表13-17
• 縮略語(yǔ)對(duì)照表17-22
• 第一章 緒論22-32
• 1.1 研究背景和意義22-24
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展24-29
• 1.2.1 導(dǎo)航系統(tǒng)的研究進(jìn)展24-25
• 1.2.2 等離子體鞘套對(duì)導(dǎo)航信號(hào)及系統(tǒng)特性影響的研究進(jìn)展25-27
• 1.2.3 復(fù)雜環(huán)境下導(dǎo)航接收機(jī)同步環(huán)路算法的研究進(jìn)展27-29
• 1.3 論文內(nèi)容安排29-32
• 第二章 導(dǎo)航接收系統(tǒng)原理及等離子體鞘套下的導(dǎo)航信號(hào)傳輸理論32-50
• 2.1 引言32
• 2.2 GPS導(dǎo)航接收系統(tǒng)構(gòu)成及其應(yīng)用原理32-37
• 2.2.1 GPS信號(hào)組成及接收機(jī)構(gòu)成33-34
• 2.2.2 接收機(jī)的射頻前端34-35
• 2.2.3 接收機(jī)的基帶信號(hào)處理35-36
• 2.2.4 接收機(jī)的導(dǎo)航解算36-37
• 2.3 等離子體鞘套的產(chǎn)生機(jī)理及基本參數(shù)37-40
• 2.3.1 等離子體鞘套的產(chǎn)生機(jī)理與特性37
• 2.3.2 電子密度37-38
• 2.3.3 碰撞頻率38-39
• 2.3.4 角頻率39-40
• 2.4 等離子體下的電磁波傳輸理論與計(jì)算方法40-44
• 2.4.1 電磁波在均勻等離子體中傳播的透射系數(shù)40-42
• 2.4.2 電磁波在非均勻等離子體中傳播的透射系數(shù)42-44
• 2.5 等離子體鞘套下的GPS導(dǎo)航傳播實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)44-48
• 2.5.1 激波管44-45
• 2.5.2 電弧風(fēng)洞45
• 2.5.3 等離子體鞘套地面裝置45-47
• 2.5.4 等離子體鞘套中碰撞頻率的診斷47-48
• 2.5.5 等離子體鞘套中電子密度的診斷48
• 2.6 本章小結(jié)48-50
• 第三章 等離子體鞘套環(huán)境下GPS導(dǎo)航信號(hào)衰減特性及對(duì)接收系統(tǒng)的影響研究50-64
• 3.1 引言50
• 3.2 等離子體鞘套下導(dǎo)航信號(hào)幅度衰減特性的理論分析50-53
• 3.2.1 信號(hào)幅度衰減與接收功率的關(guān)系50-51
• 3.2.2 信號(hào)幅度衰減與載噪比的關(guān)系51-52
• 3.2.3 等離子體鞘套下導(dǎo)航信號(hào)的幅度衰減52-53
• 3.3 等離子體鞘套下的GPS導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)的方案53-59
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成53-54
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置54-56
• 3.3.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法56-59
• 3.4 等離子體鞘套下的GPS導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析59-62
• 3.4.1 電子密度對(duì)信號(hào)幅度衰減的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析59-60
• 3.4.2 信號(hào)幅度衰減與載噪比的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析60-61
• 3.4.3 信號(hào)幅度衰減導(dǎo)致的接收機(jī)指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析61-62
• 3.5 本章小結(jié)62-64
• 第四章 等離子體鞘套下GPS導(dǎo)航信號(hào)相位特性及對(duì)接收系統(tǒng)的影響研究64-84
• 4.1 引言64
• 4.2 等離子體鞘套下GPS導(dǎo)航信號(hào)相位特性的理論分析64-71
• 4.2.1 等離子體鞘套引起的信號(hào)相位移動(dòng)對(duì)GPS信號(hào)的影響研究機(jī)理64
• 4.2.2 等離子體鞘套引起的信號(hào)相位移動(dòng)的數(shù)值計(jì)算64-68
• 4.2.3 建立附加相位移動(dòng)的GPS信號(hào)模型68-70
• 4.2.4 引入附加相位移動(dòng)的GPS信號(hào)處理70-71
• 4.3 等離子體鞘套引起的信號(hào)相位移動(dòng)的仿真結(jié)果分析71-82
• 4.3.1 均勻非時(shí)變等離子體鞘套引起的信號(hào)相位移動(dòng)對(duì)導(dǎo)航的影響分析71-74
• 4.3.2 再入等離子體鞘套引起的信號(hào)相位移動(dòng)對(duì)導(dǎo)航的算例分析74-77
• 4.3.3 寬參數(shù)范圍下時(shí)變等離子體鞘套引起的信號(hào)相位移動(dòng)對(duì)導(dǎo)航的影響規(guī)律77-82
• 4.4 本章小結(jié)82-84
• 第五章 高速飛行器GPS接收機(jī)內(nèi)部捕獲跟蹤環(huán)路的改進(jìn)84-102
• 5.1 引言84
• 5.2 高速飛行器GPS衛(wèi)星信號(hào)的多普勒頻移及其變化率的數(shù)值計(jì)算84-88
• 5.3 高速飛行器導(dǎo)航接收機(jī)捕獲環(huán)路的改進(jìn)88-92
• 5.3.1 GPS接收機(jī)信號(hào)捕獲原理88
• 5.3.2 高速飛行器導(dǎo)航接收機(jī)的捕獲方法比較及改進(jìn)88-90
• 5.3.3 捕獲環(huán)路改進(jìn)后的結(jié)果分析90-92
• 5.4 高速飛行器導(dǎo)航接收機(jī)跟蹤環(huán)路的改進(jìn)92-101
• 5.4.1 GPS接收機(jī)跟蹤環(huán)路構(gòu)成及機(jī)理92-97
• 5.4.2 高速飛行器導(dǎo)航接收機(jī)跟蹤環(huán)路的改進(jìn)方法與改進(jìn)參數(shù)97-98
• 5.4.3 跟蹤環(huán)路改進(jìn)后的結(jié)果分析98-101
• 5.5 本章小結(jié)101-102
• 第六章 結(jié)論和展望102-104
• 6.1 本文的研究結(jié)論102-103
• 6.2 后期的研究展望103-104
• 參考文獻(xiàn)104-112
• 致謝112-114
• 作者簡(jiǎn)介114-115

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：599490