本文關鍵詞：高速飛行器等離子體鞘套下導航信號及系統(tǒng)特性研究

  更多相關文章： 等離子體鞘套 導航接收系統(tǒng) 相位移動 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,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、導航等電子系統(tǒng)工作,特別是廣泛應用的衛(wèi)星導航系統(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。因此高速飛行器下的導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)星導航信號的頻率、體制等相關。研究認為幅度衰減是導致衛(wèi)星導航中斷的主要原因,當衰減大于接收系統(tǒng)的功率閾值時導航失效,但是對于這一問題缺乏系統(tǒng)研究,而且缺乏相關的實驗驗證。目前GPS導航系統(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航特性影響的研究展開較少,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)境下的導航接收系統(tǒng)特性展開研究。本文從飛行器等離子體鞘套和高動態(tài)兩方面進行導航信號及接收系統(tǒng)特性的理論和實驗研究。主要工作有:1.提出了等離子體鞘套環(huán)境下的GPS導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航接收信號的接收功率、載噪比之間的關系;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導航收發(fā)設備搭建系統(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導航接收機性能的影響實驗;并在此實驗系統(tǒng)基礎上,在實驗室環(huán)境下持續(xù)再現(xiàn)了GPS導航系統(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衰減對GPS導航接收機性能的影響實驗,驗證了實驗測量結果與理論研究結果的一致性。2.提出了中頻段等離子體鞘套GPS導航信號及系統(tǒng)分析模型,研究了等離子體鞘套下GPS導航信號的相位特性及對接收系統(tǒng)的影響。分析了在導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航信號模型,并進行了后續(xù)的導航解算,給出了等離子體鞘套引起的相位移動對定位結果的影響規(guī)律。3.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,比較了導航接收機的捕獲和跟蹤方法,分析了高速飛行器對導航信號及接收系統(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低載噪比的信號;同時改進跟蹤環(huán)路,也采用了輔助信息,延長積分數(shù)據(jù)長度,并將二階環(huán)路濾波器改進為三階濾波器,最終保證衛(wèi)星信號解碼的正確性與同步性,提高了接收機的性能。
【關鍵詞】：等離子體鞘套 導航接收系統(tǒng) 相位移動 幅度衰減 同步環(huán)路
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V219
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 符號對照表13-17
• 縮略語對照表17-22
• 第一章 緒論22-32
• 1.1 研究背景和意義22-24
• 1.2 國內(nèi)外研究進展24-29
• 1.2.1 導航系統(tǒng)的研究進展24-25
• 1.2.2 等離子體鞘套對導航信號及系統(tǒng)特性影響的研究進展25-27
• 1.2.3 復雜環(huán)境下導航接收機同步環(huán)路算法的研究進展27-29
• 1.3 論文內(nèi)容安排29-32
• 第二章 導航接收系統(tǒng)原理及等離子體鞘套下的導航信號傳輸理論32-50
• 2.1 引言32
• 2.2 GPS導航接收系統(tǒng)構成及其應用原理32-37
• 2.2.1 GPS信號組成及接收機構成33-34
• 2.2.2 接收機的射頻前端34-35
• 2.2.3 接收機的基帶信號處理35-36
• 2.2.4 接收機的導航解算36-37
• 2.3 等離子體鞘套的產(chǎn)生機理及基本參數(shù)37-40
• 2.3.1 等離子體鞘套的產(chǎn)生機理與特性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導航傳播實驗基礎44-48
• 2.5.1 激波管44-45
• 2.5.2 電弧風洞45
• 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48-50
• 第三章 等離子體鞘套環(huán)境下GPS導航信號衰減特性及對接收系統(tǒng)的影響研究50-64
• 3.1 引言50
• 3.2 等離子體鞘套下導航信號幅度衰減特性的理論分析50-53
• 3.2.1 信號幅度衰減與接收功率的關系50-51
• 3.2.2 信號幅度衰減與載噪比的關系51-52
• 3.2.3 等離子體鞘套下導航信號的幅度衰減52-53
• 3.3 等離子體鞘套下的GPS導航實驗的方案53-59
• 3.3.1 實驗系統(tǒng)構成53-54
• 3.3.2 實驗參數(shù)設置54-56
• 3.3.3 實驗內(nèi)容和方法56-59
• 3.4 等離子體鞘套下的GPS導航實驗的結果分析59-62
• 3.4.1 電子密度對信號幅度衰減的實驗結果分析59-60
• 3.4.2 信號幅度衰減與載噪比的實驗結果分析60-61
• 3.4.3 信號幅度衰減導致的接收機指標的實驗結果分析61-62
• 3.5 本章小結62-64
• 第四章 等離子體鞘套下GPS導航信號相位特性及對接收系統(tǒng)的影響研究64-84
• 4.1 引言64
• 4.2 等離子體鞘套下GPS導航信號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相位移動對GPS信號的影響研究機理64
• 4.2.2 等離子體鞘套引起的信號相位移動的數(shù)值計算64-68
• 4.2.3 建立附加相位移動的GPS信號模型68-70
• 4.2.4 引入附加相位移動的GPS信號處理70-71
• 4.3 等離子體鞘套引起的信號相位移動的仿真結果分析71-82
• 4.3.1 均勻非時變等離子體鞘套引起的信號相位移動對導航的影響分析71-74
• 4.3.2 再入等離子體鞘套引起的信號相位移動對導航的算例分析74-77
• 4.3.3 寬參數(shù)范圍下時變等離子體鞘套引起的信號相位移動對導航的影響規(guī)律77-82
• 4.4 本章小結82-84
• 第五章 高速飛行器GPS接收機內(nèi)部捕獲跟蹤環(huán)路的改進84-102
• 5.1 引言84
• 5.2 高速飛行器GPS衛(wèi)星信號的多普勒頻移及其變化率的數(shù)值計算84-88
• 5.3 高速飛行器導航接收機捕獲環(huán)路的改進88-92
• 5.3.1 GPS接收機信號捕獲原理88
• 5.3.2 高速飛行器導航接收機的捕獲方法比較及改進88-90
• 5.3.3 捕獲環(huán)路改進后的結果分析90-92
• 5.4 高速飛行器導航接收機跟蹤環(huán)路的改進92-101
• 5.4.1 GPS接收機跟蹤環(huán)路構成及機理92-97
• 5.4.2 高速飛行器導航接收機跟蹤環(huán)路的改進方法與改進參數(shù)97-98
• 5.4.3 跟蹤環(huán)路改進后的結果分析98-101
• 5.5 本章小結101-102
• 第六章 結論和展望102-104
• 6.1 本文的研究結論102-103
• 6.2 后期的研究展望103-104
• 參考文獻104-112
• 致謝112-114
• 作者簡介114-115

【參考文獻】

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本文編號：599490