CN107479083A

CN107479083A - 基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法以及系统

Info

Publication number: CN107479083A
Application number: CN201710877844.8A
Authority: CN
Inventors: 蔡乃小
Original assignee: Beijing HWA Create Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN HUALI CHUANGTONG TECHNOLOGY Co.,Ltd.
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2017-12-15
Anticipated expiration: 2037-09-25
Also published as: CN107479083B

Abstract

本发明提供一种基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法以及系统，涉及导航技术领域，包括：通过至少两个信号接收装置接收第一射频信号与第二射频信号，信号接收装置设置于目标物体上且相对中心轴对称；对第一中频信号与第二中频信号进行中频合路得到合路信号并对其进行基带解调，得到卫星多普勒等观测量信息；利用上述获得的多普勒等观测量信息辅助第一中频信号与第二中频信号进行基带解调处理，分别得到两组对应的多普勒观测量；通过上述两组多普勒联立方程组并进行解算得到目标物体的平动速度与转动速度，以消除旋转运动对物体速度解算精度的影响。本发明不仅能精确求解弹体的平动速度，而且还能获得弹体的旋转速度，以实现导弹的精确制导。

Description

基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法以及系统

技术领域

本发明涉及导航技术领域，尤其是涉及一种基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法以及系统。

背景技术

由于卫星导航不受天气及射程的影响且定位精度较高，因此在导弹制导过程中卫星导航得到了广泛的应用。但是导弹在高速飞行过程中，往往伴随着旋转运动从而造成卫星信号中断，这给信号的基带解调带来了很大困难，而且，旋转速度的实时测量也是弹体实现精确制导的关键。

目前，对于弹体旋转造成信号中断的问题主要通过以下方法解决：选择微带环型天线作为卫星导航接收天线，微带环形天线全向性能够保证接收机对卫星信号进行连续稳定的跟踪。

但是，微带环型天线也随着弹体旋转，从而造成天线相对每颗卫星产生额外的多普勒且大小不一，无法消除旋转运动对卫星多普勒的影响，这将严重影响弹体平动速度的精确求解，而且通过该方法也无法得出弹体的转动速度，从而无法使弹体实现精确制导。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法以及系统，以解决现有技术中存在的无法消除旋转运动对卫星多普勒的影响，这将严重影响弹体平动速度的精确求解，而且无法得出弹体的转动速度，从而无法使弹体实现精确制导的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法，包括：

通过至少两个信号接收装置分别接收第一射频信号与第二射频信号，其中，所述至少两个信号接收装置设置于目标物体上且相对于中心轴对称；

对所述第一射频信号与所述第二射频信号分别进行下变频处理，得到第一中频信号与第二中频信号；

对所述第一中频信号与所述第二中频信号进行合路处理，得到合路信号；

对所述合路信号进行基带解调处理，得到卫星导航电文、卫星伪距与卫星多普勒观测量；

利用所述卫星多普勒观测量对所述第一中频信号与所述第二中频信号分别进行基带解调处理，得到第一多普勒观测量与第二多普勒观测量；

通过所述卫星导航电文与所述卫星伪距对目标物体的位置进行计算，得到观测矩阵；

通过所述观测矩阵、所述第一多普勒观测量与所述第二多普勒观测量联立方程组，解算所述方程组得到目标物体的平动速度与转动线速度。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括：

根据目标物体的旋转半径与所述转动线速度，得到目标物体的转动角速度。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述利用所述卫星多普勒观测量对所述第一中频信号与所述第二中频信号分别进行基带解调处理，得到第一多普勒观测量与第二多普勒观测量，具体包括：

对所述卫星多普勒观测量进行数据提取与计算，得到多普勒数据；

利用所述多普勒数据，对所述第一中频信号与所述第二中频信号分别进行环路跟踪，得到第一多普勒观测量与第二多普勒观测量。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述利用所述多普勒数据，对所述第一中频信号与所述第二中频信号分别进行环路跟踪，得到第一多普勒观测量与第二多普勒观测量，具体包括：

利用所述多普勒数据，对所述第一中频信号与所述第二中频信号分别进行环路跟踪；

通过所述环路跟踪，分别对所述第一中频信号、所述第二中频信号进行载波同步以及码同步处理，得到第一多普勒观测量与第二多普勒观测量。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述环路跟踪包括：码环跟踪与载波环跟踪。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述通过所述卫星导航电文与所述卫星伪距对目标物体的位置进行计算，得到观测矩阵，具体包括：

根据所述卫星导航电文与所述卫星伪距计算卫星的位置和速度；

根据所述卫星的位置和速度，通过牛顿迭代法计算目标物体的位置，得到观测矩阵。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述解算所述方程组得到目标物体的平动速度与转动线速度，具体包括：

通过最小二乘法对所述方程组进行解算，得到目标物体的平动速度与转动线速度。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述信号接收装置为天线。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述射频信号为卫星发送的信号。

第二方面，本发明实施例还提供一种基于卫星导航的转动物体运动速度测量系统，用于通过导航系统测量目标物体的平动速度与转动速度，所述系统包括：射频下变频组件、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)芯片、数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)模块以及至少两个信号接收装置；

所述至少两个信号接收装置用于分别接收第一射频信号与第二射频信号，其中，所述至少两个信号接收装置设置于目标物体上且相对于中心轴对称；

所述射频下变频组件用于对所述第一射频信号与所述第二射频信号分别进行下变频处理，得到第一中频信号与第二中频信号；

所述FPGA芯片用于对所述第一中频信号与所述第二中频信号进行合路处理，得到合路信号，并对所述合路信号进行基带解调处理，得到卫星导航电文、卫星伪距与卫星多普勒观测量；

所述FPGA芯片还用于利用所述卫星多普勒观测量对所述第一中频信号与所述第二中频信号分别进行基带解调处理，得到第一多普勒观测量与第二多普勒观测量；

所述DSP模块用于通过所述卫星导航电文与所述卫星伪距对目标物体的位置进行计算，得到观测矩阵，并通过所述观测矩阵、所述第一多普勒观测量与所述第二多普勒观测量联立方程组，解算所述方程组得到目标物体的平动速度与转动线速度。

本发明实施例提供的技术方案带来了以下有益效果：本发明实施例提供的基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法以及系统中，基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法包括：首先，通过至少两个信号接收装置分别接收第一射频信号与第二射频信号，其中，至少两个信号接收装置设置于目标物体上且相对于中心轴对称，然后，对第一射频信号与第二射频信号分别进行下变频处理从而得到第一中频信号与第二中频信号，之后对第一中频信号与第二中频信号进行合路处理从而得到合路信号，之后再对合路信号进行基带解调处理从而得到卫星导航电文、卫星伪距与卫星多普勒观测量，然后利用卫星多普勒观测量对第一中频信号与第二中频信号分别进行基带解调处理从而得到第一多普勒观测量与第二多普勒观测量，之后通过卫星导航电文与卫星伪距对目标物体的位置进行计算从而得到观测矩阵，最后，通过观测矩阵、第一多普勒观测量与第二多普勒观测量联立方程组，解算方程组得到目标物体的平动速度与转动线速度，由于导弹飞行过程中伴随着旋转运动从而造成天线存在周期性遮挡现象，导致天线接收卫星信号交替出现中断的问题，针对该问题，通过本方法先将第一中频信号与第二中频信号进行中频合路处理从而产生全向的合路信号并对其进行基带解调处理，以此消除了旋转运动的信号接收装置周期性遮挡导致的接收卫星信号中断的影响，而对于设置于目标物体上且相对于中心轴对称的两个信号接收装置来说，平动速度相同而旋转速度则大小相等、方向相反，因此通过结合卫星多普勒观测量联立方程组，能够有效消除弹体等物体旋转对求解平动速度的影响，从而提高了平动速度的测量精度，并且还能够计算得出弹体等物体的转动线速度，而且，通过合路信号基带解调处理，输出了能够为第一中频信号与第二中频信号的基带解调处理提供实时、精确的卫星多普勒等辅助信息，因此，第一中频信号与第二中频信号便能够利用合路信号基带解调输出的卫星多普勒信息来辅助第一中频信号与第二中频信号进行跟踪处理，从而输出第一中频信号与第二中频信号的多普勒信息，因此每当卫星信号重新可见时第一中频信号与第二中频信号便能够精确的完成各自信号的基带解调处理过程，并最终输出各自信号的多普勒信息，再根据第一中频信号与第二中频信号解调输出的多普勒信息，以及通过卫星导航电文与卫星伪距得到的观测矩阵，进行联立方程组，通过对该方程组进行解算而获得物体的平动速度以及转动速度，从而实现了消除旋转运动对卫星多普勒的影响，不仅可以提高旋转物体平动速度的测量精度，而且提供了一种测量弹体等物体转动速度的方法，从而解决了现有技术中存在的无法消除旋转运动对卫星多普勒的影响，这将严重影响弹体平动速度的精确求解，而且无法得出弹体的转动速度，从而无法使弹体实现精确制导的技术问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例一所提供的基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法的流程图；

图2示出了本发明实施例二所提供的基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法的流程图；

图3示出了本发明实施例二所提供的基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法的另一流程图；

图4示出了本发明实施例二所提供的基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法中，基带解调处理具体方法的流程图；

图5示出了本发明实施例二所提供的基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法中，计算转动角速度的具体方法的流程图；

图6示出了本发明实施例三所提供的一种基于卫星导航的转动物体运动速度测量系统的结构示意图；

图7示出了本发明实施例三所提供的基于卫星导航的转动物体运动速度测量系统中，天线具体安装结构的结构示意图。

图标：4-基于卫星导航的转动物体运动速度测量系统；41-信号接收装置；42-射频下变频组件；43-FPGA芯片；44-数字信号处理模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前无法消除旋转运动对卫星多普勒的影响，这将严重影响弹体平动速度的精确求解，而且无法得出弹体的转动速度，从而无法使弹体实现精确制导，基于此，本发明实施例提供的一种基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法以及系统，可以解决现有技术中存在的无法消除旋转运动对卫星多普勒的影响，这将严重影响弹体平动速度的精确求解，而且无法得出弹体的转动速度，从而无法使弹体实现精确制导的技术问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法以及系统进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供的一种基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法，也可以为双天线测量导弹等弹体平动和转动速度的实现方法，用于通过卫星导航系统测量导弹弹体等目标物体的平动速度与转动速度，本实施例以弹体为例进行说明，如图1所示，该方法包括：

S11：通过至少两个信号接收装置分别接收第一射频信号与第二射频信号。

其中，至少两个信号接收装置设置于弹体上且至少两个信号接收装置相对于弹体的中心轴对称，即天线对称安装在弹体侧面。射频信号为卫星发送的信号。信号接收装置可以为天线。并且，信号接收装置不失一般性的能够扩展到四天线等多天线设计方案的应用。

S12：对第一射频信号与第二射频信号分别进行下变频处理，得到第一中频信号与第二中频信号。

因此，两个天线接收的射频信号经射频下变频组件电路输出两路中频信号IF1和IF2。

S13：对第一中频信号与第二中频信号进行合路处理，得到合路信号。

S14：对合路信号进行基带解调处理，得到卫星导航电文、卫星伪距与卫星多普勒观测量。

具体的，在现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)芯片内对中频信号IF1和IF2进行合路处理产生信号IF3，并对其进行基带解调和同步处理，获得卫星导航电文、卫星伪距和卫星多普勒观测量。

S15：利用卫星多普勒观测量对第一中频信号与第二中频信号分别进行基带解调处理，得到第一多普勒观测量与第二多普勒观测量。

在本步骤中，卫星多普勒观测量辅助第一中频信号与第二中频信号进行基带解调处理。进一步的是，利用合路信号IF3解调处理输出的码相位和载波多普勒的辅助信息完成对中频信号IF1和IF2的基带解调处理，产生各自的积分多普勒观测量输出。

S16：通过卫星导航电文与卫星伪距对弹体的位置进行计算，得到观测矩阵。

作为本实施例的优选实施方式，数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)模块利用FPGA芯片对合路信号IF3基带处理输出的卫星导航电文和卫星伪距观测量进行弹体定位解算，同时求解得到观测矩阵H。

S17：通过观测矩阵、第一多普勒观测量与第二多普勒观测量联立方程组，解算方程组得到弹体的平动速度与转动线速度。

本步骤中，根据观测矩阵H、中频信号IF1和IF2解调输出的积分多普勒等信息联立方程组，解算出弹体的平动速度v_d和旋转线速度v_r。

其中，通过观测矩阵、第一多普勒观测量与第二多普勒观测量建立的测量方程组可以为：

其中，Dop_i为跟踪第i颗卫星获得的积分多普勒，(vx_si,vy_si,vz_si)为卫星速度，f_shift为接收机时钟漂移，f_r为卫星信号射频频率，c为光传播速度。DSP利用广义最小二乘算法对载波多普勒测量方程进行求解便可获得弹体的旋转线速度(v_rx,v_ry,v_rz)和平动速度(v_dx,v_dy,v_dz)，最后根据公式w_r＝v_r/R计算出弹体旋转角速度。

因此，通过本发明实施例提供的方法能够结合弹体旋转线速度联立卫星多普勒测量方程，有效消除了弹体旋转对求解平动速度的影响、提高了平动速度的测量精度。

实施例二：

本发明实施例提供的一种基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法，也可以为双天线测量导弹等弹体平动和转动速度的实现方法，用于通过卫星导航系统测量导弹弹体等目标物体的平动速度与转动速度，本实施例以弹体为例进行说明，如图2所示，包括：

S21：通过至少两个信号接收装置分别接收第一射频信号与第二射频信号。

S22：对第一射频信号与第二射频信号分别进行下变频处理，得到第一中频信号与第二中频信号。

S23：对第一中频信号与第二中频信号进行合路处理，得到合路信号。

S24：对合路信号进行基带解调处理，得到卫星导航电文、卫星伪距与卫星多普勒观测量。

S25：对卫星多普勒观测量进行数据提取与计算，得到多普勒数据。

S26：利用多普勒数据，对第一中频信号与第二中频信号分别进行环路跟踪，得到第一多普勒观测量与第二多普勒观测量。

具体的，可以先利用多普勒数据，对第一中频信号与第二中频信号分别进行环路跟踪。然后通过环路跟踪，分别对第一中频信号、第二中频信号进行载波同步以及码同步处理，得到第一多普勒观测量与第二多普勒观测量。其中，环路跟踪可以包括：码环跟踪与载波环跟踪。

需要说明的是，卫星多普勒观测量辅助第一中频信号与第二中频信号进行基带解调处理。具体的，利用合路信号解调处理输出的码相位和载波多普勒的辅助信息完成对第一中频信号与第二中频信号的基带解调处理，产生各自的积分多普勒观测量输出。

S27：根据卫星导航电文与卫星伪距计算卫星的位置和速度。

S28：根据卫星的位置和速度，通过牛顿迭代法计算弹体的位置，得到观测矩阵。

S29：通过观测矩阵、第一多普勒观测量与第二多普勒观测量联立方程组，通过最小二乘法对方程组进行解算，得到弹体的平动速度与转动线速度。

本步骤中，通过观测矩阵、第一多普勒观测量与第二多普勒观测量建立的测量方程组可以为：

S30：根据弹体的旋转半径与转动线速度，得到弹体的转动角速度。

作为一个优选方案，由弹体旋转半径R和旋转线速度v_r，根据公式w_r＝v_r/R即可求出弹体的旋转角速度w_r。

在实际应用中，如图3所示，可以采用两个半全向天线，即天线1与天线2进行卫星信号接收，每个天线分别接收各自可见卫星的射频(Radio Frequency，简称RF)信号，形成一个空间二分集工作模式。卫星信号经天线接收后经过低噪声放大器(Low NoiseAmplifier，简称LNA)，然后经过声表面波滤波器(surface acoustic wave，简称SAW)，之后射频信号RF1与RF2进入射频下变频的组件进行下变频处理，生成两路中频信号(intermediate frequency，简称IF)，即两路中频数字信号IF1和IF2。FPGA对信号IF1、IF2以及二者合路信号IF3进行基带解调处理，即对IF1的基带解调处理1，对IF2的基带解调处理2，以及对合路信号IF3的基带解调处理3，其中，对信号IF3基带解调处理3的输出为IF1的基带解调处理1与IF2的基带解调处理2提供了实时、精确的辅助信息，即利用合路信号IF3解调处理输出的码相位和载波多普勒辅助信息完成对中频信号IF1和IF2的基带解调处理。之后，通过外部储存器接口(External Memory Interface，简称EMIF)总线和中断信号输出卫星导航电文和基带观测量。DSP处理器利用FPGA提供的卫星导航电文和基带观测量等信息完成弹体的定位、测速和旋转速度结算，即对弹体的位置、平动速度和转速的解算。

本实施例中，由于两个天线相对弹体中心轴呈对称分布，弹体在高速飞行过程中除了有平动产生的速度v_d外还存在旋转运动产生的旋转线速度v_r。因此对于两个天线来说，平动速度v_d相同而旋转速度v_r则大小相等、方向相反。由于导弹飞行过程中伴随着旋转运动，从而造成天线1和天线2存在周期性遮挡现象，导致天线接收卫星信号交替出现中断的问题。针对该问题，FPGA先将信号IF1和IF2进行中频合路处理产生全向信号IF3并对其进行基带解调处理。

如图4所示，在FPGA对中频合路信号IF3进行基带解调处理的主要过程中，FPGA首先对IF3信号进行卫星信号捕获，其主要作用是完成卫星信号扩频码相位和载波频率的二维搜索，获得可见卫星信号码相位和载波频率的粗略值。然后，对捕获成功后的信号进行跟踪处理，该核心部分由载波跟踪环路和码跟踪环路组成，即卫星信号跟踪通道1、卫星信号跟踪通道2、卫星信号跟踪通道3至卫星信号跟踪通道n-1以及卫星信号跟踪通道n，实现了分别完成可见卫星载波相位和码相位的同步工作。一旦卫星信号码相位和载波相位完成同步，即能输出积分载波多普勒和二重积分的估值(简称ms)以下部分伪距观测量信息以及作为比特同步和帧同步输入的ms积分值信息。最后，对跟踪输出的ms积分值进行比特同步和帧同步处理；其主要作用是确定卫星播发卫星导航电文的比特边界和帧边界，具体分比特同步和帧同步两个阶段。信号在完成比特同步和帧同步之后就能周期性的输出卫星导航电文内容，并结合跟踪获得的ms以下部分伪距就能组成完整码伪距。

需要说明的是，信号IF1和IF2的基带解调处理过程与信号IF3的基带解调处理过程不同，信号IF1和IF2基带解调没有捕获、比特同步和帧同步的过程，只进行码环和载波环跟踪处理，且跟踪是在信号IF3解调处理完成并提供码相位和载波多普勒辅助信息条件下完成的。对于信号IF1和IF2码跟踪环路来说，信号IF3解调输出为其提供码发生器初始相位和码多普勒的辅助，其中码多普勒是由信号IF3相应卫星载波多普勒根据一定比例关系求解获得。而对于信号IF1和IF2载波跟踪环路来说，信号IF3解调输出为其提供载波多普勒的辅助。由于信号IF3解调输出能够提供实时、精确的辅助信息，因此每当卫星信号重新可见时信号IF1和IF2能够快速完成码环和载波环的跟踪，实现各自信号的载波同步和码同步过程，并最终输出载波多普勒信息。

如图5所示，对于DSP模块即DSP处理器的软件处理流程，在DSP处理器开始之后，先进行基带处理配置，然后进行卫星导航电文和观测量读取，之后根据读取的卫星导航电文和观测量进行卫星位置、速度计算，从而进行导航位置计算，从而实现导弹平动速度和转动线速度计算，然后根据转动线速度与旋转半径进行导弹的弹体转动角速度计算，最后进行信息输出。

具体的，DSP处理器主要完成基带解调配置管理、弹体位置(x_p,y_p,z_p)、平动速度v_d和旋转速度v_r解算输出三大功能。基带配置管理是指DSP通过EMIF总线对基带捕获、跟踪及失锁重捕等进行实时配置和控制，完成基带资源的调度工作。根据FPGA对IF3信号基带解调输出的卫星导航电文和卫星伪距信息，DSP先计算出每颗卫星的位置(x_si,y_si,z_si)和速度(vx_si,vy_si,vz_si)，并进一步采用最小二乘牛顿迭代完成载体位置(x_p,y_p,z_p)的解算，同时生成观测几何矩阵H，其中为弹体相对各颗卫星的距离，观测几何矩阵H为：

需要说明的是，由于IF3信号是IF1和IF2信号的合路输出，因此IF1和IF2信号总的可用卫星数不会超过IF3信号的可用卫星数。假设IF3信号的可用卫星数为N、IF1信号的可用卫星数为k，则IF2信号的可用卫星数为N-k。由FPGA对信号IF1和IF2解调输出的载波多普勒信息建立测量方程组，即天线1和天线2卫星信号载波多普勒的测量方程组为：

因此，本发明实施例提供的方法测得的转动角速度测量范围广，其转动角速度的测量方法是通过求解旋转线速度间接求取，其测量范围理论上不受弹体旋转速度的限制，所以适用范围广。

实施例三：

本发明实施例提供的一种基于卫星导航的转动物体运动速度测量系统，也可以为双天线测量导弹等弹体平动和转动速度的实现系统，用于通过卫星导航系统测量导弹弹体等目标物体的平动速度与转动速度，本实施例以弹体为例进行说明，如图6所示，基于卫星导航的转动物体运动速度测量系统4包括：至少两个信号接收装置41、射频下变频组件42、FPGA芯片43以及数字信号处理模块44。

优选的，至少两个信号接收装置41用于分别接收第一射频信号与第二射频信号。如图7所示，至少两个信号接收装置41设置于弹体上且至少两个信号接收装置41相对于弹体的中心轴对称。更具体而言，如图2中描述的，两个天线相对弹体中心轴呈对称分布。弹体在高速飞行过程中除了有平动产生的速度v_d外还存在旋转运动产生的旋转线速度v_r。对于两个天线来说，平动速度v_d相同而旋转速度v_r则大小相等、方向相反。

对于现有技术而言，由于导弹飞行过程中伴随着旋转运动，从而造成天线1和天线2存在周期性遮挡现象，导致天线接收卫星信号交替出现中断的问题。针对该问题，FPGA先将信号IF1和IF2进行中频合路处理产生全向信号IF3并对其进行基带解调处理。

作为本实施例的另一种实施方式，射频下变频组件42用于对第一射频信号与第二射频信号分别进行下变频处理，得到第一中频信号与第二中频信号。

进一步的是，FPGA芯片用于对第一中频信号与第二中频信号进行合路处理，得到合路信号，并对合路信号进行基带解调处理，得到卫星导航电文、卫星伪距与卫星多普勒观测量。

本实施例中，FPGA芯片还用于利用卫星多普勒观测量对第一中频信号与第二中频信号分别进行基带解调处理，得到第一多普勒观测量与第二多普勒观测量。

作为一个优选方案，DSP模块用于通过卫星导航电文与卫星伪距对弹体的位置进行计算，得到观测矩阵，并通过观测矩阵、第一多普勒观测量与第二多普勒观测量联立方程组，解算方程组得到弹体的平动速度与转动线速度。

本发明实施例提供的方法设计成本低、需要的装置尺寸小，在双天线分集设计基础上，本发明实施例所提出的方案不增加任何硬件成本便能实现弹体旋转角速度测量的功能，不仅有效降低了设计成本，而且减小了结构尺寸。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本发明实施例提供的基于卫星导航的转动物体运动速度测量系统，与上述实施例提供的基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例所提供的进行基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法，其特征在于，所述利用所述卫星多普勒观测量对所述第一中频信号与所述第二中频信号分别进行基带解调处理，得到第一多普勒观测量与第二多普勒观测量，具体包括：

4.根据权利要求3所述的基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法，其特征在于，所述利用所述多普勒数据，对所述第一中频信号与所述第二中频信号分别进行环路跟踪，得到第一多普勒观测量与第二多普勒观测量，具体包括：

5.根据权利要求3或4所述的基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法，其特征在于，所述环路跟踪包括：码环跟踪与载波环跟踪。

6.根据权利要求1所述的基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法，其特征在于，所述通过所述卫星导航电文与所述卫星伪距对目标物体的位置进行计算，得到观测矩阵，具体包括：

7.根据权利要求1所述的基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法，其特征在于，所述解算所述方程组得到目标物体的平动速度与转动线速度，具体包括：

8.根据权利要求1所述的基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法，其特征在于，所述信号接收装置为天线。

9.根据权利要求1所述的基于卫星导航的转动物体运动速度测量方法，其特征在于，所述射频信号为卫星发送的信号。

10.一种基于卫星导航的转动物体运动速度测量系统，其特征在于，用于通过导航系统测量目标物体的平动速度与转动速度，所述系统包括：射频下变频组件、FPGA芯片、数字信号处理模块以及至少两个信号接收装置；

所述数字信号处理模块用于通过所述卫星导航电文与所述卫星伪距对目标物体的位置进行计算，得到观测矩阵，并通过所述观测矩阵、所述第一多普勒观测量与所述第二多普勒观测量联立方程组，解算所述方程组得到目标物体的平动速度与转动线速度。