隨著國防技術的飛速發展，要求導彈等經常工作在高動態環境下武器的性能不斷改進。傳統的導彈制導手段不能滿足現代戰爭對導彈提出的高精度、高可靠性和具有強大戰場生存能力的要求。例如傳統的導彈制導系統大都采用慣導系統，由于不斷提高的改進陀螺儀和加速度計的要求很難得到滿足，慣導系統定位誤差隨時間積累的缺點越來越限制其進一步應用。目前，純慣導系統雖能初步滿足中近程導彈飛行的點與點之間導航精度要求，但不能滿足遠程、長時間航行及武器投擲、偵察、變軌控制等更高精度的制導要求。因此，很有必要研究新的制導手段來滿足現代戰爭的需要。隨著GPS這一全球衛星定位系統的發展，特別是由于該系統具有全球性、全天候、連續的精密三維導航與定位能力以及良好的抗干擾性和保密性，該系統被迅速應用于軍事領域的各個方面，并已取得了可觀的軍事效益。本課題正是在這種背景下，研究GPS這一全新的全球定位系統在導彈制導中的應用，有重要的軍事價值和現實意義。

1 導彈飛行環境(高動態環境)給接收GPS信號帶來的問題及解決方案

導彈制導的顯著特點是在高動態環境中實施軌跡導引和誤差校正。研究GPS在制導中的應用必須研究高動態環境給接收GPS信號帶來的影響。雖然GPS系統具有比以往導航定位系統無法比擬的許多優點，但是與靜態、中低動態環境相比，高動態環境使GPS信號產生了較大的多普勒頻移，給接收機可靠捕獲和跟蹤信號帶來了較大的困難。普通GPS接收機在沒有慣導系統速率輔助的條件下很難在高動態環境下可靠地工作。

1.1 高動態環境給接收GPS信號帶來的問題

與中、低動態環境相比，高動態環境給接收GPS信號帶來了如下問題：

①高動態使GPS載波信號產生較大的多普勒頻移，若使普通接收機的載波鎖相環PLL(常用costas環)能夠保持鎖定，就必須增加環路濾波器的帶寬。這樣就會使寬帶噪聲竄入，當噪聲電平增大到超過環路門限時就會致使載波跟蹤環失鎖。而載波跟蹤提供精確的距離變化率測量導航解，這樣就會丟失距離和距離變化率的估計值；若不增加載波鎖相環的環路帶寬，則載波多普勒頻移常常會超過鎖相環的捕獲帶，這樣也不能保證對載波的可靠捕獲和跟蹤。

②高動態也使得GPS信號的副載波，即偽隨機碼產生動態時延，使得普通接收機的DLL碼延時跟蹤環容易失鎖，而且重新捕獲時間很長，往往使導航解發散。

③載波跟蹤失鎖也使50Hz的調制數據無法恢復，相應的衛星星歷無法獲取。

普通的GPS接收機大都采用載波鎖相環進行載波跟蹤、碼延遲鎖定環進行碼跟蹤，如果沒有慣性導航系統的速率輔助(即提供有關多普勒頻移的先驗知識)，是很難在高動態環境下可靠工作的。

1.2 解決高動態環境所帶來問題的典型方法

解決高動態環境所帶來的問題，主要是研究如何提高在高動態環境中對多普勒頻移的了解程度。研究表明，多普勒頻移一般可通過某些算法進行多普勒頻移估計而掌握，或者通過慣性導航系統來提取。

1.2.1 高動態環境中多普勒頻移估計方法

在高動態環境中對多普勒頻移估計算法的研究最早也是最有成績的是美國JPL實驗室，該實驗室曾經研究過以下算法：

①近似最大似然估計(MLE)的跟蹤和捕獲算法，該算法是基于N個連續同相和正交采樣值來對頻率及其時間導數進行估計的。

②采用擴展卡爾曼濾波算法(EKF)，即一種使用準最優遞推估計接收的相位及頻率跟蹤算法進行載波跟蹤。

③交叉自動頻率控制環(CPAKC)，即一種簡化的估計淹沒于噪聲中正弦信號頻率并有極高動態的準最優算法。