GPS-basert estimering av rullvinkel til et roterende objekt

Abstract

Det er i denne oppgaven laget en metode for å estimere rullvinkelen til et spinnende prosjektil ved hjelp av signalstyrkemålinger fra GPS. Ved banekorreksjoner av et prosjektil må prosjektilets posisjon og orientering være kjent. Orienteringsvinklene pitch og yaw bestemmes ut fra de initielle baneberegningene og hastighetsvektoren til prosjektilet. På grunn av systemets karakteristikk med høye g-krefter under utskyting og en ballistisk bane, vil ikke rullvinkelen kunne bestemmes ved tidligere metoder og teknologi. Ved å implementere estimeringen av rullvinkel i GPS-mottakeren, vil det gi store fordeler med tanke på kostnader, plassbruk og strømforbruk.

Metoden baserer seg på signalstyrkemålinger av GPS-signaler. Målingene av signalstyrken er sterkest når antennen peker mot satellitten og ved en roterende antenne vil signalet arte seg som en sinuskurve. Satellittenes posisjon på himmelen er kjent og kan dermed brukes til å slåfast prosjektilets orientering. Det er utført forsøk som simulerer et prosjektil som spinner rundt sine egen akse med en GPS-antenne. Forsøkene viser stor varians i rullvinkelen mellom satellittene. Estimeringen av rullvinkelen er avhengig av faseforholdet mellom alle de mottatte signalene og vil derfor være avhengig av et høyt nok antall satellitter for å få en nøyaktig rullvinkel. Rullvinkelen ble estimert til å ha en nøyaktighet på 10-20 grader med et standardavvik på 20-30grader.