随着各国全球导航卫星系统(GNSS)的不断建设与发展,卫星导航所能提供的性能越发优异。各类制导弹药开始普遍部署卫星导航接收机作为其主要制导手段。导弹在其整个飞行过程中,常常伴随着弹体的自旋。弹体自旋状态对现有GNSS接收机技术所带来的挑战,是一个很吸引人的研究领域。本课题系统地研究了弹体自旋状态特性对传统卫星导航同步技术的影响,并针对性地改进了自旋弹载接收机的卫星信号跟踪环路设计。论文主要研究内容分为五部分:1.研究了卫星制导弹药的弹体自旋状态特性以及现有弹载GNSS接收机的设计模式。分析表明弹体自旋对其卫星制导性能造成影响的主要原因为弹载天线相位中心与自旋转轴几何中心的偏差。2.建立了弹载GNSS接收天线坐标系,系统地研究了弹体自旋状态下接收的导航卫星信号所受影响。推导了弹体自旋状态下接收卫星信号的多普勒频移,载波相位和本地中频信号变化规律,建立了随弹体旋转的GNSS接收机中频卫星信号模型。3.研究了传统GNSS接收机卫星信号同步技术在弹体自旋场景下的适应性。通过仿真分别给出了传统接收机信号同步算法对卫星信号进行捕获或跟踪时,发生失败的弹体临界自旋转速。仿真结果表明传统跟踪环路无法在弹体高自旋转速下进行信号跟踪。4.提出了一种新的载波跟踪环路——旋转跟踪环路,以应对弹体自旋下接收机卫星信号跟踪所面临的挑战。完成了该环路旋转鉴别器,旋转滤波器和旋转NCO(数控振荡器)的详细设计。该环路大量复用传统载波跟踪环路结构,无需依赖其他传感器硬件,成功实现了弹体自旋转速的准确测量。利用转速信息辅助,新环路能够在传统环路无法适应的弹体高自旋转速下成功进行信号跟踪,覆盖整个0~20r/s的弹体自旋转速和0~5r/s2的弹体自旋加速度范围。同时,与传统环路相比,旋转跟踪环路的载波相位估计误差更小,具备更优异的性能。5.设计开发了一套基于Matlab GUI的弹体自旋下的卫星导航性能仿真软件,为后续自旋弹载接收机卫星导航技术的设计与性能分析提供可视化软件工具。