利用GPS进行近地轨道确定和会合导航

本文介绍了GPS用于近地轨道确定和会合导航的性能研究结果。目前为陆地、海上和空中导航开发的一些技术正在扩展到空间环境。对两个近地航天器上的GPS接收机系统的实际工作情况进行了仿真研究,以此评价了GPS系统的相对和绝对导航精度。为该性能仿真研究提供一个逼真的基础,拟制了一些动力学和环境模型。仿真研究获得了两项重要结论:1)轨道上用一台GPS差分基准接收机给其附近另一些GPS接收机提供信息,可以将这些接收机的绝对定位精度提高到基准站所能达到的精度。2)从同4颗GPS卫星测得测量值的两台同型号接收机,其相对定位精度(1σ)每轴向可以达到1.8m(P码)和20m(C/A码)。相对速度误差每轴小于0.04m/s。当接收机拉开相当距离时,差分GPS和相对导航技术的精度下降不明显。     

先进转发处理系统的试验结果

在商业小革新研究奖金的支持下,研制了一种先进的转发处理系统(ATPS)。这是一种低成本跟踪转发GPS信号的方法。它与目前正在ERLS(大气层外再入体拦截器系统)试验计划中使用的弹道导弹转发器(BMT)后向兼容。NAVSYS公司还研制了一种BMT兼容转发器,正按此计划进行测试。该ATPS的关键部件是前置放大器/下变频器(P/DC)模块。该模块由NAVSYS公司研制,用来调节接收到的转发信号,以便用常规C/A码接收机进行跟踪。该P/DC由装在IBM PC机内的高速数字信号处理卡控制,该PC机还为操作人员提供接口并完成数据采集与分析。目前正在用XR3-PC/A码接收机跟踪转发的GPS信号。然而,本ATPS的设计方案与多种GPS接收机相兼容。按照RAYPO(靶场应用计划联合办公室)弹道导弹和转发处理系统指标对ATPS和NAVSYS公司转发器作了测试。本文报导了这些测试结果,验证了在不同工作条件下转发器和ATPS的性能。     

低成本U-blox模块的单频GPS/BDS增强PPP定位性能分析

以U-blox单频接收机采集数据,在GPS与GPS/BDS两种解算模式下进行局域增强精密单点定位(PPP)解算,并进行模糊度固定,对其在不同环境下的定位性能进行实验研究和分析。实验结果表明:在静态环境下,GPS/BDS浮点解收敛至cm级需3min左右,较GPS缩短64%,GPS/BDS定位精度RMS在平面与高程方向分别为(3.2cm,2.7cm),较GPS提升(47%,59%);GPS/BDS在30s左右可固定模糊度,固定后定位精度为(0.4cm,1.0cm),较GPS/BDS浮点解提升(88%,63%)。在动态环境下,GPS/BDS浮点解收敛至cm级需4min左右,较GPS提升59%,定位精度为(3.1cm,5.9cm),较GPS提升(34%,43%);GPS/BDS获得固定解需2min左右,固定后定位精度为(0.7cm,1.0cm),较GPS/BDS浮点解提升(77%,83%)。     

利用甚长基线干涉测量技术跟踪同步卫星

本文分析比较了用无线电干涉测量跟踪地球同步卫星的四种方法。以类星体为参考的差分甚长基线干涉测量技术(△VLBI)需要用非常灵敏的接收机,利用双基线系统可使位置精度达到米级。以卫星为参考的△VLBI使用简单、便宜的接收机,所得精度稍低一些。非差分VLBI利用GPS进行不太精确的传播修正及时钟校准,双基线系统的定位精度仍可达5～10米。对于倾角较大的轨道,这四种干涉测量方法都能用单基线给出上述定位精度的六个卫星状态分量。     

CNS/ATM新航行系统演示会在西安举行

今年3月17～19日,以罗克韦尔公司为首的跨国、跨公司新航行系统研制组,在中国民航西北管理局的协助下,在西安/咸阳机场进行了通信、导航、监视(CNS)/空中交通管理(ATM)的演示。我国的电子部20所及中飞通用航空公司参与了此项活动。这次CNS/ATM演示活动是一次完整的新航行系统原理演示,它利用空间的GPS和GLONASS以及INMARSAT通信卫星、两架装有全球导航卫星(GNSS)接收机的“奖状”Ⅱ飞机、地面差分GPS(DGPS)站和ATM工作站以及各种通信数据链系统,完成了GNSS航路导航、自动相关监视(ADS)航     

俄罗斯全球卫星导航系统Glonass的监视站方案

本文阐述了设于莫斯科(Moscow)及诺伊施特累利次(Neustrelitz)的GPS和Glonass组合监视站网的技术规范及使用范围。具体描述了俄罗斯正在研究的GPS/Glonass组合接收机及其在该系统中的使用前景。其下一代接收机将能以每秒一次的更新速率测量载波相位,并能同时跟踪16颗卫星。监视导航卫星系统,即对斜距有关的参数进行联机观测,监视各种误差源,例如星历和历书数据、星上时间刻度、GPS和Glonass系统时间刻度的差异以及SGS—85和WGS—84座标系的差异。阐述了Glonass与GPS的一些不同特性。第一步比较了莫斯科和诺伊施特累利次的卫星可用性,以便在长期研究基础上寻求误差源及地理上的相互关系。由此得出的结论可提供给德国和欧洲用户,在未来开发中加以考虑。打算在莫斯科和诺伊施特累利次之间建立合适的通信链路,以便交换导航及定位数据。利用这些设备,还可产生DGPS和DGlonass的差分修正值。目的是在基准站50公里范围内使差分定位精度达到:水平为1.5—2米,垂直为2.0—2.5米(RMS)。按RTCMSC—104标准格式发播差分修正值。同时对单独的Glonass系统和GPS/Glonass组合系统比较所采取的不同技术进行了研究。还将研究由于接收机性能和所加修正及定标而产生的限制。     

手持式GPS接收机的设计

GPS为导航带来了革命性的变化，它在全球范围内为海陆空天用户提供精确的实时位置、速度和时间信息。随着GPS接收模块价格的不断降低，GPS用于个人用户成为可能。GPS接收模块技术含量较高，国内尚元厂家生产。TFAG-30接收模块是台湾公司生产的，利用该模块设计的手持式接收机适合个人旅游探险。     

GLONASS的评述和发展

导航星全球定位系统不是仅供城市中应用。尽管目前所发射的卫星数目还不够,但在民用独立定位精度方面,俄罗斯的GLONASS明显要优于目前加有SA的GPS定位精度。在本文中,我们将简要评述GLONASS的技术特性,并同GPS进行比较和对照。我们还将评估GLONASS目前的发展和性能,并且简要描述GLONASS和综合GPS/GLONASS兼容接收机。     

替代惯导陀螺的石英叉

罗克韦尔公司正在采用与数字手表中机构相似的振动石英音叉技术来生产军用战术固态惯性测量装置。这种产品的市场是需要轻小型、低价导航和控制系统,而且数量正在日益增长的战术导弹、精导武器和无人机。 据说新技术更加可靠,但其最大优点是价格较低。数字石英惯性(DQI)测量装置中的6个传感器可采用半导体工业中普通采用的光蚀刻工艺大批生产。罗克韦尔的长期合作伙伴,BEI电子公司西斯特朗·唐纳惯性分公司研制和生产这些传感器。 预计罗克韦尔将以比同等性能光     

MIMS/GPS组合导航系统设计与实验

 GPS 接收机与微型惯性传感器组成的低成本、轻小型组合导航系统可以弥补各自的不足, 防止导航定位误差随时间积累, 并且提高了系统的抗干扰能力。采用状态和偏差去耦估计方法, 在开环卡尔曼滤波器结构的基础上, 引入了偏差反馈补偿; 并利用双GPS 接收机测量方位角解决了组合系统的初始方位对准问题。车载实验表明, 样机的定位精度和GPS 相当, 并具有较好的重复性。尤其是当GPS 短时间失锁时, 系统仍能保持较高的定位精度, 从而增强了系统的可靠性。     

IEC六年来的全数字化GPS接收机

本文介绍了州际电子公司(IEC)六年来在GPS信号全数字化基带相关处理方面取得的进展。最初,这种技术随着离散型数字式中规模集成电路而发展起来的。此后,在半定制门阵技术和最近的专用集成电路(ASIC)方面取得了进展,小型、低功耗全数字式GPS接收机得到高度发展。本文介绍了几代全数字化GPS接收机的设计方案。回顾了全数字GPS接收机技术,包括该技术出现以来所取得的进展。本文还介绍了12抽头并行数字式相关器的实施方案,最新研制的接收机中就用这种相关器完成快速捕获和跟踪。还介绍了数控振荡器和伪码产生器门阵。还设计了一种能在1ms以内快速初始化的P码产生器门阵,这样不需要旋动编码装置即可方便快速地多路复用。     

GPS精度控制措施对差分修正的影响

第二批新型GPS卫星能控制标准定位信号(C/A码)的精度,其方法是抖动卫星时钟和扰乱星历数据相结合。这种能力就称精度控制(可用性选择,SA)。差分GPS工作除了能为基准站周围的用户消除电离层、对流层和其它慢变化误差的影响,还能大大减小SA的影响。设计基准站的一项主要技术问题是修正值的更新速率。直到最近还认为要保证5-10米的定位精度,需要每10秒更新一次GPS差分修正值。最近第二批新型GPS卫星发射入轨,就没有把握说这一更新速率已足够。本文介绍了从第二批GPS卫星最近获得的数据进行统计分析的结果,特别是位置、速度变化和相关时间。将差分基准站设备接收这些信号得到的伪距修正值加到导航接收机的伪距上,得到修正值更新速率对差分GPS性能影响的估值。     

4种DGPS模块动态定位精度测试与分析

采用RTK-DGPS为参照,对GARMIN GPS15L、Ublox LEA-4S、Gstar GS-87和Gstar GS-89m-J共4种DGPS模块在单机模式、地面伪距差分模式和卫星差分模式下的动态定位精度进行了测试和分析.结果表明:(1)对于GARMIN GPS15L 和Ublox LEA-4S,单机定位精度为米级,使用地面伪距差分定位可分别提高动态定位精度20%和87%;(2)总体上看,DGPS模块的地面伪距差分定位精度优于卫星差分定位,卫星差分定位精度优于单机定位;(3)在视野狭窄地段,无论单机定位、伪距差分定位还是卫星差分定位,动态定位精度都受到一定影响,和视野开阔地段相比,精度明显下降.     

提高GPS单点定位精度的算法研究

简要分析了GPS伪距单点定位的误差以及多普勒观测值的误差,研究确定了利用多普勒观测值提高定位精度的可能性,建立了利用多普勒观测值来提高伪距单点定位精度的数学模型,并使用单纯形法对用户接收机的位置最优值进行搜索,从而给出有较高精度的定位数据。建立GPS仿真系统并进行了数值仿真,结果表明,该算法可以有效提高GPS单点定位精度。     

使商用GPS接收机达到空间质量

GPS技术可以获得高于以往的导航精度,其商业和军事应用快速增长,但GPS的空间应用刚开始出现。GPS技术空间应用的第一步是使GPS接收机具备空间质量,并且能以有竞争力的价格买到。Barnes工程部与Ashtech公司合作,将使现有的Ashtech商用GPS接收机改造得具备空间质量。该机性能超过大多数现有的GPS接收机,不仅导航精度高,而且能测量姿态。 以商用GPS接收机设计方案为基础,对其进行改造使之具备空间质量,相对于从头开始有许多好处。达到空间质量的工艺包括辐射屏蔽、散热分析和承受严酷空间环境能力的测试。本文中,我们将说明改造商用设计方案达到空间质量的好处及达到空间质量所涉及的内容,还讨论星载GPS接收机的总体性能要求。     

小型GPS接收机

当GPS产品需求增长时,制造商正在竞相制造较小和较廉价的接收机。梅约基金会和摩托罗拉公司研究人员组成的一个小组为美国导航学会GPS-94会议展示了一种据信是迄今世界上最小的嵌入用GPS接收机,其体积只有13立方厘米。更令人惊奇的是,日本无线电公司(JRC)已研制出一种作为消费品的微型GPS接收机,整个GPS接收机包括天线和电池在内只有手表那样大。8通道接收机安装在实际上当作介电片状天线罩子的外壳内,锂离子电池可     

用于GPS接收机模拟和仿真的数字化基带信号处理器

全球定位系统(GPS)接收机可作成数学模型并由软件完成,接收机数字基带信号处理器完成GPS观测量的最大似然估计。本文讨论:1)数字化GPS接收机的原理;2)数字化基带信号处理器的模拟;3)模拟接收机静态和动态性能。在GPS接收机设计和系统性能分析过程中,软件接收机较之硬件接收机具有更强的灵活性,价格便宜,而且更为精确。     

TAOS卫星GPS接收机验收

洛克韦尔国际公司研制了一种体积小、重量轻、适用于低轨道航天器的GPS接收机。这项计划由国防预研规划局(DARPA)发起,空军菲利普斯实验室监督。这种接收机的首次验收测试飞行已于1992年12月20日完成。这种接收机将安装在计划于1993年初发射的“自主操作强生存技术(TAOS)”卫星上。 这种接收机有六个通道,可连续跟踪四颗主用的GPS卫星,第五和第六通道可捕获跟踪其它健康的可见卫星。它可以完成伪距、连续载波、距离变化量的测量;用八态扩展卡尔曼滤波器估算带时标的用户的三维位置和速度。洛克韦尔公司的这种接收机重8磅,使用28伏直流电源,功耗12瓦。本文将介绍该接收机的设计和验收测试,并给出利用“多通道星戴GPS仿真评估系统”(SEVS)得到的性能测试结果。该仿真和评估系统产生六颗GPS卫星的L_1和L_2频段的射频信号,模拟低轨道航天器的信号环境。     

“钻石背”弹翼计划1998年进行试飞

GEC-马可尼动力公司计划在今后12个月内在美国的一个军用试验场用其自己的资金对其研制的用于灵巧炸弹的“钻石背”弹翼装置进行飞行试验。在作了4年研制之后,“钻石背”附件可用来增大几种武器的射程,其中包括波音的“联合直接攻击炸弹”(JDAM)、洛克希德·马丁的“风修正子母弹”、诺斯罗普·格鲁门公司的GPS辅助瞄准系统/弹药及研制中的“小型     

数字式跳频GPS/GLONASS接收机

在很多应用场合,对大量扩频导航卫星连续跟踪将获益匪浅。当接收机跟踪多于定位所需最小卫星数目时,通过优选卫星几何可提高卫星导航精度。动态定位可利用冗余卫星来实现更迅速的整周期判决和跳周修正。陆地导航利用额外的卫星可克服建筑物、树林和地形造成的遮挡。比较多个星座的测量值能获得有关导航稳妥性的度量。跟踪大量卫星的好处已引起人们研制能同时处理美国GPS和苏联GLONASS信号的接收机的兴趣。已经推出了几种接收机设计方案,但所有这些接收机中处理GLONASS信号的硬件都是与处理GPS信号硬件分开的。本文介绍一种高度综合的GPS/GLONASS接收机,接收机中的每一卫星跟踪通道都能随意指定它接收任一个GPS或GLONASS卫星。该接收机有一个模拟射频/中频(RP/IF)前端,用一个固定频率的本振(LO)。定制的数字专用集成电路(ASIC)跟踪选定的GPS/GLONASS卫星,并提供相关测量值送软件处理。本文介绍的GPS/GLONASS接收机利用了数字信号处理技术和有限脉冲响应(FIR)滤波器的新成果。该综合接收机的模拟RF/IF前端大大地简化了,然而其性能可与使用相当复杂模拟RF/IF电路的接收机相比拟。GPS和GLONASS之间的跳频完全在数字域中进行,不必象早期设计方案中那样用昂贵的跳频本振。深入利用数字处理技术,GPS/GLONASS接收机可采用大规模集成电路,将多个通道集成在一个芯片上。这样可大大减小体积,节省成本,不久即可推出商用多通道GPS/GLONASS接收机。