《飞行器测控技术》1988年总目录

测控总体 美国国防部有关GPS在试验和训练靶场的应用计划(一)P .1一4 GPS在弹道导弹跟踪中的应用(一)P .5一8 未来的小型机动式GFS靶场测量设备(一)P .9一10 全球定位系统用于空间超高动态飞行器的跟踪(一)P .11一13 GPS用于试验和训练靶场的误差估算、精度及其有关系问题(一)P .14一66 SATRACK一I和SATRACK一l导弹跟踪系统的工作经验与设计指标(一)P .6了一73 GPS用于MX导弹飞行试验的实时跟踪(一)P .74一80 三叉戟I型导弹利用转发GPS信号进行实时跟踪的现场试验结果(一)P .81一86 跟踪和数据中继卫星系统的近期发展(三)…     

用于靶场安全的GPS转发跟踪系统性能的实时评价

GPS转发跟踪系统用作靶场安全的主跟踪系统越来越普遍。这种系统的费用低于C波段雷达系统,并且试验场地的选择更加灵活。用于靶场安全,在飞行器上接收GPS信号,变换到S频段,转发到地面站。地面站处理该信号,估计出飞行器的位置和速度。利用该信息评价飞行器是否在靶场上空安全飞行。在靶场安全判决过程中必须知道所估计飞行弹道的精度。本文介绍了一种软件包一性能实时评价(PAR),它能计算出GPS转发跟踪系统状态矢量(位置和速度)估计精度的实时边界。该PAR已安装到一台GPS转发跟踪系统内,现已投入运行。本文介绍了几次靶场安全跟踪的结果。     

GPS转发记录和接口系统

15年来,一直在用GPS转发信号跟踪美国海军的三叉戟导弹的试验发射。经检验其实时绝对定位精度总在20米以内,事后在8米以内。为美国陆军“大气层外再入体拦截器分系统”(ERIS)计划已研制出一种40立方英寸的弹载GPS转发器,现已可供美国以及北约盟国政府的各种试验靶场使用。但是,目前用来接收GPS转发信号、计算目标位置和速度的用户地面设备,体积大而昂贵。这就限制了GPS转发器的更广泛使用。为此,美国空军西靶场与“3S”公司订合同,投资设计一种主要利用商品化遥测设备的廉价GPS转发处理器。本文介绍了如何构成工作样机,以验证这种“转发记录和接口系统”(TRIS)的可行性。样机表明该系统可以由下列部件构成,即现有商品化遥测设奋、为美国空军靶场应用联合计划办公室开发的GPS设备以及少量用户设备配件。     

《飞行器测控技术》1985年总目录

浦控总体远站跟踪转换方程的推导速度状态参数的最优观测几何试验靶场的GPS转发信号跟踪系统方案利用转发的GPS信号测定弹道 无线电外测一种经济效益很高的校准无线电外测系统的方法—卫星校准法用跟踪卫星的方法对陆上脉冲雷达进行自校准阿里安运载火箭飞行试验用的C波段雷达的卫星校准用GEOS一3卫星校准C波段雷达的研究C波段雷达校准及其在GEOS一I计划中的应用无线电外弹道测量系统校准卫星文献目录双向相干通信系统中的信道误差美国陆军白沙导弹靶场动目标分辨技术的开发模糊距离研究报告用距离游标法提高外测能力白沙导弹靶场的…     

用于GPS转发跟踪的双模卡尔曼滤波器

自1984年以来,用转发GPS方案对高动态飞行器进行高精度、高效费比跟踪,为导弹飞行近实时提供良好的位置、速度和加速度估计。在东靶场,正用第一代设备对三叉戟导弹飞行进行靶场安全跟踪。第二代设备被称为转发处理系统(TPS),已经部署在马歇尔群岛的USAKA站(夸加林再入场区),目前正用来跟踪各种飞行目标。现正在规划研制第三代新系统。本文主要讨论安装于TPS中的卡尔曼滤波器的设计和调试。这种滤波器的独特之处在于它有两种工作模式,一种用来跟踪动态飞行器,另一种特殊模式用来跟踪弹道飞行器。当滤波器确认飞行器的加速度接近弹道加速度时,模式切换逻辑电路就选择弹道方式。而当探测到非弹道加速度时,滤波器就返回到动态方式。本文综述了近期任务所获得的跟踪数据,证明用双模滤波器所获得的跟踪精度是卓越非凡的。     

GPS用于MX导弹飞行试验的实时跟踪

霍普金斯大学应用物理实验室最近完成了一项MX导弹(和平卫士)试验飞行的实时GPS跟踪研究。因为飞向夸贾林环礁所需靶场安全提出了严格的精度要求,故分析了各种跟踪方案。本文简述了导弹跟踪的经验之后,介绍了各种系统方案。讨论了各种远站处理方案,接着专门研究了电离层误差修正方法和接收机锁相环路热噪声。最后,叙述了瞬时落点(IIP)时间协方差仿真结果。     

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。     

试验靶场的GPS转发信号跟踪系统方案

本文介绍了基于下述原理的跟踪系统方案,即由试验飞行器转发各GPS卫星信号,而由地面的靶场设备完成信号跟踪和弹道确定。叙述了两种飞行器用的变频转发器,提出了几种修正转发器本振误差的技术,并建议采用IRIG标准遥测设备进行接收、记录和传送转发信号的几种可用技术     

SATRACK/GPS三叉戟导弹跟踪系统的性能

SATRACK是一种专用系统,它是专门为美国海军战略系统计划局(SSPO)研制的,用作三叉戟精度提高计划的靶场测量设备。 SATRACK已经建成,它能为三叉戟Ⅰ型导弹飞行试验服务,给出精密的事后弹道。在被试导弹上接收全球定位系统(GPS)的信号,将其频率变换到遥测下行频率,在数据收集站进行宽波段记录,供事后重放和处理之用。从1978年中开始,最后几发三叉戟Ⅰ型研制弹从卡纳维拉尔角发射,对该系统进行了试验。从1979年起,又利用几发汘艇发射的导弹进行了试验。本文先介绍提出本系统的背景以及系统本身的情况,接着介绍本系统试测头七发导弹弹道的性能。     

GPS信号的检前记录技术

使用和研制能接收GPS这种频谱扩展信号设备的部门,都希望将这种信号进行检波前记录(GPS用户设备的研制经历很长时间,在这个过程中,信号仿真器仅起部分作用)。借助于重放设备,同种或改型接收机又可使用这些GPS信号,这时可改变捕获、处理、检波和跟踪环路,使接收机参数最佳化。实际上,扩频信号检前记录系统很难研制成功。因为该系统不仅要求适当的相位线性度,以保持欲提取的信息量,而且有时还必须保持记录信号的严格信噪比特征。由于频谱扩展信号的信噪比为负,难于用现有的一般测试设备对检波前记录系统的输出质量作出有效的评定。鉴于此,本文指出有可能使用许多试验靶场现有的磁带记录仪,配合相应的辅助设备而工作。这种辅助设备类似于为美国海军“三叉戟”计划设计的设备(记录经飞行中导弹转发的C/A码信号)。文中较详细地叙述了基本技术,以使潜在用户了解必要的设备组成,并根据其使用情况评价本文作者所使用的方法。     

GPS在弹道导弹跟踪中的应用

在弹道导弹的试验和鉴定过程中,需要精确测定时空信息(TSPI)。出于靶场安全考虑,试验时要对弹道导弹进行跟踪,炸毁失灵的导弹;为鉴定导弹的制导系统,要精确地确定导弹的弹道。过去,用测量雷达跟踪的TSPI精度不够,对弹道的确定更是如此。如果导弹从远海发射,或是同时要跟踪多个目标,那么,雷达用于靶场安全也会力不从心。对于外测跟踪或精密弹道确定,GPS转发跟踪系统可以记录全程飞行情况,供事后分析,而且还可以根据需要多次重放,以使跟踪滤波器最佳化。     

利用GPS的射弹跟踪装置

借助射弹跟踪和弹道模型预测落点,可以大大提高火炮的精度和威力。作为陆军和人机工程实验室及弹道研究实验室合作计划的一部分,Harry Diamond实验室正在研究一种基于GPS的转发器,从此提供射弹跟踪数据。该研究项目包括二项研制任务:安装在射弹上的GPS转发器,确定射弹位置数据的专用接收设备。 Harry Diamond实验室已在对GPS转发器和接收设备的设计和实施方案进行研究。转发器的设计问题有:仔细考虑干扰信号,天线设计要求,元件小型化,高加速度。系统增益极高(120dB)使自干扰问题很突出。选择系统频率,尽量减小来自主频和谐波频率的潜在干扰。为简化系统硬件实施方案也需要作频率选择。转发器设计中首先要考虑高加速度环境下的生存能力。选用合适的主振荡器主要考虑了在16000g(最高)炮射环境下各种振荡器的特性。要在下列因素之间折衷考虑:频率精度及其对系统功率和频带需求的影响,在高8条件下振荡器的特性。这种转发器方案已作成试验电路板并进行了鉴定,然后做了两个样机,于1991年10月试射。需用转发接收设备来处理转发的GPS信号,给出位置数据。由软件完成相关、跟踪和位置求解。飞行时间很短(小于2分钟),可使用随机存取存贮器(RAM)的数据贮存设备。相对于现用系统这种独特的方法大大简化了数据记录系统。做了一套转发接收机试验设备,用来处理现场试验所获得的数据。     

GPS用于试验和训练靶场的误差估算、精度及有关问题

目前三军正在进行的研究将给出如下成果,即GPS技术用于试验和训练靶场的测量设备的典型结构,性能评价以及成本分析资料。西靶场在GPS用于靶场外测方面是个先行部门。在研究初期,收集了各种GPS资料供参考。这些文献及西靶场从其它GPS计划得到的经验是本报告的基础。本报告提供的信息对靶场分析人员研究和评价各种基于GPS的靶场测量方案非常有用。某些课题尚未深入研究,还需进一步做工作。本报告的课题为:各性能鉴定项的定义,多卜勒数据处理,地面伪卫星的使用,二维和三维导航解,接收机和转发器结构,运载体动态对接收机工作的影响。     

利用GPS遥控链路的天基停飞系统

本文研究了利用L波段遥控专利方案实现基于GPS靶场的真正综合式靶场测量系统必须解决的问题。着重讨论硬件及从单音调制遥控系统变换成采用加密和扩频的数字系统需解决的问题。还将谈到将该系统纳入美国空军靶场标准化和自动化(RAS)结构作为一种可能的GPS靶场方案所需费用和时间安排的一些想法,并讨论如果采用该方法将带来比现用系统的优越之处。     

用全球定位系统对导弹进行实时跟踪

本文将介绍一套利用全球定位系统(GPS)对远程导弹进行实时跟踪的系统。全球定位系统全面投入工作后(八十年代后期),用它来跟踪导弹、飞机和地面车船正是其英雄用武之地。为了充分利用该系统,必须要有一种高经济效率的跟踪方案。在跟踪导弹这样一些非回收性试验体时,尤其要注意这一点。本文所介绍的这些技术就是跟踪非回收性试验导弹的一种经济实惠的方法。其基本方案是被试导弹接收多个GPS信号,将这些混合信号的频率变换到一个新的S波段频率上、然后再将混合的S波段信号发送到地面接收站。地面站接收经转发的GPS信号,并加以处理,得到该导弹的正常伪距和伪距离率测量值。用卡尔曼滤波器计算出位置和速度解。除了能独立工作之外,本文所介绍的系统还能与现有跟踪系统相结合,提高跟踪精度。     

GPS在武器试验与鉴定中的应用

80年代初以来,GPS就在武器试验与鉴定(T＆E)中担当了重要角色。进入90年代,GPS在试验与鉴定靶场中的应用更为广泛。其原因是,与其它靶场跟踪技术相比,GPS有许多优点。     

通过事后分析提高GPS的外测精度

通过事后分析可以提高GPS的外测精度。为了试验和鉴定目的,欲测量被试验体的时间空间位置信息(TSPI),现在已有不少方法。如果使用GPS,可考虑两种方案。一是在被试验体上装载GPS接收机,在运功体上测定TSPI,再通过遥测将数据送到地面。二是在运动体上装载一个GPS变频转发器,传送宽带GPS信息到地面。在地面站完成TSPI测量。本文指出,与装载接收机相比,装载GPS转发器的方案可以获得更高的测量精度。精度的提高来自两点:装载GPS接收机时仅处理来自4颗卫星的距离,得到运动体的位置。在某一位置上,所选用的4颗GPS卫星的GDOP值,可能是,也可能不是最佳。在转发方案中,运动体视场内所有信息都转送到地面进行处理。来自所有卫星的宽带数据都加以记录,以便作事后处理。作节后分析时,可按最佳GDOP选择最有利的卫星,或处理视场内所有卫星的数据,得到最高精度。记录宽带数据的能力还带来另外一些重要的事后处理好处。在飞行试验之前,只能估计试验体的飞行动态。飞行体上接收机跟踪滤波器参数依此作调整。如果飞行体运动异常(试验飞行中完全有可能这样),接收机就有可能对卫星失锁,所有的TSPI数据都会丢失。如果用GPS转发器,在地面站记录所有卫星的数据,在事后分析中重放该数据,可根据实际飞行动态,将滤波器最佳化,不会丢失TSPJ数据。此外,还可由数据处理来填补丢失的数据。     

地空靶场实时GPS载波相位差分测量系统的应用研究

地空靶场实时GPS差分高精度测量系统是当代飞机飞行试验中解决火控系统标校、测控系统校飞或导弹武器系统精度试验等问题的有效手段,是地空靶场测控系统的重要组成部分。本文基于载波相位观测量的GPS实时差分定位的原理,以及对数学模型的分析,论述了将GPS实时定位技术应用于地空靶场中机载或弹载导航系统的实现方法。文中详细地规划了基准站和移动站,以及它们之间实时互访的构建方案。     

美国国防部有关GPS在试验和训练靶场的应用计划

美国国防部着手组建的NAVSTAR GPS(图1)可为装备用户设备的运动体提供高精度位置、速度和时间信息。该项研究计划一开始注重GPS的战术和战略应用。目前,国防部已认识到GPS应用于靶场跟踪的潜力。本文介绍了GPS应用于国家试验和训练靶场的国防部计划。     

NovAtel通信公司GPS接收机——未来的高性能OEM接收机板

本文介绍一种10通道NovAtel GPS单板接收机。这种接收机是一种价格低廉高性能的GPS接收机扳,它具有支持所有OEM应用的特性和能力。位于Calgary的NovAtel是一家蜂窝系统和用户设备制造厂,已被立研制了一种全新的GPS接收机。接收机每一级主要部件的设计部采用了先进技术,包括天线、射频下变频器、低噪声放大器、ASIC信号处理器、CPU和可用软件配置的接口。这种接收机有十个专用通道,可进行精密的C/A码和L_1载波相位跟踪。本文叙述了已获专利的采用宽带多比特采样方法(能满足P码精度)的C/A码跟踪方案。NovAtel的GPS接收机板既能输出原始数据又能输出最终位置数据,其输出速率能满足最高要求的应用。