综合采用GPS和地面雷达测量数据评估制导系统精度

仅用地面雷达跟踪数据评估制导系统的精度,其效果受客观条件限制。研究表明,把GPS(全球定位系统)作为外测资源在精度分析工作中加以利用,则效益显著。本文探讨综合利用GPS和地面雷达测量数据评估制导系统精度的问题。即对飞行试验的导弹,除了采用地面雷达进行跟踪测量外,还假设其装有弹载接收机。该高动态接收机通过弹载天线接收从四颗(以上)卫星发射的信号,该信号提供伪距和伪距变化率数据及广播星历资料。将这些外测数据(GPS数据和雷达数据)与遥测信息结合起来,选定合适的状态参数后,即可建立状态方程和观测方程。本文采用先进的估计技术(尤指U-D型卡尔曼滤波器)可分离出制导系统惯性器件等误差。由于把导弹的遥测速度和位置(修正了已知误差)转化成相应的外测数据并与之求差产生观测量,同时形成相应的测量矩阵。而U-D型卡尔曼滤波器又能将观矢量进行标量化处理,因此综合利用GPS数据和地面跟踪数据,实际上增大了观测矢量的阶数,从而提高了状态估计精度。当仅有其中一种测量手段时,该滤波器仍能正常运算。     

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。     

SATRACK-Ⅰ和SATRACK-Ⅱ导弹跟踪系统的工作经验与设计指标

SATRACK-I是为美国海军战略系统计划局研制的,用来跟踪试飞的“三叉戟-I”型导弹。该系统利用GPS的L_1频率信号、弹载变频转发器、地基接收/记录站以及一套专用的事后处理设备(该设备设在约翰·霍普金斯大学的应用物理实验室),用以对导弹初始状态、弹道及制导系统误差作最优估计。该系统从1978年沿用至今,进行了50多发试飞导弹的性能估计。本文评价了SATRACK-I系统的性能,其设计精度指标为12.2米和0.015米/秒(1σ/每轴)。由于SATRACK-I的卫星—导弹间是单频线路,所以要用电子密度数学模型来修正电离层的距离及多卜勒误差。本文讨论了所用模型的特点及其性能。目前正在设计的SATRACK-Ⅱ系统将用来跟踪和鉴定“三叉戟-Ⅱ”型试飞导弹。该系统的精度指标为6.1米和0.03米/秒(1σ/每轴)。为达到这些指标,必须使用双频卫星一导弹间线路,并作其它一些系统改进。已选定GPS的L_3频率信号作为第二个频率,这一选择的原因以及其它系统改进将在下面介绍。     

一种测定精密惯性制导系统性能的方法

本文介绍一种先进的方法,即采用一套附加的惯性测量装置(以下用IMU表示)——高级惯性参考球(AIRS)来提供高质量速度数据,用以测定民兵导弹惯性制导系统的性能。文章简要介绍了先前用陆上雷达的外测数据来鉴定民兵制导系统的方法,并闸述了双套IMU方案的演变。文章介绍了方案、校准方法、所需的弹上和地面保障设备以及分析方法;还讨论了随后进行的火箭橇试验计划,在这里可以基本不经改动即能使用弹上设备和地面保障设备。     

设计测取精度信息的导弹飞行试验计划用的统计方法

决定导弹飞行试验计划测得精度能力的因素有:被试系统(即惯性制导系统、天文导航系统等)的误差模型;测量系统(即外测系统、遥测等)的误差模型;数据精度;飞行试验前得到的先验信息;弹道(或轨道)以及数据分析的方法。这些因素可以用数字计算机进行仿真,并且可以借助加权最小二乘回归法对具体的精度值求得定量的统计指标。在设计试验计划阶段,数字仿真和统计分析可用来进行综合研究,以便使弹道、测量系统和飞行前试验计划要求等试验条件达到最佳。通过正确的试验设计,常常可以把飞行试验计划测量精度的能力提高10-100倍。     

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

一、鉴定和校准的重要性和紧迫性导弹武器系统和航天器的运载火箭在研制过程中,需要经过靶场飞行试验的全面鉴定。弹道式导弹(运载火箭)制导系统的鉴定,航天器的指挥控制,都需要靶场测量设备和跟踪网站提供精确的位置和速度数据。可以说,导弹武器系统和航天器的实际效能在很大程度上取决于靶场外测数据的质量。而高精度的外测数据在很大程度上又取决于外测系统本身的鉴定和校准工作。因为,确保规定的测量精度,是对外测系统提出的最重要的要求之一,而对一切     

用新的雷达校准和性能监视方法改善飞行试验的数据

性能更高的现代武器系统的飞行试验,要求靶场提供更加精确而一致的测量数据。外测系统测量导弹的位置和速度,是一种独立的外部数据源,用以鉴定武器系统符合设计指标的程度。虽然新的测量系统(例如GPS全球定位系统)提供弹道数据的作用在日益增加,但在最近一段时间,跟踪雷达和光测系统仍将是主要的数据源。按目前西部导弹卫星试验中心(以下简称西试验中心)所用的方法,测定雷达系统的误差并予以修正,是可以改善雷达的数据的。在测定雷达系统的误差和监视C波段雷达总性能方面,GEOS-3和安排在1984年发射的GEOSAT这类卫星起着重要的作用。利用GEOS卫星已经发现了许多问题,如果不予解决,将会大大降低保障导弹和飞机试验用的雷达数据的质量。     

游标测距数据在导弹事后精度鉴定中的应用

Rockwell公司为奥基丹(Ogden)空军后勤中心对选定的民兵导弹试验飞行进行了精度鉴定。其中一部份工作是对“制导-雷达”斜距比对进行回归分析。一般有六或七部雷达跟踪装有C波段相干应答机的被动段飞行器(PBV)。这些雷达中有几部还能测得距离变化率数据。最近的民兵Ⅲ试验飞行中,Rockwell可以得到联邦电子公司录取的实验性距离游标器磁带。该磁带只记录了一个站的数据,在事后鉴定中与标准的雷达磁带联合使用。本报告以实例叙述了采用游标测距数据的作用。     

光电式向量脱靶量测量系统

本文介绍了太平洋导弹试验中心研究的全电子光电式向量脱靶量测量系统(VSS)。机组编队训练以及武器系统试验和鉴定都需要脱靶量测量系统。利用VSS来确定脱靶距离在60米以内的脱靶距离和弹道数据。为了满足导弹和引信系统的试验和鉴定要求,需要向量脱靶距离。在80财政年度期间,加里福尼亚州戈利塔的圣巴巴拉研究中心(SBRC)为海军设计、制造并试验了一台探索性研制型(EDM)VSS。因为该EDM满足并超过了所有的设计指标,所以海军让SBRC设计、制造、试验更先进的研制型VSS。     

单向单信道脱靶量指示器的测量误差模型

本文给出了基于电波多卜勒效应测量脱靶距离的误差模型。在实际执行任务中,可根据该模型以及各种误差源的精度设计指标或实际测试结果,估计测量误差,以便从总脱靶量中分离出脱靶量指示器的误差。     

吉尔南再入测量站在美国战略武器试验中的作用

吉尔南再入测量站(KREMS)是一个雷达测量站,位于马绍尔群岛中夸贾林珊瑚礁的罗伊—纳慕岛。该站是夸贾林导弹靶场的一部份,为各种导弹试验和空间跟踪任务收集雷达测量数据。这些数据可供各有关部门用来鉴定弹道导弹再入系统、防御系统以及美国和外国的卫星系统。本文对吉尔南再入测量站、测量能力及其在弹道导弹试验和空间跟踪活动中的作用等方面做了介绍。     

GPS测量飞行器轨道的数学原理以及轨道的自校准最佳估计

本文给出了利用转发 GPS 方案测量飞行器轨道的数学原理。对多卜勒频移与距离(距离和)变化率的严格时空关系、记录小增量与多卜勒增量间的转换,作了精细推导,可供事后数据处理使用;还给出了用基准接收机数据对转发数据作差分修正后的自校准模型及测量方程组;介绍了轨道最佳估算技术(EMBET)对飞行轨道参数、四个测量通道不同零值以及转发时延的解算方法;结合假想的运载火箭轨道作了精度估计,将动力段轨道分成三段,其估算结果为:σ_x≤0.7米、σ_y≤1.7米、σ_z≤0.7米、σ_x≤0.032米/秒、σ_y≤0.077米/秒、σ_z≤0.026米/秒,这与文[4]逐点估算方法的结果大体一致(测速精度稍差);最后,对只需多卜勒增量而不用伪距信息的无码求解飞行轨道问题,作了简要说明,使 EMBET 技术成为无码解算轨道的一种有效方法。     

递推最小二乘估计与测量体制

一、引言目前,在外弹道测量中,最小二乘估计仍是一种基本估计理论。外测系统中,经常采取增加测量设备,获得多余观测信息,利用最小二乘估计提高弹道参数估计的精度。为鉴定制导系统精度的多套站连续波系统联用就是使用这一种技术的具体实例。弹道参数估计的精度提高与利用增加何种测量元素的测量体制是密切相关的。举例来说,在主动段测量中,试图用增加R、A、E测位元素的方法去改善速度参数估计的精度也许毫无意义,而增加多R测速元素对弹道速度参数估计的精度却是有益的。但在自由飞行段(或轨道运行段中),增加R、A、E定位元素,并根据二体运动的力学条件估算弹道速度参     

激光惯组误差对导弹制导系统精度的影响

随着导弹武器技术和数字技术的飞速发展,导弹制导系统和自动驾驶仪也采用数字化技术,集成于弹上计算机软件中．惯组作为导弹姿态、位置、速度的敏感元件,与数字式自动驾驶仪和制导系统更紧密联系在一起,本文简要分析激光惯组误差对于捷联惯导精度、控制系统精度和制导系统的精度的影响．     

用于动态精密定位的GPS多卜勒处理

在本文中我们证明了巧妙地利用从C/A码得到的所有信息,可以获得高于报道的P码精度,而且成本低廉。可是这一性能只限于低动态、低人为干扰环境,即适用于典型的民用场合。P码的优势主要在于对付高动态(喷气飞机和导弹)和人为干扰环境。本文给出了在静态和低动态情况下,利用来自TRIMBLE 4000接收机的码相位、载波相位、多卜勒和多卜勒积分测量值所得定位结果。可以看到,特别在低动态情况下,可以获得高于10cm的相对(差分)定位精度。经短时间的起始校准和跟踪之后,每秒可得多组定位解。这种精度的提高来源于用积分多卜勒辅助码相位测量值。每秒的定位(极坐标或笛卡尔坐标)基于一组独立的完整测量数据,不需要假设的模型、内插和外推。     

多基地雷达系统收发距离的研究

多基地雷达系统的用途及许多方面都不同于单基地雷达系统。本文能帮助读者掌握多基地雷达系统之优劣。文中阐明了双基地雷达中与收、发距离有关的几个几何关系,如覆盖范围、定位精度及多卜勒信息处理等。为了简明起见,以单基地雷达的最大作用距离(R_mm)作为主要的基准参数。用电子装置控制天线扫描的系统特别适用于多基地雷达,因此,本文也讨论了天线边射取向的影响及平面阵列天线固有的增益和波束宽度与扫描控制角的关系。     

GPS目标接收机中伪距与载波相位数据的互补及其导航定位测速方法

针对空中或地面GPS(动、静态)目标接收机,简要介绍了(C/A)伪距与(L_1)多卜勒距离增量的测量原理;给出了完整的数学模型与传播时延修正方法;通过伪距与增量数据的互补,构造了“无电离层折射影响的新距离增量”、“降低噪声的新伪距”、“固化电离层折射影响的新伪距”等,概括了本文提供的三种伪距、两种多卜勒距离(小或大)增量、不同待估状态参数等所派生的各种组合,研究了它们的典型模式及状态参数估计方法;最后扼要研究了无码定位问题,并设想了一种针对星历数据中故意注入系统性干扰以降低系统精度的对抗办法。本文对改进现行GPS导航方法;提高确定舰船或大地点位的位置精度;改善飞行器测量及数据综合利用;GPS基准接收机的设计、联调、开发利用等,均有重要参考价值。     

机场助航灯光光强动态检测系统

提出了一种机场助航灯光光强动态检测方法，该方法可以替代原有的人工巡检方式，实现快速、准确的在线检测灯光强度，发现灯光故障，保证飞机安全起降与滑行。系统采用安装在车体上的经余弦校正和v（λ）校正的条形照度传感带在水平面内动态扫描助航灯光发光截面，利用车载多普勒测距雷达测量距离，计算相应的光强值，并进而获得等光强图。为了保证系统的可靠性和测量精度，系统中采用了视频导航系统来保证检测车沿助航灯光中心线行驶，利用灯光定位传感器来消除测距雷达测量距离的累积误差。试验表明了该方法的可行性和检测精度。     

高动态连续波雷达测量接收机

本文介绍一种高动态测量接收机,它能跟踪高动态特性的飞行器,其载波环的某些功能部件用软件来实现,伪码的跟踪借助载波多卜勒辅助,且在半个码元宽度内就能完成码同步。多卜勒频率和载波相位的测量基于最大似然估计理论,径向距离的测量基于孙子定理。这种接收机结构简单、新颖,测量精度高,成本低廉,特别是能跟踪速度、加速度很大的飞行器,其性能可与最新颖的高动态GPS接收机相媲美。     

模糊距离研究报告

西靶场一直所追求的目标是提供能够鉴定惯性制导系统性能的数据。最近的计算机仿真表明,使用低噪声距离数据取代现用测量设备提供的距离和距离率数据,则鉴定效果更好。本文介绍了几种获得低噪声距离数据的方法。并且指出,对现有测量设备作简单改进即可得到满意的结果。建议作一些试验,以确定其现实可行性。