远程控制地面攻击导弹(SLAM)的GPS/INS 组合

远程制导地面攻击导弹(SLAM)是一种全球、全天候飞机投放的精确攻击型武器系统。主要工作方式为,载机上信息源生成目标位置和其它弹道参数在飞机投放导弹之前加载给导弹。导弹发射后,SLAM 的惯性导航系统(INS)控制导弹沿预定弹道飞行,飞行中用 GPS 修正导弹 INS,提供精确中段制导,通过 SLAM Maverick 导引头精确瞄准目标,提高捕获目标能力。导引头的图像信号通过武器数据链发送给控制飞机,操作人员观察图像,识别目标、选择指定目标的瞄准点。瞄准点控制器提供精确的攻击能力并使周围非军事区破坏减至最小。通向控制飞机的武器数据链是 Walleye 数据链。目前,SLAM 可以从A-6和 F/A-18 飞机发射和控制,也可由 A-7飞机控制。本文详细讨论 SLAM 使用的 GPS/INS 电子设备和软件的组合方法,以及设计中的一些综合考虑。独特的 SLAM GPS/INS 电子设备组成现役 HarPoon(捕鲸叉)导弹中段制导组件,包括捷联惯性敏感器组和数字处理器以及Rockwell-Collins 公司的单通道序贯 GPS 接收机处理器(GPS 第Ⅲ阶段用户设备改型)。除 GPS 接收机组件外,RPU(接收机处理设备)包含执行 SLAM 导航和卡尔曼滤波算法以及其他制导算法(包括导引头寻的导航处理器)。文中还报导了 SLAM 使用 GPS 辅助 INS 的飞行试验结果。     

美空军装备R7 HTS吊舱

Raytheon公司导弹系统部已经向美空军交付了首批新升级的ASQ-213高速反辐射导弹（HARM）瞄准系统（HTS）吊舱，这标志着该公司的HTS项目达到了新的里程碑。更新后的系统又称为R7灵巧网络地理定位瞄准识别系统（STING），是美空军改进F-16CJ／DJ战斗机性能的最后一个阶段。F-16CJ装备STING系统之后，可通过Linkl6数据链获得来自联网的多个HTS吊舱的数据，能以更高的精度确定敌方辐射源的位置，同时生成可供JDAM一类GPS制导弹药使用的精确的目标坐标。     

“哈姆”反辐射导弹的三项电子战改进

(1)对付GPS干扰机的“寻的干扰”能力。1998年9月在加州中国湖,美海军武器中心完成了AGM-88C高速反辐射导弹(HARM)第五批次改进的第2次实弹试验,试验中一架海军F-18向模拟干扰机发射了一枚“哈姆”导弹,试验细节未透露。 第五批次“寻的干扰”型(主要是软件改进)是由“哈姆”生产厂家Raytheon系统公司与海军“哈姆”计划管理办公室一道实施的。海军将使用第五批次“哈姆”反辐射导弹攻击干扰GPS导航信号的干扰机,以此来确保下一代GPS制导弹药,如联合定向攻击弹药(JDAM)和联合远距离武器(JSOW),面对低廉的小功率GPS干扰和干扰时,不致于失去精确制导能力。为了“寻的干扰”,海军和Falon有限公司研制了A～D频段吊架下安装的“LOCO GPSI”接收机系统,用于检测和标定GPS干扰源。第五批次“哈姆”导弹除了具有“寻的干扰”能力,还能对付较先进的雷达波形。     

F／A-22超声速投放JDAM制导炸弹

美国空军第411飞行试验中队在莫哈维沙漠地区上空，从超声速飞行的F／A-22战斗机的武器舱内，成功地投放了1颗454kg的GBU-32联合直接攻击弹药（JDAM）。这是F／A-22战斗机首次超声速投放JDAM制导炸弹，也是JDAM制导炸弹项目的一个重大里程碑，将显著增强该机的对地精确攻击能力。这次投放的是GBU-32超声速试验弹，与GBU-32实战弹药的大小、外形和重量相同，仅未装制导装置。     

GPS/INS紧组合系统导航性能研究

为了提高组合导航的精度和抗干扰性,采用了直接利用GPS接收机原始测量信息（伪距、伪距率）的紧组合方式,详细推导了该组合导航系统的模型,根据全球定位系统（GPS）的误差模型及惯性导航系统（INS）在地固系中的误差方程,以伪距差为量测输入,设计了GPS/INS组合导航系统的卡尔曼滤波器。仿真结果表明,该组合方法可以充分利用GPS的信息修正INS的导航误差,与此同时,INS可以辅助GPS重新快速捕获卫星信号,满足一定的导航精度需求。提高了组合导航系统的容错性,对各种载体的精确导航与制导具有一定的现实意义。     

GPS／INS制导系统中自适应天线阵列的干扰研究

目前GPS/INS制导已成为精确制导武器的核心.根据组合制导系统中自适应天线的特点,通过对微带自适应天线阵列的抗干扰性分析,着重研究了对GPS/INS组合制导系统中自适应天线阵列的分布式干扰.通过实验结果得出:要提高干扰效果,需要增加分布式干扰机数目、增大干扰机的运动速度和集中投放干扰源.     

对GPS／INS制导巡航导弹的干扰研究

GPS INS制导的巡航导弹可综合惯性制导与GPS精密定位的优点 ,大大提高导弹的抗干扰能力。如果能采取干扰措施使巡舰导弹无法获取GPS信号 ,则惯性导航的误差积累将使导弹的制导精度大大降低 ,从而能达到有效保护目标的目的。通过计算发现 ,干扰GPS信号对干扰机的功率要求较低 ,对干扰的限制主要来自于干扰视距。与地基干扰机相比 ,空中的干扰机能提供更有效的干扰     

差分GPS伪距与惯导组合技术仿真研究

叙述和建立了差分GPS/INS组合系统的状态方程和量测方程,并用卡尔曼滤波对DGPS/INS组合系统进行了组合及仿真,给出了详细的仿真数据和程序框图.仿真结果表明该组合系统可以极大地提高导航定位的精度,对飞机的精密进场着陆和各种载体的精确制导具有一定的现实意义.     

美成功投射“蝎子”灵巧炸弹

2009年6月17日,在美国亚利桑那州尤马试验场,洛·马公司成功投射“蝎子”炸弹。 “蝎子”炸弹是一种无动力、轻质量、紧凑型、经济型弹药。适合于多种发射平台,包括有人和无人操纵系统,最大射程超过18．5km。“蝎子”炸弹利用GPS／INS制导,未制导采用半主动激光制导,也可以使用红外成像或毫米波导引头。     

一种过载控制辅助实现快速估算滚转角的方法

针对基于GPS/INS组合导航系统的制导炮弹发射空中加电后,滚转角求取过程中受外界环境及风场等因素影响较大的问题,提出一种利用GPS定速信息和惯性测量组件(IMU)的输出信息快速求取滚转角的方法。推导了算法,分析了影响滚转角计算精度的噪声因素,借助过载控制策略有效提高滚转角计算过程中的信噪比和算法的适应性。仿真验证该方法在各项随机风和常值风的影响下误差均小于4°。计算误差不随时间累积,实现简单可靠,环境适应性和工程应用性更强,能够满足空中对准精度要求。     

附加速度先验信息的车载GPS/INS/Odometer组合导航算法

在GPS/INS车辆组合导航中,GPS信号易受外界干扰而失锁。针对INS单独导航误差迅速累积的问题,在利用速度先验信息辅助INS导航的基础上,加入Odometer观测信息,提高了系统的可观测性和导航精度;另外提出了改进的位置修正法,即不直接利用状态估值修正位置,而是用修正后的速度推算位置。实测算例结果表明,与INS单独导航相比较,采用速度先验信息,提高了载体速度精度,采用改进的位置修正方法,位置精度有大幅度提高;在此基础上加入Odometer观测信息,位置和速度精度得到进一步改善。     

美国空军为小型弹药设计GPS抗干扰设备

据美国《空间新闻》2 0 0 3年7月14日报道,美国空军正在为研制中的微小型GPS制导弹药设计一种抗干扰系统,它可能在2 0 0 6年得到验证。据美国空军研究实验室“微型导航器验证”(Mind)项目负责人Tim Jones介绍,Mind项目将面向微小型弹药,它距离装备至少还有10年时间。被设计的弹药包括动力、低成本自动攻击系统和区域控制弹药。美国军方已开发诸如联合直接攻击弹药的项目,以加强现有的GPS制导武器的抗干扰能力。6月30日,美国空军研究实验室和雷锡恩空间与机载系统公司及波音综合防御系统公司分别授予了110万美元和2 70万美元的Mind研究…     

政策

欧洲防御局提交精确制导弹药发展路线图 2011年11月29日,欧洲防御局向成员国提交了精确制导弹药发展路线图及相关的实施计划研究报告。此报告是在充分研究欧洲未来精确打击需求及技术和工业能力需求基础上拟定的,内容涉及了如何保证欧洲精确制导弹药的实用性和竞争力。     

风修正弹药布撒器发展概述

风修正弹药布撒器（WCMD）是美军独有的一类可用于高空投放的低成本、无动力精确制导炸弹。通过加装一套集惯性制导部件和气动控制部件于一身的风修正弹药尾翼组件，来修正初始投放误差、弹道误差和飞行过程中由于风引起的落点偏差，该武器成功实现了对传统无制导航弹的风修改装，为载机平台提供了全高度、全天候精确打击的能力。通过进一步的模块化设计改装，充分运用增程技术、GPS精确制导技术和数据链技术的最新成果，使WCMD具有广阔的发展前景。     

INS辅助高动态下GPS快速捕获半实物仿真研究

在INS/GPS组合导航系统中,当使用环境对GPS信号捕获的快速性有特殊要求时,运用外部信息辅助可以有效提高GPS信号的捕获速度。虽然GPS捕获算法在理论上已经比较成熟,但是在具体的工程实现中却存在诸多问题。本文针对实际应用需求,分析并建立了基于INS辅助的GPS快速捕获仿真模型,设计了相应的半实物仿真系统,并对该系统进行了多次动态仿真试验。对试验结果的分析表明,本文所采用的GPS捕获方法在实际的硬件环境中仍然有效,GPS在INS的辅助下不损失精度,而捕获速度可以提高两个数量级,满足实际系统需要。     

多径干扰下GPS/INS跟踪环路的一种高斯码相位鉴别器

针对载体在多径信号的影响下,传统码相位鉴别器不能实时有效鉴别出码相位误差,提出一种高斯码相位鉴别器构建方法。在GPS/INS深组合模式中,接收机码相位鉴别器的构建将改变传统设计方法。INS系统利用GPS接收机产生的即时码相位信息,建立INS系统码相位鉴别器,该INS码相位鉴别器用于辅助GPS接收机码相位鉴别器,构建高斯码相位鉴别器,有效降低码相位跟踪误差。仿真结果表明,与传统的码鉴相器相比,高斯码相位鉴别器减小了噪声方差,能有效提高鉴相精度,从而在多径干扰下提高定位精度。     

低成本GPS/INS复合制导武器系统研究

精确制导武器系统的战斗力在越战中得到了充分的证明,它们包括激光、红外(IR)及电子-光学(ED)导引武器系统。这些武器的主要缺点是成本太高。随着军用 GPS 接收机转发器的发展,使得 GPS/INS 复合制导武器系统设计思想,在选择武器时,比现役的末导引武器设计思想更具有竞争性。本文,总结了三种低成本全球定位系统/惯性导航系统(GPS/INS)复合制导武器系统的研究成果。并对几种 GPS 转发器工作结构及差分 GPS 的替在利益作了评价。本文的重点侧重于这三种结构的武器的精度。而对各种设计的费用并没有作估评,本文研究一种高水平的设计及对各种方案进行评价,并完成误差模型的建立及闭环协方差模拟(包括导航滤波器及控制器)。最后对三种结构的精度作了评估。     

JTIDS/BA/INS/GPS组合导航处理器软件设计与仿真

针对JTIDS导航定位功能在现代军事作战中存在的不足,综合考虑导航定位精度和可靠性,设计了JTIDS/BA/INS/GPS组合导航处理器软件,重点研究了JTIDS/BA/INS/GPS组合导航卡尔曼滤波算法。采用滤波器分解和观测量序贯处理技术,提高滤波定位的实时性;对于不同导航参数的校正,分别采用开环校正、闭环校正和误差估值累加校正的方式,可在保证精度的条件下简化工程实现。为评估组合导航方案,开发了JTIDS多成员组网工作仿真软件,通过仿真验证了组合导航处理器软件在组网工作中的稳定性,以及JTIDS/BA/INS/GPS组合导航滤波算法的有效性。     

EKF和UKF在INS/GPS组合导航中的应用分析

扩展卡尔曼滤波(EKF)是在非线性系统中常用的一种滤波方法,Un-scented卡尔曼滤波(UKF)是一种新的非线性滤波算法,其主要特点是与EKF一样传递状态的前两阶矩,但不用计算Jacobian矩阵。将EKF和UKF分别应用到INS/GPS系统的滤波中,仿真结果表明UKF比EKF更适合于在INS/GPS系统中使用。     

美军空中打击的首选武器:微小型精确制导炸弹

据报道,美军在伊拉克战争中动用了15架RQ-1“捕食者”无人机,其中部分是RQ-1B攻击无人机。特别值得注意的是,每架RQ-1B攻击无人机均挂载了6枚目前美军最先进的机载精确制导炸弹——重量仅为227千克的小型“联合直接攻击弹药”(JDAM),标志着美军的微小型机载炸弹已经从实验室走向战场。