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…     

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。     

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。     

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     

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

GPS接收机可以用来跟踪和确定单兵、轰炸机和洲际导弹等一切物体的位置。当体积和成本问题而不宜使用弹载接收机的场合,常利用转发GPS跟踪方案。三叉戟Ⅱ型潜射导弹提出的靶场安全跟踪问题正是这种情况。美国海军签订了一项合同,研制一套验证转发GPS跟踪方案的系统,以此来评价GPS用于靶场安全的技术风险,并检验其跟踪精度。利用预定的三叉戟Ⅰ型(C-4)试验发射,对整个系统进行了现场试验。本文叙述了转发GPS跟踪系统方案,所做的现场试验及其结果。     

《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。     

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。     

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。     

发射区经纬仪系统

白沙导弹靶场(WSMR)研制了一种“发射区经纬仪(LAT)”光学跟踪系统,该系统可为陆军正在研制的新一代超高速导弹提供更好的时间-空间-位置信息(TSPI)。LAT系统有一个高性能的光学跟踪座,上面安装一个8-12um的前视红外(FLIR)传感器,一个新设计的全帧针定位的35毫米摄影机和一个焦长50英寸的自动聚焦的镜头。RLIR配上白沙靶场自行研制的基于统计的自动视频跟踪器,这样构成一个功能很强的近距离导弹自动跟踪系统。这种LAT设计得可替代短程反坦克导弹试验计划的大量固定式摄影机。新开发的跟踪技术可以使角度跟踪的速度和加速度超过1弧度。开发了一种专门技术可在导弹发射时推动机座使之与目标运动相匹配,一种自适应伺服控制技术允许采用Ⅲ型伺服,补偿沿导弹飞行路径布置LAT跟踪座而产生的高加速度。在导弹通过垂直于机座的点时,使用一种自动化模式选择措施,使跟踪座迅速减速,以使目标始终保持在相机的视场中。本文介绍了由8台LAT组成的光学跟踪网的设计方案,利用FLIR传感器的自动视频跟踪技术和伺服控制算法的结构。这些算法使LAT系统达到了白沙导弹靶场以前从未达到的水平。     

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。     

军用靶场在航天运输系统任务中的实际应用

军用靶场历来服务于武器和武器系统性能的鉴定以及改进其设计。可那些已经卷入飞行和大气层外活动的靶场也已经具备了保障正在进行的航天和导弹计划的实际能力。本文阐述了军用靶场保障航天运输系统的能力和一些具体的保障工作。主要着重于C波段雷达跟踪和数据流程,而不是较为熟悉的靶场保障问题。     

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。     

用于试验靶场的全球定位系统外测设备

为了给三军靶场部门开发一个NAVSTAR GPS靶场设备系列,组建了靶场应用联合计划办公室(RAJPO)。分析科学公司协助该办公室分析了在试验和训练靶场业务中使用GPS测量时间、空间和位置信息(TSPI)的潜力,研究了GPS靶场设备系列的功能和性能参数,并帮助解决了若干技术问题。本文给出了有关GPS用于靶场的重要研究成果—成本/性能比,这有助于说明GPS在靶场中的作用。文章着重阐述了所建议的GPS靶场设备系列的功能,叙述了每种设备,以及与其它设备的关系。此外,还点出了目前计划中存在的技术问题。     

转发式GPS外测系统的接收站设备

在高级拦截器技术计划中利用GPS卫星导航系统来精确测定两种飞行器的弹道。在每个飞行器上安装一个弹道导弹GPS转发器(BMT)咸一个GPS遥测发射机(GTT)。接收站布在现有遥测站上,安装了所需的专门设备,负责接收、记录和处理来BMT和GTT的信号。     

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。     

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。     

只有利用GPS才能满足北约战术战斗机训练中心的测量要求

由于近几年内在西欧地区发生了大量军用飞机事故,而且越来越需要低高度空战飞行训练,因此北约将在欧洲以外建立一个战术战斗机训练中心。面临特殊的测量要求,需要一个独特的靶场测量系统。战术战斗机飞行训练将在65000平方公里地区上空展开,100架飞机将在近地面至30Km的空中飞行。此外,必须在不同的位置至少配35个威胁发射机。整个靶场必须易于重新配置并且机动(非固定地面站)以满足环境变化和各种训练要求。由于这些苛刻的限制条件,只能采用GPS来解决测量问题。在三个基本领域内,要解决面临的测量问题,最理想的是采用靶场应用计划(RAP)的GPS设备及其配套的第二代RAP数据链。这三个领域是目标跟踪、数据传输和威胁发射机的控制。GPS对于其中每个领域都有其长处。 GPS目标跟踪:提高了目标位置和速度精度;能跟踪多达100个目标;能跟踪地面至30Km高的目标;能覆盖整个65000平方公里区域;仅需要少数几个地面站;可使用无需勘测的机动地面站。现代化的数据链路:数据链路独立于定位系统;采用高带宽效率技术;最多能对付100个目标;可远距离传输;采样速率更高;使用机动地面站;经飞机一飞机中继还可扩大覆盖区域。 GPS控制的威胁发射机:成本大大低于人工/雷达控制的威胁发射机;威胁密度可很高;可机动(可自己测定位置);跟踪精度高;目标捕获和自跟踪简单;可程控各类威胁发射机并可模仿现场操作手。用GPS解决靶场测量问题,会带来许多有利后果:可建成全机动靶场,可灵活配置一可大可小;可为100多个目标服务;可配大量威胁发射机;靶场易于重新配置以适应各类训练场面;靶场对环境无特殊要求(不必改造地形)。