用于ERIS的GPS转发器处理系统

本文描述基于转发器处理系统(TPS)的全球定位系统(GPS)的要求、设计特点及其能力。该转发器处理系统是由爱格林空军基地的靶场应用联合工程办公室(RAJPO)为美军战略防御指挥(USASDC)的重返外大气层再入飞行器拦截器子系统(ERIS)计划而建立的。TPS 为 ERIS 实验计划提供目标和拦截飞行器的实时位置和速度信息。为了实现这一目的,弹载转发器提供 GPS C/A 码 L 波段到 S 波段的信号转换,并重发给地面 TPS。地面发射机(GT)网用于增加 GPS 卫星(SV)覆盖域。TPS 测量包括“伪距离和”与“伪距离和的变化率”并借助 GPS 参考接收机(RR)进行差分 GPS 修正。快速相关捕获和快速付里叶变换(FFT)技术用于满足相当严格的性能要求。设计用于动态的和弹道飞行的两种卡尔曼滤波器,来满足目标和拦截器的不同精度要求。TPS 还有其它一些功能,例如,检前记录器(用于事后分析)和动态模拟信号源(用于飞行前检查)。     

飞行中修改JDAM打击坐标的新型瞄准系统

波音公司生产的JDAM GPS/ INS制导弹药,通过美海军研制的全天候辅助杀伤系统(KAATS)可以提高打击精度。方法是通过数据链路在飞行中修改打击坐标(IFTU )。KAATS是美国防部不依靠末制导而通过远距离传感器提高GPS/ INS制导弹药打击精度诸多计划之一。KAATS试图利用数据处理方法开发从机载(有人或无人机)合成孔径雷达获取的信息,形成立体图像和GPS相对导航算法来提供误差小于1m的目标坐置。然后,将最后得到的飞行中修改的坐标发送给JDAM,允许武器在飞行中改变其飞行航迹。圣地亚哥通用原子航空系统公司研制的远程战术无人飞…     

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。     

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。     

美空军武器系统GPS抗干扰性能得到改进

用于提高GPS制导武器系统抗干扰能力的第一个生产型设备将于2001年初安装在联合空对地防区外发射导弹(JASSM)上,这表明美军装备的GPS制导武器系统的抗干扰能力将可大大改善。GPS导航系统定位的精确制导武器,如JASSM和JDAM是美国精确制导武器库中的重要武器,但由于目前GPS卫星的信号频率较低,容易受到外来干扰信号的影响,因而,GPS联合计划办公室于1996年同洛克希德·马丁公司签署了导航战研究合同,该合同有效期为两年,任务是研究GPS抗干扰措施。项目研究的结果是研制出一种数字式GPS空间时间抗干扰接收机(G-STAR),它适用于军…     

自适应融合滤波算法及其在INS/GPS组合导航中的应用

针对扩展卡尔曼滤波器(EKF)在系统模型不确定时存在鲁棒性差、精度低的问题,设计了一种基于交互式多模型(IMM)的自适应融合滤波(AFF)算法。IMM\|AFF算法采用两个模型来描述系统结构,且与每个模型相对应的Sage\|Husa滤波器和强跟踪滤波器(STF)独立并行工作,系统的状态估计则是两种滤波器估计的模型概率加权融合。IMM\|AFF算法兼具Sage\|Husa滤波器状态估计精度高和STF对系统模型不确定具有强鲁棒性的优点,克服了两种滤波器各自单独使用时的缺点。将IMM\|AFF算法应用于INS/GPS组合导航系统的仿真结果表明,IMM\|AFF算法的滤波精度和鲁棒性均明显优于目前工程应用中的EKF,特别是大大提高了INS/GPS系统的定位 精度 。
     

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.     

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。     

INS/GPS/TERCOM组合制导系统中的

提出由坐标变换、误匹配检测和卡尔曼滤波三个单元构成的一种新型INS/TERCOM系统优化结构,并对INS/GPS/TERCOM组合系统自适应联邦滤波信息融合和分散式信息融合两种算法分别进行了研究,将这两种算法与传统的集中滤波算法进行了比较.结果表明,系统无故障情况下三种方法精度相同;而在有故障情况下自适应联邦融合法优于另两种方法.     

高动态环境INS辅助GPS载波跟踪算法研究

载波跟踪技术是GPS软件接收机的关键技术之一,载波跟踪算法在很大程度上决定了GPS软件接收机的性能.本文基于一种典型载波跟踪环的结构,分析了锁相环(PLL)的工作原理及动态性能,并在此基础上设计了一种INS辅助的GPS载波跟踪算法.仿真结果表明和PLL相比.所设计的INS辅助GPS载波跟踪算法能够在保证GPS载波跟踪环路滤波器带宽足够窄的情况下,可以有效地增加环路带宽,从而加大了环路捕获带宽,提高了环路的捕获性能;所设计的INS辅助GPS载波跟踪算法适用于机动性较高的载体.     

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。     

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。     

多传感器组合导航系统研究

设计了一种由INS、GPS和Doppler测速雷达构成的多传感器组合导航系统。采用GPS伪距、伪距率以及Doppler速度与INS组合 ,建立了其卡尔曼滤波方程 ,设计了飞行轨迹 ,给出了惯性元件精度较低时组合系统的仿真输出。仿真结果表明 ,多传感器组合导航系统能有效提高导航精度 ,降低对惯性元件的性能要求 ,是导航系统的发展方向     

INS／GPS／TERCOM组合制导系统中的信息融合方法研究

提出由坐标变换、误匹配检测和卡尔曼滤波三个单元构成的一种新型INS／GPS／TERCOM系统优化结构，并对INS／GPS／TERCOM组合系统自适应联邦滤波信息融合和分散式信息融合两种算法分别进行了研究，将这两种算法与传统的集中滤波算法进行了比较。结果表明，系统无故障情况下三种方法精度相同；而在有故障情况下自适应联邦融合法优于另两种方法。     

基于广义卡尔曼滤波的伪距组合GPS/INS导航

提出了一种利用广义卡尔曼滤波进行GPS/INS组合导航的技术 ,同时给出了一种最优选星算法。采用间接的反馈校正设置 ,直接利用伪距数据和不受噪声污染的星历数据。利用该方法 ,组合导航精度高 ,在导航过程中若丢失GPS信息 ,短时间内单纯INS的导航精度仍能保持。恢复GPS信号后组合系统继续正常工作。     

一种新型卫星转发器测试系统设计与应用

从卫星转发器分系统测试项目特点出发,设计了一种新型转发器测试系统,首次将变频矢量校准、系统级测试夹具及去嵌入方法运用在卫星转发器测试中,旨在解决传统转发器测试系统测试准备效率和测试效率低下且无法进行相位特性测试等问题。此转发器测试系统在卫星转发器测试中进行了实际验证,实测结果表明:该转发器系统测试效率比传统测试系统平均提高了3倍以上,测试精度也优于传统转发器测试系统,在一定程度上加快了了卫星装配、总装和测试(AIT)的研制进度。     

GPS/INS组合制导技术在现代战争中的应用及趋势研究

自20世纪90年代以来,美军在四次主要的局部战争中,依靠大量使用精确制导武器取得了良好的作战效果。在四次战争中美军使用的精确制导武器数量所占比例分别为:1991年海湾战争占7.6%;1999年科索沃战争占35%;2001年阿富汗战争占60%;2003年伊拉克战争占68.3%。由此可以看出,从海湾战争到伊拉克战争,精确制导武器的使用增加了近9倍,使“不接触作战”、“外科手术式”打击成为可能。正是一体化的GPS/INS(全球定位系统 惯性导航系统)组合制导技术进一步推动了精确制导武器向“百发百中”的方向发展。     

美国全球定位系统用于靶场外测的概况

全球定位系统(GPS)作靶场外测具有精度高、可跟踪低空飞行目标、可作全弹道跟踪、测量费用低、不受航区布站限制等优点。文中给出了外测系统的基本组成及有关技术问题。测量方案有二,其一是在目标上装GPS接收机,另一是在目标上装转发器。介绍了IEC公司的转发方案,其设备包括弹载设备和地面站设备及处理系统。最后讨论SATRACK系统的精度,指出GPS卫星星历表的准确度会影响SATRACK的外测精度,另外,多径效应引起的误差往往很突出,但对P码信号影响较小。     

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。     

基于红外/毫米波复合制导律设计

基于红外/毫米波复合导引系统,针对空地导弹攻击地面目标问题,提出了一种新的具有强鲁棒性的非线性末制导律.基于弹目相对运动学的非线性关系,以相对距离作为状态,同时将目标机动作为系统有界扰动,建立了弹目相对运动的数学模型.基于红外和毫米波复合导引系统获得的测量信息,采用滑动模态控制方法,以优化制导精度为目标,设计了一种自适应非线性变结构控制律.该方法利用Lyapunov稳定理论严格证明了制导闭环系统的全局渐近稳定性.数字仿真表明,这种制导律对地面运动目标具有很强的鲁棒性和适应性,并能获得良好的制导精度.