基于GPS跟踪技术的TDRS星测轨

本文评述了利用GPS和GPS有关技术确定TDRS星轨道的二种不同方法。第一种TDRS星上装GPS接收机,直接测得到GPS卫星的距离,以此确定TDRS星历,不需要地面测控网;第二种TDRS星发一适当的信标信号,地面多台接收机同时跟踪GPS和TDRS卫星。这两种方法都能满足未来TDRS—Ⅱ的测轨精度要求。     

用于GPS接收机模拟和仿真的数字化基带信号处理器

全球定位系统(GPS)接收机可作成数学模型并由软件完成,接收机数字基带信号处理器完成GPS观测量的最大似然估计。本文讨论:1)数字化GPS接收机的原理;2)数字化基带信号处理器的模拟;3)模拟接收机静态和动态性能。在GPS接收机设计和系统性能分析过程中,软件接收机较之硬件接收机具有更强的灵活性,价格便宜,而且更为精确。     

用于GPS接收机模拟和仿真的数字化基带信号处理器

全球定位系统（GPS）接收机可作成数学模型并由软件完成，接收机数学基带信号处理器完成GPS观测量的最大似然估计，本文讨论：1）数字化GPS接收机的原理，2）数字化基带信号处理器的模拟；3）模拟接收机静态和动态性能，在GPS接收机设计和系统性能分析过程中，软件接收机较之硬件接收机具有更强的灵活性，价格便宜，而且更为准确。     

INS辅助GPS接收机及抗干扰能力的分析

针对高动态或低信噪比条件下GPS卫星信号容易失锁的特点,根据GPS接收机码／载波跟踪环特性,研究分析了惯性导航（INS）辅助GPS接收机原理及其抗干扰能力。在复杂电磁环境下,INS辅助GPS接收机（特别是紧耦合GPS/INS组合模式）是组合导航的发展方向。     

GPS/SINS超紧组合导航的性能分析

GPS接收机在高动态环境下很容易失锁,特别是载体的高动态造成的应力对接收机载波跟踪环影响很大。为了解决高动态环境下的组合导航,分析了GPS接收机载波跟踪环的测量误差和跟踪门限,采用惯导速度辅助GPS接收机跟踪环路的超紧组合结构。超紧组合需要涉及到GPS接收机跟踪环内部编排及高动态环境下的实验数据,难度较大。针对超紧组合仿真专门开发了GPS实时软件接收机、高动态GPS中频信号仿真器和惯导模拟器并构建了一个完整的GPS/SINS超紧组合仿真系统。仿真结果表明,该超紧组合导航系统可以跟踪50g的加速度和10倍音速。     

使商用GPS接收机达到空间质量

GPS技术可以获得高于以往的导航精度,其商业和军事应用快速增长,但GPS的空间应用刚开始出现。GPS技术空间应用的第一步是使GPS接收机具备空间质量,并且能以有竞争力的价格买到。Barnes工程部与Ashtech公司合作,将使现有的Ashtech商用GPS接收机改造得具备空间质量。该机性能超过大多数现有的GPS接收机,不仅导航精度高,而且能测量姿态。 以商用GPS接收机设计方案为基础,对其进行改造使之具备空间质量,相对于从头开始有许多好处。达到空间质量的工艺包括辐射屏蔽、散热分析和承受严酷空间环境能力的测试。本文中,我们将说明改造商用设计方案达到空间质量的好处及达到空间质量所涉及的内容,还讨论星载GPS接收机的总体性能要求。     

高动态GPS接收机在导弹制导中的应用

针对高动态环境给接收GPS信号所带来的问题，分析了设计高动态GPS接收机的关键技术，讨论了高动态GPS接收机在导弹制导中的应用。     

小型GPS接收机

当GPS产品需求增长时,制造商正在竞相制造较小和较廉价的接收机。梅约基金会和摩托罗拉公司研究人员组成的一个小组为美国导航学会GPS-94会议展示了一种据信是迄今世界上最小的嵌入用GPS接收机,其体积只有13立方厘米。更令人惊奇的是,日本无线电公司(JRC)已研制出一种作为消费品的微型GPS接收机,整个GPS接收机包括天线和电池在内只有手表那样大。8通道接收机安装在实际上当作介电片状天线罩子的外壳内,锂离子电池可     

GPS软件接收机的捕获与跟踪算法

研究了GPS软件接收机的捕获与跟踪算法。分析了时域串行滑动相关捕获算法和频域基于FFT的并行相关捕获算法,设计了适合GPS软件接收机的并行算法,实现了对空中可见卫星的捕获。针对GPS信号的特点,设计了基于DLL与PLL相结合方法的GPS跟踪算法。利用实测中频信号对上述捕获与跟踪算法进行了验证分析,测试结果表明,基于FFT的并行相关捕获算法能够有效增强软件接收机的捕获能力,采用DLL与PLL相结合的方法能够实现对GPS信号的有效跟踪。     

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。     

Discussion for Deeply-coupled GPS/INS Technology

面对未来信息化、电子化战争复杂的电磁环境和高速、超高速精确制导武器发展需求,传统GPS/INS组合导航技术很难满足武器性能指标的要求.而GPS/INS深组合导航系统能在高动态和复杂电磁环境下为精确制导武器提供稳定、可靠、精确的导航信息,实现精确制导武器在复杂战场环境下对目标的精确打击.因此GPS/INS深组合技术成为近来人们的研究热点.深组合技术除了传统意义上利用GPS接收机信息修正INS之外,同时,采用INS导航数据还能对GPS接收机载波跟踪环路进行外部辅助,剔除信号中的动态信息,减小GPS接收机载波跟踪环对信号的跟踪范围,压缩环路带宽,提高接收机在高动态环境下工作稳定性和接收机抗干扰性能,以保证组合导航系统的可用性和可靠性.     

全球定位系统用作洲际导弹制导系统鉴定工具的测量性能

八十年代初期,在两次民兵Ⅲ型导弹发射中(编号为PVM-18,19),试飞了一种四信道全球定位系统(GPS)接收机——弹载接收设备(MBRS)。这两次发射试验是称为“飞-2”系列飞行中的一部分。每次带两个NS20惯性测量装置。这两次试验的主要目的是在洲际导弹实际飞行环境中验证、测定全球定位系统的性能。本文概括了这两次飞行中GPS性能的分析结果。由此验证了如何利用这种质量的数据来高精度地鉴定制导误差,并用该数据来识别出飞行过程中各种制导误差。这两次试飞所得到的GPS数据证实了短期精度达到了预期能力。典型的随机误差为2英尺~*和0.01英尺/秒(一秒平均)。有了这一精度就可利用GPS作为外部测量仪器,对自由段中摆式积分陀螺加速度表(PIGA)的磁敏感效应进行直接观测。实现这种观测还是第一次。由于缺乏合适的标准,尚不容易进行绝对精度鉴定。显然,GPS的精度比同时参与导弹跟踪的雷达(多台)的好,拟合后残差非常一致,说明总精度很高。因此可得出结论,GPS的总精度达到了预期性能指标。 (本文常用缩略语AIRS——高级惯性基准球,BREW——民兵导弹上装的第二惯性测量装置,CSDL——Charles Stark Draper实验室,ECI——地心惯性座标系,GPS——全球定位系统,MBRS——导弹装载的GPS接收机,MISTRAM——米斯特拉姆,高精度无线电外测系统,PIGA——摆式积分陀螺加速度表,PVB——民兵导弹试验编号,TI——德克萨斯仪器公司)     

俄罗斯全球卫星导航系统Glonass的监视站方案

本文阐述了设于莫斯科(Moscow)及诺伊施特累利次(Neustrelitz)的GPS和Glonass组合监视站网的技术规范及使用范围。具体描述了俄罗斯正在研究的GPS/Glonass组合接收机及其在该系统中的使用前景。其下一代接收机将能以每秒一次的更新速率测量载波相位,并能同时跟踪16颗卫星。监视导航卫星系统,即对斜距有关的参数进行联机观测,监视各种误差源,例如星历和历书数据、星上时间刻度、GPS和Glonass系统时间刻度的差异以及SGS—85和WGS—84座标系的差异。阐述了Glonass与GPS的一些不同特性。第一步比较了莫斯科和诺伊施特累利次的卫星可用性,以便在长期研究基础上寻求误差源及地理上的相互关系。由此得出的结论可提供给德国和欧洲用户,在未来开发中加以考虑。打算在莫斯科和诺伊施特累利次之间建立合适的通信链路,以便交换导航及定位数据。利用这些设备,还可产生DGPS和DGlonass的差分修正值。目的是在基准站50公里范围内使差分定位精度达到:水平为1.5—2米,垂直为2.0—2.5米(RMS)。按RTCMSC—104标准格式发播差分修正值。同时对单独的Glonass系统和GPS/Glonass组合系统比较所采取的不同技术进行了研究。还将研究由于接收机性能和所加修正及定标而产生的限制。     

电离层对GPS相对大地测量的影响

本文分析了对 GPS 相对大地测量有重要影响的电离层误差特性。电离层误差、星历预报误差和对流层延迟误差是影响 GPS 测地精度的三个主要误差源。借助高精度数字式 GPS 接收机(如 T14100GPS 导航接收机),星历估计和预报技术在日益改善。现在正在研究精确的对流层延迟修正技术,例如使用便携式水汽辐射计测量大气中水汽含量对 GPS 信号延迟的影响。为了获得相应的 GPS 测地精度还必须重视电离层误差的修正。本文讨论了三维基线精度,它随电离层条件、电离层修正精度、基线间隔、定向和事后处理方法而变化,给出了使用 T14100GPS 导航接收机和德克萨斯仪器公司 Geomark 事后处理软件包的实际测量结果。     

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。     

利用GPS进行近地轨道确定和会合导航

本文介绍了GPS用于近地轨道确定和会合导航的性能研究结果。目前为陆地、海上和空中导航开发的一些技术正在扩展到空间环境。对两个近地航天器上的GPS接收机系统的实际工作情况进行了仿真研究,以此评价了GPS系统的相对和绝对导航精度。为该性能仿真研究提供一个逼真的基础,拟制了一些动力学和环境模型。仿真研究获得了两项重要结论:1)轨道上用一台GPS差分基准接收机给其附近另一些GPS接收机提供信息,可以将这些接收机的绝对定位精度提高到基准站所能达到的精度。2)从同4颗GPS卫星测得测量值的两台同型号接收机,其相对定位精度(1σ)每轴向可以达到1.8m(P码)和20m(C/A码)。相对速度误差每轴小于0.04m/s。当接收机拉开相当距离时,差分GPS和相对导航技术的精度下降不明显。     

用于航天器的GPS姿态和轨道确定技术

GPS接收机的进展已可用于空间导航和姿态确定。正在研制的GPS Ten-sor~(TM)将作为空间固态GPS姿态和轨道确定接收机,并将进行质量合格检验。该设备将为航天器制导及控制提供导航位置、速度、姿态、姿态角速率和时间的13个输出状态。     

前言

经20年的研究、试验和建设,花费上百亿美元的美国NAVSTAR GPS系统终于在1994年初全面建成拥有24颗正式工作星的成熟系统。今后,这种全球性高精度七维导航系统将给军、民用各领域带来巨大冲击。有人曾预言过,GPS的应用只受想象力的限制。随着GPS投入运行,对GPS的利用以及开发性研究将更广泛地开展。目前GPS接收机正在经历类似20多年来手持计算器所经历的情况,接收机用户急剧增加,走进了小汽车和个人口袋;价格猛跌,花几百美元即可买到一台多通道接收机。     

影响GPS信号C／A码捕获的因素分析及改善方法

通过特定设计的软件测试平台,对自主研制的软件GPS接收机进行了捕获性能的测试分析,得到了捕获性能与信噪比、虚警概率等因素的关系。最后给出了实验数据和分析、改进方法,为软件GPS接收机的开发和研制提供了重要的技术参考。     

基于地基伪卫星的GPS对抗方法研究

借用伪卫星的概念,提出了一种基于地基伪卫星的GPS对抗方法,该方法充分利用非对抗区域的GPS资源,通过把分布式转发和伪星座技术相结合的方式,对对抗区域内敌方GPS接收机实施欺骗干扰,同时还能确保该区内己方GPS接收机的正常定位。文中着重讨论了该方法的实现原理、组成结构、定位解算方法和对抗实施步骤,并以一计算实例验证了实施的可行性。