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。     

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)…     

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。     

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     

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。     

红外成像导引头跟踪丢失状态下的控制策略研究

针对红外成像导引头跟踪丢失后无导引信号输出的情况,提出了一种飞行控制策略:即在导引头稳定跟踪过程中通过目标被动定位算法实时估算其相对位置信息,当导引头跟踪丢失后,根据估算得到的相对位置信息和惯导输出的飞行器实时位置、速度信息解算理论导引信号,以及该信号生成控制指令控制飞行器朝目标飞行。对导引头跟踪丢失后的控制效果进行了数学仿真验证。结果表明,目标被动定位结果收敛,跟踪丢失情况下飞行器飞行控制稳定,命中精度较高,具有一定的工程应用价值。     

《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…     

用于GPS外测的数字转发器

目前,在许多导弹跟踪测量中,例如三叉导弹和ERLS(大气层外再入体拦截器系统)试验,使用几种模拟转发器。安装在导弹上的转发器将接收到的L波段信号变为S波段再发送到地面的转发处理系统(TPS),对飞行器进行定位。这种方法较之使用GPS靶场测量吊仓分系统的优点在于飞行硬件体积小、重量轻以及造价低。此外,在TPS中采用专门的跟踪环,可以在50g加速度和50g/s加加速度这样极高动态条件下跟踪GPS信号。此外,在TPS中使用用户专门研究的信号处理技术可在几秒钟之内快速捕获转发信号。靶场应用计划联合办公室的弹道导弹转发器体积为655立方厘米,重量为2.27公斤。以现有技术采用数字转发器设计方案完全可生产出体积更小巧的设备。正如本文所指出的那样,对于某些应用,数字方案可大大改善跟踪性能,并增加许多其它功能,例如保密计划中可对信号加密。用现行技术制造的数字转发器可以封装于一个82立方厘米的模块中。本文叙述了这种设备的设计,讨论了在追求比模拟设计方案体积更小、性能更好场合的应用。     

GPS用于MX导弹飞行试验的实时跟踪

霍普金斯大学应用物理实验室最近完成了一项MX导弹(和平卫士)试验飞行的实时GPS跟踪研究。因为飞向夸贾林环礁所需靶场安全提出了严格的精度要求,故分析了各种跟踪方案。本文简述了导弹跟踪的经验之后,介绍了各种系统方案。讨论了各种远站处理方案,接着专门研究了电离层误差修正方法和接收机锁相环路热噪声。最后,叙述了瞬时落点(IIP)时间协方差仿真结果。     

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。     

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。     

地空靶场实时GPS伪距差分测量系统的应用研究

地空靶场实时GPS差分高精度测量系统是当代飞机飞行试验中解决火控系统标校、测控系统校飞或导弹武器系统精度试验等问题的有效手段,是地空靶场测控系统的重要组成部分。本文基于伪距观测量的GPS实时差分定位的原理以及对数学模型的分析,论述了将GPS实时定位技术应用于地空靶场中机载或弹载导航系统的实现方法。文中详细的规划了基准站...     

美国国防部有关GPS在试验和训练靶场的应用计划

美国国防部着手组建的NAVSTAR GPS(图1)可为装备用户设备的运动体提供高精度位置、速度和时间信息。该项研究计划一开始注重GPS的战术和战略应用。目前,国防部已认识到GPS应用于靶场跟踪的潜力。本文介绍了GPS应用于国家试验和训练靶场的国防部计划。     

EOMS光电经纬仪系统

EOMS光电经纬仪系统主要用于中近距离范围内飞行器轨迹及姿态的测试。该系统可对飞行目标进行单杆半自动和电视全自动跟踪；采用了GPS，可使外测参数和内测参数实现精度时间同步。通过外场测试和初步飞行试验证明该设备具有测试精度高，能进行TV实时测量等优点。     

地空靶场实时GPS载波相位差分测量系统的应用研究

地空靶场实时GPS差分高精度测量系统是当代飞机飞行试验中解决火控系统标校、测控系统校飞或导弹武器系统精度试验等问题的有效手段,是地空靶场测控系统的重要组成部分。本文基于载波相位观测量的GPS实时差分定位的原理,以及对数学模型的分析,论述了将GPS实时定位技术应用于地空靶场中机载或弹载导航系统的实现方法。文中详细地规划了基准站和移动站,以及它们之间实时互访的构建方案。     

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)。     

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。     

海上靶场测控系统技术特点及应用

随着海上飞行器技术和飞行活动的不断发展,飞行活动对测控系统提出了新的更高的要求,海上靶场测控系统迎来了新的挑战和发展机遇。海上靶场测控系统从单一技术应用到多种测控技术的综合应用,极大地提高了海上靶场测控水平和能力。本文简要介绍了海上靶场测控系统的基本需求,分析了水下测量、出水点捕获跟踪、低仰角跟踪测量、低能见度下的跟踪测量等海上测控技术特点,研究了高精度水下测量、海上低空目标测量等关键技术的解决方法,提出了"优化陆基测控、发展海基测控、构建空基测控、完善水下测量",循序渐进构建空海陆潜一体化测控系统发展途径。     

通过事后分析提高GPS的外测精度

通过事后分析可以提高GPS的外测精度。为了试验和鉴定目的,欲测量被试验体的时间空间位置信息(TSPI),现在已有不少方法。如果使用GPS,可考虑两种方案。一是在被试验体上装载GPS接收机,在运功体上测定TSPI,再通过遥测将数据送到地面。二是在运动体上装载一个GPS变频转发器,传送宽带GPS信息到地面。在地面站完成TSPI测量。本文指出,与装载接收机相比,装载GPS转发器的方案可以获得更高的测量精度。精度的提高来自两点:装载GPS接收机时仅处理来自4颗卫星的距离,得到运动体的位置。在某一位置上,所选用的4颗GPS卫星的GDOP值,可能是,也可能不是最佳。在转发方案中,运动体视场内所有信息都转送到地面进行处理。来自所有卫星的宽带数据都加以记录,以便作事后处理。作节后分析时,可按最佳GDOP选择最有利的卫星,或处理视场内所有卫星的数据,得到最高精度。记录宽带数据的能力还带来另外一些重要的事后处理好处。在飞行试验之前,只能估计试验体的飞行动态。飞行体上接收机跟踪滤波器参数依此作调整。如果飞行体运动异常(试验飞行中完全有可能这样),接收机就有可能对卫星失锁,所有的TSPI数据都会丢失。如果用GPS转发器,在地面站记录所有卫星的数据,在事后分析中重放该数据,可根据实际飞行动态,将滤波器最佳化,不会丢失TSPJ数据。此外,还可由数据处理来填补丢失的数据。