GPS/INS组合导航系统的研制及飞行鉴定

把低成本捷联式惯性测量装置(IMU)和单通道P码全球定位系统(GPS)接收机加以组合可提供精确的导航解,并具有对飞行中IMU进行校准和对准的能力。这种组合系统利用惯性导航系统(INS)的速度来辅助GPS进行搜索和跟踪,而GPS的测量值用来估算IMU的误差。本文介绍了一种分离数据技术,这种技术可使GPS卡尔曼滤波器和INS卡尔曼滤波器不依赖卫星瞄准线伪距和距离变化测量值而独立工作。这个系统用GPS接收机和INS计算机各自的硬件为GPS或IMU单独导航提供了模块性和反向工作模式。当GPS接收机的工作周期小于四颗卫星的覆盖范围时,也用气压高度计数据来扩展它的工作范围。本文介绍了从YPG激光试验靶场得到的飞行数据。这些试验结果显示了期望的导航精度和转移对准能力。     

激光陀螺-GPS组合式导航系统

以霍尼韦尔公司的环形激光陀螺(RLG)为基础的惯性参考系统(IRS)和导航系统(LASERNAV)运行效果极佳,这两个系统特别适合运输机和商用飞机,因而被指定为机载标准设备。从标准定位局得知:GPS 可望1987年投入民用航空使用。因此,霍尼韦尔公司正针对空中运输和商业航空市场,准备筹建一条激光陀螺-GPS 组合式导航系统产品生产线。实际上,这种组合式导航系统是在完全保持GPS 和惯性参考系统各自功能的原则下,将它们组装在一个激光陀螺参考装置(LRU)内而成。本文将按航空电子设备的 ARINC700系列阐述这种组合式导航系统的组成部分及其系统结构。系统结构的基本特点是在保持原惯性参考系统完整性的同时,还能提供纯惯性、自主式 GPS 和受 GPS 约束的导航输出。本文介绍了GPS 接收机特点、框图和信息获取技术,导航滤波器算法(求解自主式 GPS 导航方程、GPS/惯性混合导航方程,以及惯性器件的校正数据)。还详细介绍了在 GPS自主工作模式中采用时钟校准和辅助高度控制技术,尽可能减少不良几何条件和卫星暗区的影响。文章对组合式导航系统中有关完整性监视系统的特殊结构以及美国航空管理局的鉴定情况也进行了讨论。     

防区外发射对陆攻击导弹的GPS/INS组合制导系统

详细阐述了防区外发射对陆攻击导弹(SLAM)所采用的全球定位系统(GPS)/惯性导航系统(INS)电子设备和软件的组合方法,并说明导致采用这种方法的设计权衡。独具特色的SLAM GPS/INS电子设备构型是由巳有的捕鲸叉导弹的中段制导装置(包括捷联式惯性传感器组件和数据处理器)与洛克韦尔—柯林斯公司的单通道,顺序式GPS接收机处理器单元综合而成的。接收机处理器单元不仅包括GPS接收机,还包括执行SLAM导航任务和卡尔曼滤波算法及其它制导算法(包括导引头瞄准)的导航处理器。还介绍了SLAM的GPS辅助INS系统的飞行试验结果。     

GPS/IRS组合式导航系统的设计方法

安装在商用惯性基准系统(IRS)里的GPS接收机样机的研制与试验目前已经完成。1986年的飞行试验验证了机动飞行时的动态性能、在低信噪比环境下的工作情况、以及使用BIOCK I GPS卫星,典型精度为20～30m,卫星仰角为零度时的工作情况。还验证了高度和时钟辅助的作用。用GPS与IRS组合设计方法克服了惯性系统许多公认的缺点(包括无界位置误差和自动驾驶仪的初始化)以及单独的GPS的缺点(例如不良的卫星轨道几何关系,动态噪声和卫星遮拦)。本文阐述GPS/IRS组合在一起的优点以及设计方法,本文还总结了GPS接收机样机的一些试验结果。     

INS辅助的GPS接收机快速捕获技术研究

GPS信号的快速捕获是设计高动态GPS接收机所必需解决的一项关键技术。在高动态环境下,载体和GPS卫星之间的高速运动使信号产生很大的多普勒频移,同时由于频域带宽的增加,使频域搜索点的个数增多,给接收机快速捕获带来了困难。在分析了传统捕获方法的基础上,研究了在惯性信息辅助下进行快速捕获的方法,结果表明在高动态环境下采用惯性信息辅助GPS接收机捕获的方法可以明显的减少接收机捕获的时间,提高接收机的捕获性能。     

一种惯性/GPS伪距/伪距率组合导航算法

紧组合技术是当前惯性/卫星组合导航技术的发展趋势,而惯性/卫星伪距/伪距率组合导航算法是紧组合技术的基本算法。本文提出了一种惯性/卫星伪距/伪距率的组合导航算法的实现方法,并采用惯导和接收机的动态数据进行了离线仿真,仿真结果表明,本文提出的伪距/伪距率的组合导航算法直接采用接收机测量的伪距、伪距率信息作为观测量,能够准确估计惯导误差,消除了量测输入的相关性问题,尤其是在GPS卫星数为2时仍能保持较高的导航精度,为惯性/卫星紧组合技术的进一步研究奠定了基础。     

一种惯性/GPS伪距/伪距率组合导航算法

紧组合技术是当前惯性/卫星组合导航技术的发展趋势,而惯性/卫星伪距/伪距率组合导航算法是紧组合技术的基本算法.本文提出了一种惯性/卫星伪距/伪距率的组合导航算法的实现方法,并采用惯导和接收机的动态数据进行了离线仿真,仿真结果表明,本文提出的伪距/伪距率的组合导航算法直接采用接收机测量的伪距、伪距率信息作为观测量,能够准确估计惯导误差,消除了量测输入的相关性问题.尤其是在GPS卫星数为2时仍能保持较高的导航精度,为惯性/卫星紧组合技术的进一步研究奠定了基础.     

INS/GPS技术趋势

集中讨论了惯性器件、GPS、INS／GPS组合系统的精度、技术发展趋势以及对干扰的一些思考,这些技术将促成精度优于1m的导航系统。在惯性器件方面,介绍了主流的惯性器件技术,预测了未来的惯性器件及惯性导航系统的发展,阐述了计划中的GPS精度增强措施,描述了INS／GPS深组合的趋势,探讨了其组合互补优势,枚举了几个干扰影响的实例并介绍了有望提高系统鲁棒性的一些技术的发展趋势。     

美国在一体化INS/GPS系统方面的研制情况

目前,世界各国正在评估将包含有插件式全球定位系统(GPS)接收机的惯性导航系统(INS)应用于飞机、导弹、陆地车辆及舰艇的可能性。一体化INS/GPS系统将INS固有的高频带、低噪声性能和GPS接收机的低频带、精确测距性能组合在一起。将性能互补的传感器组合得到的单一线路可更换装置不仅性能优于各个分系统,而且总尺寸、总质量、总功耗及采购和保障成本都降低了.     

军用系统GPS／INS的发展趋势

本文重点讲座军用平台和武器系统用的惯性传感器、GPS精度及GPS／INS组合的技术发展趋势,其中包括干扰问题,这将使得未来GPS的精度达1m。就惯性传感器而言,描述了军用系统将要应用的传感器技术,它们是：光纤陀螺、硅微机械陀螺、振梁速度计及硅微机机械加速度度。描述了未来几十年内军用惯性传感仪表领域及惯性系统的概鉴,给出了GPS系统的规定精确和目前的实测精度。同时也包括：由于各段广域GPS增强（WAGA）的顺利实现、中际卫星测距及“全视野”跟踪,计划之中精度的提高。讨论了相关GPS及差分GPS的应用,描述了紧耦合GPS／INS的技术趋势（其中采用惯性传感信息辅助码环与载波跟踪环）,并利用了两者的协同益处。描述了干扰效应的一些实例,给出了提高系统抗干扰能力期望采用的技术趋势。     

GPS接收机同现有惯导系统组合

目前正在使用许多平台型和环形激光捷联型惯性导航系统(INS)。本文讨论在这些系统中装一个小型GPS接收机的必要性和可能性。微处理机、门阵列和面安装装置等技术上的进展可使现有的NIS电子线路置于一个缩小的空间中。在许多情况下,剩下的空间足可装进一个小型的GPS接收机。在INS中配置GPS接收机能解决常用系统的许多组合问题。由于数据等待时间短和良好控制,能实现GPS和INS之间的紧密配合。在这样的结构中,容易实现GPS的速率辅助。因为GPS和INS的所有数据可同时使用,所以这个方法也可导致适应性和整个性能的提高。虽然组合INS/GPS的方法没有增加重复度,但确实可以提高性能,简化结构。我们的讨论主要集中于军事系统。不过,所荐用的技术也适用于工业设备。     

GPS接收机抗干扰技术研究

GPS能在全球范围内提供精确的位置、速度和时间信息，在军事和民用领域发挥着极其重要的作用。本文在分析GPS接收机干扰技术的基础上，对各种GPS接收机的抗干扰技术进行了介绍和比较，并对未来GPS接收机抗干扰技术的发展趋势进行了简述。     

用于精确打击的一种DoD优化的全球DGPS

低成本、全天候、且不需要昂贵的基于导引头制导的精确打击武器投放,对美国国防部(DoD)来说是感兴趣的.本文给出了基于军用型差分全球定位系统(DGPS)的概念,它提供潜在的亚米级、基于GPS的导航精度.这种DGPS概念的主要特征能使基准接收机/用户的间隔超过1000nmi(海里),且修正延迟为30min或更多.这项技术能使GPS系统实现亚米级的精密定位服务(PPS)精度.本文给出了一种长基线(2000nmi)DGPS实验的概念及可行性演示结果.同时,也给出了用于广域美国大陆DGPS网络的应用情况,包括四个授权的GPS基准接收机地点以及网络修正精度测量.联合直接攻击弹药(JDAM)项目对这种概念的研发和演示提供了机会。实际上，这项技术能用于任何一种 授权的GPS接收机.     

美军加紧研制新型GPS接收机

美军装备“轻型精确GPS接收机”(PLGR)已有10年时间了,随着科技的飞速发展,这种型号的GPS接收机已日渐“衰老”,为此美军正在加紧开发一种更先进的机型——“国防高级GPS接收机”(DAGR,见图),用于替换目前大量装备的PLGR接收机。如果计划进展得顺利的话,2004年下半年这种新型接收机就能投入小批量生产并开始装备部队。与PLGR接收机相比,DAGR接收机主要有如下特点:     

用于精确打击的一种DoD优化的全球DGPS

低成本、全天候、且不需要昂贵的基于导引头制导的精确打击武器投放，对美国国防部(DoD)来说是感兴趣的。本文给出了基于军用型差分全球定位系统(DGPS)的概念，它提供潜在的亚米级、基于GPS的导航精度。这种DGPS概念的主要特征能使基准接收机／用户的间隔超过1000nmi(海里)，且修正延迟为30min或更多。这项技术能使GPS系统实现亚米级的精密定位服务(PPS)精度。本文给出了一种长基线(2000nmi)DGPS实验的概念及可行性演示结果。同时，也给出了用于广域美国大陆DGPs网络的应用情况，包括四个授权的GPS基准接收机地点以及网络修正精度测量。联合直接攻击弹药(JDAM)项目对这种概念的研发和演示提供了机会。实际上，这项技术能用于任何一种授权的GPS接收机。     

GPS系统仿真和软件GPS接收机的研究

文中介绍了由MATLAB实现的GPS系统仿真和软件GPS接收机的研究.GPS系统仿真包括对GPS卫星轨道、GPS测距码(CA码)及其扩频传输、电离层和对流层导致的噪声、GPS信号的捕获和跟踪过程等各个关键环节的仿真;软件GPS接收机由现有实验室器件构成,能根据存贮的数字化GPS信号进行非实时定位.     

德国试飞反雷达无人机

德国航空航天公司1992年12月在德国军方的梅彭试验场成功地对反雷达无人机的飞行-制导系统进行了飞行试验。这种无人机采用三角翼,双冲程发动机,螺旋浆驱动。制导系统是一个多传感器的多处理系统,传感器包括光纤转弯速率传感器、磁强计、飞行数据传感器和GPS接收机。在150km的飞行航程中,质量     

具有插件式GPS接收机的惯导系统

美国国防部已经收到杭尼韦尔公司的首批具有插件式GPS接收机的惯导系统(INS)。这种INS加插件式GPS的组合据认为是第一种适合军用的装置。首批三个生产型装置的实验室和车载试验已于1992年     

实现火箭弹空间定位的GPS工作平台动力学仿真

全球定位系统(GPS)可以实现全球、全天侯连续导航定位,为用户提供高精度的三维空间位置(海拔高度、经度及纬度)及精确的时间信息。利用 GPS 系统测量火箭弹的空间位置坐标,其误差与飞行距离无关,其精度是简易惯性陀螺无法比拟的。文中提出了在旋转火箭弹上使用 GPS 的一种新的方案,并通过系统仿真,证明这种方案是可行的。     

发射系下SINS/GPS 组合导航系统的算法研究

基于地理坐标系下的传统捷联惯性导航系统无法直接获取发射系下的导航参数,难以满足空天飞行器等高轨道飞行器对高精度、高可靠性导航系统的需求,研究了发射系下捷联惯性导航算法.搭建了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的SINS/GPS组合导航模型,传感器获取的导航量测信息直接在发射系下进行捷联惯导解算,为飞行器等提供位置、姿态等信息.采用STM32、XSENS惯性器件和GPS接收机构建相应的算法验证平台.实验结果表明:发射系下的SINS/GPS组合导航系统能提供较高的导航精度,从而验证了发射系下的SINS/GPS组合导航系统算法的正确性与合理性.