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GPS制导的应用

发布时间:2019-07-13 22:35 来源:未知 编辑:admin

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  经过20余年的实践证明,GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。 GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。

  导弹,其得名来源于它是能“自动导向目标的弹”,因此能自己奔着目标去是导弹的根本特点。实现这个特点主要得靠导弹制导系统。导弹制导系统是导引和控制导弹按选定的导引规律飞向目标的全部装置和软件的总称,也称导弹导引和控制系统。 三维导航是GPS的首要功能,飞机、轮船、地面车辆以及步行者都可以利用GPS导航器进行导航。汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来的一门新型技术。汽车导航系统由GPS导航、自律导航、微处理机、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器、LCD显示器组成。GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络、计算机车辆管理信息系统相结合,可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能。

  研究表明,理想的导弹制导系统应满足如下要求:全球覆盖;高的相对精度和绝对精度;对高动态载体具有良好的实时适应能力;能够提供三维位置、三维速度和姿态数据;工作不受外部环境影响;具有抗人为和非人为干扰的能力;不被他方利用;可供我方广大用户使用;能随时、自主地进行故障检测和故障排除;高的可靠性;与现行机载设备的规范要求相符;价格适中,为广大用户所接受等等。目前,导弹制导系统大都采用惯性制导系统(INS),这种系统由于存在误差随时间而积累的固有缺点,所以很难满足高精度、高可靠性等制导系统的要求。研究表明,在影响导弹制导精度的误差因素中,惯导仪表的测量误差是主要误差源。鉴于制导系统的要求以及惯导系统的固有缺陷,目前提高制导系统精度一般有两条途径:采用新的制导系统和完善现有的惯导系统。

  采用新的制导技术是制导领域一直关注的问题,随着GPS这一全球卫星定位系统的建成,基于GPS系统的新型制导系统可以较好地满足导弹制导的诸项要求,用GPS制导系统来替换现有的惯导系统,实现导弹的长距离、高精度制导已引起越来越多的关注。

  用高动态GPS接收机进行导弹制导需要解决的两个关键问题是:GPS全向天线的研究和基于GPS技术的导弹姿态测量方法研究。这两项研究已有所突破,这里不再赘述。图2是基于高动态GPS接收机的导弹制导系统组成框图。其基本工作原理是:由GPS接收机测量出导弹的实时位置并与存储在程序装置中的预定轨道参数进行比较和计算综合,然后通过姿态控制系统控制弹体运动;而导弹的姿态信息也通过GPS接收机实时监测,并适时控制导弹进行调整,整个制导系统是一个闭环系统,最终将导弹引向目标。

  完善现有的惯导系统就必须减小惯导仪表的工具误差。目前通过提高惯导仪表质量而减小工具误差的方法越来越困难;而采用组合制导技术来修正工具误差的方法周期短、成本低,随着GPS技术的出现,这种方法越来越受到重视。

  普通的GPS接收机在高动态环境不易捕获和跟踪信号,甚至产生整周跳变现象;而惯导系统可实时提供多种导航信息,但其导航误差会随时间而积累,影响制导效果。GPS/INS组合制导系统使得新系统既具有惯导系统较高的相对精度,又具有GPS较高的绝对精度,并容易提供载体的姿态信息。用GPS连续提供的高精度位置和速度信息可以估计和校正惯导系统的位置误差、速度误差,从而显著提高惯导系统的定位精度;而借助惯导系统的加速度计速率信息,可改善GPS接收机的动态性能,使GPS接收机能够在高动态环境快速捕获和重新捕获卫星信号。因此,GPS和INS的组合可以构成真正理想的制导系统。惯导与GPS的组合方式一般可以分为两大类:重调式和卡尔曼滤波方式。

  重调式是简单的组合方式。实质上,这种组合只是GPS向惯导单方向的校准,虽然有简单、易于实现的优点,但组合的潜能远没有发挥出来。

  在卡尔曼滤波方式中采用了组合导航滤波器(实质上是一种卡尔曼滤波器),通过估计惯导仪表的误差改善惯导系统的定位精度;如果惯导的速率数据作为GPS接收机码跟踪环路和载波跟踪环路的辅助信息,在高动态环境下可降低GPS接收机对动态信号跟踪能力的要求,从而提高抗干扰性能。另外,当因干扰和姿态变化丢失了GPS信号,此组合方式还具有快速重捕能力。图3为典型的GPS/INS组合系统的结构图。

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