GPS与INS的运用.pptVIP

GPS/INS的运用 一、进行GPS/INS组合的必要性 GPS是当前应用最为广泛的卫星导航定位系统，使用方便、成本低廉，其必威体育精装版的实际定位精度已经达到5米以内。但是GPS系统军事应用还存在易受干扰、动态环境中可靠性差以及数据输出频率低等不足。 　　INS系统则是利用安装在载体上的惯性测量装置（如加速度计和陀螺仪等）敏感载体的运动，输出载体的姿态和位置信息。INS系统完全自主，必威体育官网网址性强，并且机动灵活，具备多功能参数输出，但是存在误差随时间迅速积累的问题，导航精度随时间而发散，不能单独长时间工作，必须不断加以校准。 　　将GPS和INS进行组合可以使两种导航系统取长补短，构成一个有机的整体。 二、GPS/INS组合制导技术在现代战争中的广泛应用 目前，以美国“战斧”巡航导弹为代表的对地攻击导弹中制导方式仍然是惯导+辅助导航系统。由于美国军用GPS具有相当高的精度并且使用方便，美国和其它一些西方国家都在中制导段采用GPS作为惯导的辅助导航系统而不再采用地形匹配。此外，许多新型制导武器如洛马公司研制的“联合防区外空地导弹”（JASSM）和波音公司制造的“联合直接攻击弹药”（JDAM）等均依靠GPS/INS进行高精度制导。 　　以JDAM为例，它是将现有库存的普通炸弹加装GPS/INS制导的尾部组件而改成的全天候制导弹药，其惯导部分采用了一种小型激光陀螺仪。JDAM在投放前由载机的航空电子系统不断修正。一旦投放，炸弹的GPS/INS系统将接管载机航空电子系统的工作，并引导炸弹飞向目标，而不受天气情况的影响。制导通过一个精确的GPS部件和一个三轴INS部件的密切配合实现。制导控制部件在GPS辅助INS操作模式和INS单一操作模式都提供了精确制导。 　　以上这些武器比飞机更接近干扰机，所面临的干扰强度比发射导弹的飞机要严重得多。GPS/INS组合制导系统能识别干扰信号的存在，并在较短的时间内以较小的制导误差进行精确制导。 　　一体化GPS/INS组合制导不仅提高了武器系统的可靠性，而且精度也高，通常其圆概率误差在10~13米之间，而单独使用GPS制导的精度约为15米。 三、GPS/INS组合制导技术的发展趋势 美国计划通过增强卫星发布信号的功率、增强星上处理能力、改进星上原子钟和星历外推算法来提高卫星自主工作能力。增加发射3个新的信号：一是高功率点波束军用M码，信号的增益将比GPS发射机当前采用的增益高得多，具备比P码更强的安全必威体育官网网址性；二是将C/ A码加载在L2载波上，原来加载在L1载波上的C/ A码继续保留；三是L5码，用作生命安全信号，仅供民用。未来的GPS卫星能用两个频段发布两种军用导航码，在实战中可以构成4种工作模式，从而可以大大提高抗干扰的能力。同时，卫星能在短时间内自主运行120天。另外，根据美国空军公布的2025年长期规划，美国还计划在GPS卫星上安装后向天线，用于向高轨空间发布导航定位信息和使高轨卫星自主运行。目前，美国军方的GPS联合计划办公室正在研究GPS 3型卫星的设计方案。 　　为了进一步提高性能，今后美国还将在飞机、船只、地面车辆和武器上使用更复杂的GPS接收机。现役C/A码的长度只有1023比特，以50比/秒的速度进行逐个有哪些信誉好的足球投注网站，仅需20.5秒，易被敌方破译。P码长度约为2. 35×1014比特，需267天才重复一次，完成一次捕获时间较长，安全性较好。但是，现役军用P码接收机是通过C/A码引导才完成P码捕获的，因而容易受C/A码状态的影响。为此，美军方正在研制能独立捕获P码的军用接收机。此外，美国军方还在研制空间分集型接收机、调零型接收机和波束成形型接收机等抗干扰军用码接收机，以通过改进接收机的性能来提高接收机的抗干扰能力。 四、数据融合技术将进一步提高GPS/INS组合制导的性能 GPS/INS两者组合的关键器件是作为两者的接口并起数据融合作用的卡尔曼滤波器。为了提高导航精度，目前普遍应用卡尔曼滤波技术来最优地组合各导航系统的信息，估计出导航系统的误差状态，再用误差状态的最优估计值去校正系统。但是，系统的状态方程是时变的，而且状态转移矩阵中含有导航信息及惯性元件测量值，这些含有误差的参数使得滤波器模型不准确。另外，很难精确地估计或测定系统噪声与观测噪声，所以采用常规卡尔曼滤波器时常常会发散。为了解决这个问题，研究人员正在研究新的数据融合技术。例如采用自适应滤波技术，在进行滤波的同时，利用观测数据带来的信息，不断地在线估计和修正模型参数、噪声统计特性和状态增益矩阵，以提高滤波精度，得到对象状态的最优估计值。 　　此外，如何将神经网络人工智能、小波变换等各种信息处理方法引入以GPS/INS组合制导为核心的信息融合技术正在引起人们的高度重视。这些新技术一旦研制成功，必将进一步提