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  • 【产品讲堂_手持GPS】GPS在部队基地的应用
 
发布者:天脉导航  发布日期:2011年10月15日
 
【天脉导航全球咨询】GPS系统具有高精度定时、定位和测速能力,使其在军用和民用部门得到了广泛的应用。正如有人所说,GPS的应用只受人们想象力的限制。在靶场和航天测控领域,GPS的应用前景十分广泛,该系统与常规的靶场测控系统、时间系统相比具有独特的优点,如全天候工作,覆盖范围大,可观测时间长,布站几何好,用户设备简单,成本低廉等,所以在航天测控和靶场领域积极推广应用GPS系统,必将取得满意的社会效益和显著的经济效益,推动航天测控和靶场技术的发展,大大提高我国的航天测控水平。
GPS的应用领域
  多年来,我们在GPS应用技术方面作了大量的工作,为拓宽GPS在测控领域和靶场试验方面的应用进行了积极的探索和尝试,我们认为,GPS在靶场和测控领域的应用是十分广阔的,主要有如下几个方面:
  1导弹跟踪测量
  导弹试验与鉴定需要实时跟踪测量其飞行弹道,实时提供一定精度的弹道数据作为安控和指显信息源,事后提供精度较高的弹道,用于射击精度评估和误差系数的分离。目前,靶场常用外测系统无论用增加测量站或改善测量几何还是从提高测量设备的精度着手来提高弹道精度都已不可能取得明显效果,而且像巡航导弹这种远程低飞目标的高精度弹道测量,现有的靶场测控系统更是无能为力。但利用GPS系统的独特能力,则可以方便地实现这些目标的跟踪测量要求。GPS系统在导弹试验中可采用两种结构方案。
  a)多通道高动态FGPS接收机
  导弹上装有一台多通道的GPS接收机,同时接收4颗以上GPS卫星信号,得到目标到GPS卫星的伪距及其变化率,并解调导航电文,解算出弹道数据。这些数据可能通过遥测送到地面站。
  b) L-S频段转发器
  在导弹上装一个L/S波段变频转发器,接收从视场内各GPS卫星来的信号,变换到S波段后通过遥测信道转发到地面接收站,在地面完成信息解调和目标位置、速度的计算。在导弹试验中,为了得到高精度测量数据,必须在地面设差分基准站。
  2 中、低轨卫星的轨道测量
  卫星装GPS接收机,测量其位置、速度,可得到卫星轨道数据。根据不同卫星的轨道精度要求,星上可装多通道接收机,同时接收4颗以上卫星信号,实时单点定位测速及定轨,结合动力学方程确定轨道。并视精度要求和数据传输的条件,选择是否建立实时差分系统,以提高定轨精度。
  3 航天器的轨道测量及返回控制
航天器上装多通道GPS接收机,不但可以完成航天器的上升段、飞行段、返回段轨道测量及自主导航,还可完成航天器的返回控制,即GPS和制导系统相结合,修正制动点的航天器位置,保持航天器返回着陆的精度。
  4 航天器的交会对接
  航天器上装多通道GPS接收机,提取GPS信号的载波相位,可获得厘米级的位置精度,在航天器的各部位设置多付天线,测量各天线的位置,便可从位置参数得航天器的姿态角,从而为航天器空中对接提供必需的姿态数据。
  5 靶场多目标测量
  GPS系统发射测距、测速信号,用户被动接收该信号完成测速定位,而无需发射信号,所以,从原理上说,用户数目无限,利用这一特性,只需解决目标上装载的接收机(或转发器)到地面的数据传输问题,便可解决多目标的精密跟踪测量问题。
  6 大地精确位置确定
  GPS的高精度定位能力给高精度的大地测量带来了一场变革。靶场要求的大地测量精度是厘米量级的,双频接收机或无码接收机采用载波相位测量技术,可为大地测量提供精确值,GPS大地测量系统正在或已为测控点站的位置测定提供十分满意的测量结果。在我委,导弹落点位置的事后精密勘测,远洋测量船位置的精确提供均已采用简单的L1(C/A码)GPS测量系统来完成。
  7 测量设备的精度鉴定
  由于GPS信号载波相位定位精度达到厘米量级,测速精度达到每秒厘米量级,完全可以用于靶场测量设备的精度鉴定,取代多年来以光学设备作为比较标准的手段,且不受气候条件限制,可大缩短鉴定的时间,有效地控制鉴定周期,提高精度鉴定的效费比。利用GPS系统作为靶场测量设备标校的基准,有可能取消高塔的建造,这种方法特别适用于不具备建塔的场合,如远洋测量船上测量设备的标校。
  8 高精度的时频基准
  GPS系统实际上是一个处于20000km高空的高精度的空中时钟,可提供大范围覆盖的高精度的时、频信号。GPS卫星上装有高精度的原子频标,频率稳定度高达10-13,并且几个GPS系统的地面监测站不断地校正它的精度。因此,它可以随时提供准确的频率标准。接收GPS系统卫星的信号代替靶场现用的长波校频手段,精度可达10-12,而且操作要简单得多,几乎不必要专门的操作人员,设备费用也较低。GPS系统时间与世界协调时不同,世界协调时在每年末都要通过调秒进行周期性校正,GPS系统时间不作这种校正,所以能连续导航。GPS系统时间和UTC时间保持150ms的同步精度,GPS系统中各卫星之间的时间同步精度达5ns。站址已知的用户,利用简单的单通道GPS接收机,接收一颗GPS卫星的L1(C/A码)信号,即可得到时间信号。单站接收单颗卫星时,时间同步精度达100ns;两站先后接收同一颗GPS卫星时,精度优于50ns。现有陆上靶场接收陕西天文台的长波信号时,同步精度为20us左右。陆上和海上的时间同步精度为数毫秒。随着武器试验对测量要求的提高和新测量体制的研制(如GPS多目标测量体制,多站脉冲雷达测量体制)对时间精度的要求越来越高,GPS系统的毫微秒定时能力是十分适用的时间同步手段。我委有的基地已配有GPS定时接收机,完成高精度的定时任务。
  9 高精度测量数据的电离数据的电离误差校正
  在高精度弹道测量或高精度定轨的场合,电离层误差的影响一定要进行修正。一般为了探测高空电离层的影响程度以提供修正数据,目标上需要安装探测信标及其大天线(因为频率低)地面配若干接收站实时测量电离层的电子密度或电子含量,特别当目标尺寸小而无法安装大天线时,这种测量往往成为不可能。用GPS系统,弹上不需要装任何设备,只需地面配多通道GPS接收机,便可直接测量电离层的电子总含量,其精度为1个电子含量,既精确又简单,确实是获取空中电子含量的一种适用手段。在基地,二十二所已用进口的八通道无码接收机,为高精度设备的电离层修正提供了电子总含量数据。
  10 常规武器和电子靶场
  在常规与电子靶场弹、箭的轨迹测量,模拟目标(如各类飞机和无人机)的轨迹测量及电子对抗中多目标测量领域,利用与前面相似的方法,均可取得良好的效果,因此,GPS在这些场合同样有着广阔的应用前景。  
 
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