GPS在航天技術(shù)中的應(yīng)用
發(fā)布日期: 2009-6-10 信息來(lái)源: 網(wǎng)上摘錄 作者: 衛(wèi)通達(dá)
1.應(yīng)用方向
(1)導(dǎo)航定位一般來(lái)講，如果把導(dǎo)航與定位相區(qū)別的話，其精度要求相對(duì)較低一些。
(2)高精度靜態(tài)定位應(yīng)用載波相位測(cè)量技術(shù)，測(cè)定兩點(diǎn)間相對(duì)位置精度可達(dá)10-7～10-8。
(3)高精度動(dòng)態(tài)定位GPS動(dòng)態(tài)定位，具有用戶多樣、速度多異、定位 實(shí)時(shí)、數(shù)據(jù)短時(shí)、精度多變等特點(diǎn)。一般將GPS動(dòng)態(tài)定位分為三級(jí)，以滿足不同需求：
·低精度動(dòng)態(tài)定位，定位精度100米，測(cè)速精度1米/秒；
·中精度動(dòng)態(tài)定位，定位精度5～10米，測(cè)速精度0.1米/秒；
·高精度動(dòng)態(tài)定位，定位精度0.1～0.5米，測(cè)速精度0.01米/秒。
(4)精密授時(shí)GPS時(shí)與協(xié)調(diào)世界時(shí)是同步的，因此GPS是當(dāng)今精度最高的全球授時(shí)系統(tǒng)，用于遠(yuǎn)距離時(shí)間同步可達(dá)納秒級(jí)精度，并具有設(shè)備簡(jiǎn)單、全球覆蓋、全天候的特點(diǎn)。
(5)飛行器姿態(tài)測(cè)量在飛行器的適當(dāng)位置上安裝多副天線，用GPS測(cè)定各天線的精確位置，從而可確定飛行器的姿態(tài)。
(6)GPS與其他系統(tǒng)組合
· GPS同慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)組合GPS定位的長(zhǎng)期準(zhǔn)確性與INS短期準(zhǔn)確性和自主性相結(jié)合是一種完美的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。
·GPS與GLONASS(前蘇聯(lián)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))的組合系統(tǒng)可不受某一衛(wèi)星系統(tǒng)的限制，提高使用的可靠性。
2應(yīng)用舉例
(1)GPS在導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)發(fā)射陣地快速定位、定向中的應(yīng)用為了真正做到在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中有效地保存自己，同時(shí)又準(zhǔn)確地打擊敵人，實(shí)施導(dǎo)彈武器的機(jī)動(dòng)發(fā)射已成為導(dǎo)彈作戰(zhàn)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)施導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)發(fā)射，從保障方面來(lái)說(shuō)，首先要解決的一個(gè)問(wèn)題就是發(fā)射陣地的快速定位、定向，其定位、定向速度的快慢和精度的高低將直接影響導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)發(fā)射的速度及命中目標(biāo)的效果。
目前，追求快速、高精度正是GPS技術(shù)研究的一個(gè)重要方向，已經(jīng)有許多成熟的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)。應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行發(fā)射陣地的快速定位、定向具有精度高、設(shè)備簡(jiǎn)單、時(shí)間短且不受限制的特點(diǎn)，已成為極有可能取代常規(guī)保障方法的一種手段。
(2)GPS在測(cè)量設(shè)備精度標(biāo)校中的應(yīng)用
航天試驗(yàn)中各類(lèi)測(cè)量設(shè)備(光學(xué)、無(wú)線電等)在執(zhí)行任務(wù)前，必須經(jīng)過(guò)精確的精度測(cè)定才能確保其性能和精度。目前，各種測(cè)量設(shè)備的精度校準(zhǔn)和鑒定往往采用飛機(jī)校飛的方法，用更高精度的設(shè)備如彈道攝影儀等作為校準(zhǔn)設(shè)備，同步跟蹤測(cè)量目標(biāo)，以校準(zhǔn)設(shè)備的結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鑒定。這種體制的主要困難是彈道攝影儀等光學(xué)設(shè)備只能做固定點(diǎn)的拍攝，測(cè)量距離有限，精度沒(méi)有保證，并且設(shè)備龐大，組織工作復(fù)雜，費(fèi)用高。同時(shí)，隨著測(cè)量設(shè)備本身精度的提高，選擇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備更加困難。
若校飛時(shí)在飛機(jī)上裝上動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)，用GPS高精度動(dòng)態(tài)定位技術(shù)精確確定接收機(jī)天線相位中心任意時(shí)刻的動(dòng)態(tài)位置，經(jīng)過(guò)一定算法折算為測(cè)量設(shè)備與被測(cè)目標(biāo)之間的相對(duì)位置，用它作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)和鑒定，不但可以達(dá)到很高的精度，而且克服了原有體制復(fù)雜、不靈活等缺點(diǎn)。
(3)GPS在航天器姿態(tài)和軌道確定中的應(yīng)用
作為空間固態(tài)GPS姿態(tài)和軌道確定的GPS接收機(jī)，可為航天器制導(dǎo)及控制提供位置、速度、姿態(tài)、姿態(tài)角速率和時(shí)間等多個(gè)輸出狀態(tài)。這種毋需地面觀測(cè)值和數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，必將取代傳統(tǒng)的測(cè)姿和地面軌道位置確定設(shè)備，實(shí)現(xiàn)航天器自主軌道確定和姿態(tài)確定。
GPS用于航天器的交會(huì)對(duì)接過(guò)程，就是這方面應(yīng)用的具體例子。航天器在空間完成交會(huì)對(duì)接是一項(xiàng)龐大的工程。從測(cè)量設(shè)備講，在交會(huì)對(duì)接過(guò)程中要求有大量準(zhǔn)確的測(cè)量信息。目前使用的各種空間測(cè)量設(shè)備、系統(tǒng)的性能各不相同，難以滿足整個(gè)交會(huì)對(duì)接過(guò)程中的所有測(cè)量要求，使得測(cè)量工作變得非常龐大、復(fù)雜。如果在目標(biāo)航天器與追蹤航天器上各安裝一臺(tái)GPS接收機(jī)，則交會(huì)對(duì)接的大部分階段的測(cè)量任務(wù)可由GPS完成。它具有測(cè)量準(zhǔn)確、精度高、不受時(shí)間限制、系統(tǒng)價(jià)格便宜、設(shè)備簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)航天器交會(huì)自主控制等優(yōu)點(diǎn)。
(4)GPS在時(shí)統(tǒng)設(shè)備中的應(yīng)用
時(shí)統(tǒng)設(shè)備是航天和武器試驗(yàn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，它作為靶場(chǎng)測(cè)量的時(shí)間統(tǒng)一勤務(wù)，負(fù)責(zé)向測(cè)量、控制系統(tǒng)的各種設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，保證整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)在統(tǒng)一的時(shí)間尺度下工作。
目前我國(guó)使用的時(shí)統(tǒng)設(shè)備存在結(jié)構(gòu)龐大、使用不夠簡(jiǎn)便的缺點(diǎn)，利用GPS可進(jìn)行高精度全球授時(shí)的特點(diǎn)，各站把各自GPS接收機(jī)輸出的時(shí)間信號(hào)取出，修正成試驗(yàn)所用的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，便可使各站時(shí)間統(tǒng)一，精度可達(dá)納秒級(jí)。 GPS用于時(shí)統(tǒng)系統(tǒng)，具有經(jīng)濟(jì)、靈活、使用簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。
(5)GPS在巡航導(dǎo)彈制導(dǎo)中的應(yīng)用
GPS／INS組合系統(tǒng)可用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、戰(zhàn)斗機(jī)導(dǎo)航等軍事目的。美國(guó)的遠(yuǎn)程地面攻擊導(dǎo)彈己采用GPS／INS組合系統(tǒng)作為制導(dǎo)。1991年1月16日，美國(guó)向伊拉克投下了35枚GPS／INS組合制導(dǎo)的CALCM巡航導(dǎo)彈，事后軍方確定這次行動(dòng)的目標(biāo)命中率達(dá)到85％～91％，有幾枚導(dǎo)彈準(zhǔn)確命中目標(biāo)。
(6)GPS用于外彈道測(cè)量
GPS應(yīng)用于導(dǎo)彈試驗(yàn)靶場(chǎng)外彈道測(cè)量，既可以實(shí)時(shí)測(cè)定導(dǎo)彈的位置和速度，又可經(jīng)事后處理得到精確的彈道參數(shù)，同時(shí)可獲得準(zhǔn)確的時(shí)間信息，并且能夠克服目前無(wú)線電測(cè)量系統(tǒng)在跟蹤方面的很多不利條件，是一種有生命力的外測(cè)手段，比現(xiàn)有靶場(chǎng)外測(cè)技術(shù)成本低、技術(shù)先進(jìn)。
(1)導(dǎo)航定位一般來(lái)講，如果把導(dǎo)航與定位相區(qū)別的話，其精度要求相對(duì)較低一些。
(2)高精度靜態(tài)定位應(yīng)用載波相位測(cè)量技術(shù)，測(cè)定兩點(diǎn)間相對(duì)位置精度可達(dá)10-7～10-8。
(3)高精度動(dòng)態(tài)定位GPS動(dòng)態(tài)定位，具有用戶多樣、速度多異、定位 實(shí)時(shí)、數(shù)據(jù)短時(shí)、精度多變等特點(diǎn)。一般將GPS動(dòng)態(tài)定位分為三級(jí)，以滿足不同需求：
·低精度動(dòng)態(tài)定位，定位精度100米，測(cè)速精度1米/秒；
·中精度動(dòng)態(tài)定位，定位精度5～10米，測(cè)速精度0.1米/秒；
·高精度動(dòng)態(tài)定位，定位精度0.1～0.5米，測(cè)速精度0.01米/秒。
(4)精密授時(shí)GPS時(shí)與協(xié)調(diào)世界時(shí)是同步的，因此GPS是當(dāng)今精度最高的全球授時(shí)系統(tǒng)，用于遠(yuǎn)距離時(shí)間同步可達(dá)納秒級(jí)精度，并具有設(shè)備簡(jiǎn)單、全球覆蓋、全天候的特點(diǎn)。
(5)飛行器姿態(tài)測(cè)量在飛行器的適當(dāng)位置上安裝多副天線，用GPS測(cè)定各天線的精確位置，從而可確定飛行器的姿態(tài)。
(6)GPS與其他系統(tǒng)組合
· GPS同慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)組合GPS定位的長(zhǎng)期準(zhǔn)確性與INS短期準(zhǔn)確性和自主性相結(jié)合是一種完美的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。
·GPS與GLONASS(前蘇聯(lián)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))的組合系統(tǒng)可不受某一衛(wèi)星系統(tǒng)的限制，提高使用的可靠性。
2應(yīng)用舉例
(1)GPS在導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)發(fā)射陣地快速定位、定向中的應(yīng)用為了真正做到在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中有效地保存自己，同時(shí)又準(zhǔn)確地打擊敵人，實(shí)施導(dǎo)彈武器的機(jī)動(dòng)發(fā)射已成為導(dǎo)彈作戰(zhàn)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)施導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)發(fā)射，從保障方面來(lái)說(shuō)，首先要解決的一個(gè)問(wèn)題就是發(fā)射陣地的快速定位、定向，其定位、定向速度的快慢和精度的高低將直接影響導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)發(fā)射的速度及命中目標(biāo)的效果。
目前，追求快速、高精度正是GPS技術(shù)研究的一個(gè)重要方向，已經(jīng)有許多成熟的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)。應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行發(fā)射陣地的快速定位、定向具有精度高、設(shè)備簡(jiǎn)單、時(shí)間短且不受限制的特點(diǎn)，已成為極有可能取代常規(guī)保障方法的一種手段。
(2)GPS在測(cè)量設(shè)備精度標(biāo)校中的應(yīng)用
航天試驗(yàn)中各類(lèi)測(cè)量設(shè)備(光學(xué)、無(wú)線電等)在執(zhí)行任務(wù)前，必須經(jīng)過(guò)精確的精度測(cè)定才能確保其性能和精度。目前，各種測(cè)量設(shè)備的精度校準(zhǔn)和鑒定往往采用飛機(jī)校飛的方法，用更高精度的設(shè)備如彈道攝影儀等作為校準(zhǔn)設(shè)備，同步跟蹤測(cè)量目標(biāo)，以校準(zhǔn)設(shè)備的結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鑒定。這種體制的主要困難是彈道攝影儀等光學(xué)設(shè)備只能做固定點(diǎn)的拍攝，測(cè)量距離有限，精度沒(méi)有保證，并且設(shè)備龐大，組織工作復(fù)雜，費(fèi)用高。同時(shí)，隨著測(cè)量設(shè)備本身精度的提高，選擇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備更加困難。
若校飛時(shí)在飛機(jī)上裝上動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)，用GPS高精度動(dòng)態(tài)定位技術(shù)精確確定接收機(jī)天線相位中心任意時(shí)刻的動(dòng)態(tài)位置，經(jīng)過(guò)一定算法折算為測(cè)量設(shè)備與被測(cè)目標(biāo)之間的相對(duì)位置，用它作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)和鑒定，不但可以達(dá)到很高的精度，而且克服了原有體制復(fù)雜、不靈活等缺點(diǎn)。
(3)GPS在航天器姿態(tài)和軌道確定中的應(yīng)用
作為空間固態(tài)GPS姿態(tài)和軌道確定的GPS接收機(jī)，可為航天器制導(dǎo)及控制提供位置、速度、姿態(tài)、姿態(tài)角速率和時(shí)間等多個(gè)輸出狀態(tài)。這種毋需地面觀測(cè)值和數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，必將取代傳統(tǒng)的測(cè)姿和地面軌道位置確定設(shè)備，實(shí)現(xiàn)航天器自主軌道確定和姿態(tài)確定。
GPS用于航天器的交會(huì)對(duì)接過(guò)程，就是這方面應(yīng)用的具體例子。航天器在空間完成交會(huì)對(duì)接是一項(xiàng)龐大的工程。從測(cè)量設(shè)備講，在交會(huì)對(duì)接過(guò)程中要求有大量準(zhǔn)確的測(cè)量信息。目前使用的各種空間測(cè)量設(shè)備、系統(tǒng)的性能各不相同，難以滿足整個(gè)交會(huì)對(duì)接過(guò)程中的所有測(cè)量要求，使得測(cè)量工作變得非常龐大、復(fù)雜。如果在目標(biāo)航天器與追蹤航天器上各安裝一臺(tái)GPS接收機(jī)，則交會(huì)對(duì)接的大部分階段的測(cè)量任務(wù)可由GPS完成。它具有測(cè)量準(zhǔn)確、精度高、不受時(shí)間限制、系統(tǒng)價(jià)格便宜、設(shè)備簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)航天器交會(huì)自主控制等優(yōu)點(diǎn)。
(4)GPS在時(shí)統(tǒng)設(shè)備中的應(yīng)用
時(shí)統(tǒng)設(shè)備是航天和武器試驗(yàn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，它作為靶場(chǎng)測(cè)量的時(shí)間統(tǒng)一勤務(wù)，負(fù)責(zé)向測(cè)量、控制系統(tǒng)的各種設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，保證整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)在統(tǒng)一的時(shí)間尺度下工作。
目前我國(guó)使用的時(shí)統(tǒng)設(shè)備存在結(jié)構(gòu)龐大、使用不夠簡(jiǎn)便的缺點(diǎn)，利用GPS可進(jìn)行高精度全球授時(shí)的特點(diǎn)，各站把各自GPS接收機(jī)輸出的時(shí)間信號(hào)取出，修正成試驗(yàn)所用的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，便可使各站時(shí)間統(tǒng)一，精度可達(dá)納秒級(jí)。 GPS用于時(shí)統(tǒng)系統(tǒng)，具有經(jīng)濟(jì)、靈活、使用簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。
(5)GPS在巡航導(dǎo)彈制導(dǎo)中的應(yīng)用
GPS／INS組合系統(tǒng)可用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、戰(zhàn)斗機(jī)導(dǎo)航等軍事目的。美國(guó)的遠(yuǎn)程地面攻擊導(dǎo)彈己采用GPS／INS組合系統(tǒng)作為制導(dǎo)。1991年1月16日，美國(guó)向伊拉克投下了35枚GPS／INS組合制導(dǎo)的CALCM巡航導(dǎo)彈，事后軍方確定這次行動(dòng)的目標(biāo)命中率達(dá)到85％～91％，有幾枚導(dǎo)彈準(zhǔn)確命中目標(biāo)。
(6)GPS用于外彈道測(cè)量
GPS應(yīng)用于導(dǎo)彈試驗(yàn)靶場(chǎng)外彈道測(cè)量，既可以實(shí)時(shí)測(cè)定導(dǎo)彈的位置和速度，又可經(jīng)事后處理得到精確的彈道參數(shù)，同時(shí)可獲得準(zhǔn)確的時(shí)間信息，并且能夠克服目前無(wú)線電測(cè)量系統(tǒng)在跟蹤方面的很多不利條件，是一種有生命力的外測(cè)手段，比現(xiàn)有靶場(chǎng)外測(cè)技術(shù)成本低、技術(shù)先進(jìn)。
