一级计量师

新一代精确制导武器用的卫星定位/惯性导航1

卫星定位/惯性导航(GPS/INS)组合制导技术，是目前最先进的、全天候、自主式制导技术，有广泛应用前景，是国外正在发展的第四代中/远距精确制导空地武器、尤其是第四代精确制导炸弹普遍采用的一项关键技术。

最早采用GPS/INS组合制导技术的机载精确制导武器，是美国海军的舰载攻击机A-7E装备使用的“斯拉姆”(SLAM)AGM-84E空舰导弹。该弹采用GPS/INS组合制导为中段制导，红外成像加视频数据链遥控为末段制导，在1991年初爆发的海湾战争中，以其很高的命中精度取得引人注目的战绩。海湾战争之后该弹的改进型——“增敏斯拉姆”(SLAM-ER)AGM-84H和“大斯拉姆”(Grand SLAM)空舰导弹，中段制导均采用GPS/INS组合制导。

目前已经采用GPS/INS组合制导技术的新一代机载精确制导空地武器有：美国的AGM-86C空射巡航导弹、AGM-130空地导弹、AGM-142空地导弹、CBU-97/B传感器引爆(SFW)子母炸弹和GBU-29/31“杰达姆”(JDAM)制导炸弹。“杰达姆”由B-2A隐身战略轰炸机携带，首次大量用于1999年3月24日至6月10日对南联盟持续78天的狂轰滥炸中，并于5月8日野蛮轰炸我驻南使馆。计划加装该组合制导的机载精确制导武器有：AGM-154“杰索伍”(JSOW)联合防区外发射武器、“贾斯姆”(JASSM)联合防区外空地导弹和“杰达姆”(JDAM)第2、3阶段制导炸弹等。

一、全球定位系统(GPS)技术

美国1993年建成的“全球定位系统”(GPS)，是美国国防部管理的军民两用的天基无线电导航系统。它由导航星座、地面控制站和用户定位接收机组成。导航星座目前由24颗卫星组成，其中有21颗工作卫星和3颗备用卫星，在离地高度约20183千米处有6个椭圆形轨道平面，轨道倾角55°，均匀分布4颗卫星，运行周期12小时/转，3颗卫星的覆盖区域超过全球，故使全球各地用户至少可同时接收到6颗卫星播发的导航信号，最多可同时接收11颗卫星播发的导航信号。地面控制站用于测量和预报卫星轨道并对卫星上的设备工作情况进行监控，为用户接收机提供卫星相对于地面的位置数据。

用户定位接收机利用接收的、来自由其星历数据准确获知空间位置的卫星发射的、以光速传播的信息，测出该信息传播的时间，计算出其与该卫星的相对位置，即距离。利用距离三角形测量原理，用户GPS接收机同时接收3颗卫星的信号，可以计算出用户GPS接收机所在的三维空间位置;同时，利用对在测量时间内获得的距离进行时间微分，根据线性速度与多普勒频率的关系，用户GPS接收机可测量出卫星的多普勒频率，从而计算出自身的运动速度。由于用户接收机的时钟基准，相对于GPS的原子钟基准存在误差，因此，将其实际测量距离称之为“伪距”(pseudo range)，将在其实际测量时间间隔内对该伪距离微分所得之速度测量值称之为“差伪距”(Delta pseudo range)，亦称“伪距率”。为了确定用户GPS接收机所在的三维位置并对其时钟误差进行校准，必须至少同时跟踪接收GPS导航星座中的4颗卫星的信号，才能完成导航计算任务。若同时跟踪接收GPS导航星座中的4颗以上的卫星，则在使用相同的惯性导航系统时的导航计算的精度会更高。

GPS导航星座中的每颗卫星均装有作为测量系统时间标准的同步的铯(Cs133)原子钟和传送定位信号的载波发射机，载波信号工作在L波段的2个频率：L1为1575.42 MHz，L2为1227.6 MHz。L1载波信号采用1.023 MHz、带宽1 MHz的伪随机噪声编码进行调制，重复调制间隔时间为1024位或1毫秒，该调制编码称之为“粗截获(C/A)码”，为全球民用用户提供“标准定位服务”(SPS)。L2载波信号采用10.23 MHz、带宽10 MHz的伪随机噪声编码进行调制，重复调制间隔时间为7天，该调制编码称之为“精(P)码”，为美国和其盟国军事用户提供“精确定位服务”(PPS)。卫星播发的导航信号的传输速率为50位/秒，L1和L2载波信号除运载导航信息外，还有描述卫星轨道、时钟校准和其他系统参数的各数据位。

为防止民用C/A码GPS接收机转为军事用途，美国国防部引入“选择可用性”(SA)技术，即在现有C/A码GPS接收机性能水平上，将一个约0.2毫秒颤抖噪声的人为误差加入到时钟信号，使接收到的定位信号偏差以0.46米/秒的速度增加，使其定位精度下降到约100米。为防止敌方干扰，还对P码加密，使其工作在“抗电子欺骗”(AS)方式，密码文件定期更新，加密的P码正式称之为Y码，通常称之为P(Y)码。只有加装保密的AS模块的军用GPS接收机，才能正常接收P(Y)码信号，其定位精度约20米。由于P(Y)码和C/A码的重复调制间隔时间分别为7天和1毫秒，而且P(Y)码比C/A码的编码要长得多，C/A码很容易截获，P(Y)码若无辅助措施几乎不可能截获。因此，军用GPS接收机必须先接收C/A码信号，从中获取能实现快速截获P(Y)码信号所需的“交班字”(HOW)信息，然后才能转入接收P(Y)码信号。同时，由于L1载波C/A码调制幅度大于L2载波P(Y)码调制幅度，军用GPS接收机可以从2个频率测量值，消除空间电离层、对流层造成的定位误差，使其定位精度提高到约18米。影响GPS接收机定位精度的主要误差源为空间段、系统段和用户段，主要包括：电离层传播延时、对流层传播延时，后者包括卫星时钟、卫星星历表、接收机等。目前，降低卫星时钟和星历表误差的方法，主要有广域GPS增强(WAGE)、差分GPS(DGPS)和相对GPS(RGPS)等。

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（责任编辑：hbz）

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