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GPS/INS组合制导技术在现代战争中的应用及趋势研究

刘 凯 刘 慧 《中国航天》 2005年第09期
自20世纪90年代以来,美军在四次主要的局部战争中,依靠大量使用精确制导武器取得了良好的作战效果。在四次战争中美军使用的精确制导武器数量所占比例分别为:1991年海湾战争占7.6%;1999年科索沃战争占35%;2001年阿富汗战争占60%;2003年伊拉克战争占68.3%。由此可以看出,从海湾战争到伊拉克战争,精确制导武器的使用增加了近9倍,使“不接触作战”、“外科手术式” 打击成为可能。正是一体化的GPS/INS(全球定位系统+惯性导航系统)组合制导技术进一步推动了精确制导武器向“百发百中”的方向发展。

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,其最新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,保密性强,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。GPS/INS组合制导的优势主要体现在:

1.GPS/INS组合改善了系统精度
高精度的GPS信息可以用来修正INS,控制其误差随时间的积累。利用GPS信息可以估计出INS的误差参数以及GPS接收机的钟差等量。另一方面,利用INS短时间内定位精度较高和数据采样率高的特点,可以为GPS提供辅助信息。利用这些辅助信息,GPS接收机可以保持较低的跟踪带宽,从而可以改善系统重新俘获卫星信号的能力。

2.GPS/INS组合加强了系统的抗干扰能力
当GPS信号受到高强度干扰,或当卫星系统接收机出现故障时,INS系统可以独立地进行导航定位。当GPS信号条件显著改善到允许跟踪时,INS系统向GPS接收机提供有关的初始位置、速度等信息,以供在迅速重新获取GPS码和载波时使用。INS系统信号也可用来辅助GPS接收机的天线对准GPS卫星,从而减小了干扰对系统的影响。

3.解决周跳问题
对于GPS载波相位测量,INS可以很好地解决GPS周跳和信号失锁后整周模糊度参数的重新解算,也降低了至少4颗卫星可见的要求。

4.解决GPS动态应用采样频率低的问题
在某些动态应用领域,高频INS数据可以在GPS定位结果之间高精度内插所求事件发生的位置(如航空相机曝光瞬间的位置测定)。

5.用途更广
GPS/INS组合系统是GPS与INS互补的、互相提高的集成,而不是二者的简单结合。组合系统性能更强,应用领域更
正是由于这两套系统具有极好的互补性,不仅可以低成本提供全球精确导航,也可以满足军事应用对保密性的要求。

二、GPS/INS组合制导技术在现代战争中的广泛应用

1.GPS/INS组合制导成为广泛应用的全程制导和中段制导技术
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于扰机,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。

2.GPS/INS组合制导系统为飞机等武器平台提供导航定位服务。
目前,美国和其它北约国家空军的绝大部分主战飞机都换装了以激光陀螺为核心的第二代标准惯导仪。其改装计划的重点是,在以光学陀螺为基础的惯性系统黑匣子中嵌入结实的、抗干扰的GPS接收机(OEMB板)。这种嵌入式配置不需要在惯导和单独的GPS接收机之间设置另外的安全总线,从而使GPS的伪距/伪距率数据不会受到威胁信号的干扰。这种INS和GPS的深耦合系统被称作“嵌入惯导系统中的GPS”,简称为EGl,其定位精度均为0.8海里每/时(圆概率误差),准备时间也由过去的15分钟减少到5~8分钟,系统可靠性从原来的几百小时提高到2000~4000小时。

3.GPS/INS组合制导系统为军事侦察行动提供高精度定位信号。
侦察的目的在于发现目标,确定目标的位置和评估武器的打击效果。对目标的命中率取决于武器制导的精度、发现目标的能力和对目标定位的精度。目前,很多国家正在利用高空成像技术建立全球地理信息数据库。高空成像系统主要由高空侦察机、低轨和中轨卫星组成,该系统就使用了GPS/INS组合制导系统,利用其提供的无人侦察机实时位置和炮弹所放出的侦察降落伞的实时位置将连同图像一并发送基地,进而确定目标的位置。
HERE I STAND!

GPS/INS最大缺点是无法对付机动目标。美军制导武器的发展趋势是双模,同时带GPS/INS和激光,除了可以互助进一步提高抗干扰能力之外,激光是末端主动制导比不可缺的。

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跟美国干,首先要准备足够能够摧毁30颗GPS的反卫导弹,如果能够同时摧毁其通信卫星更加美好。

这一点,只有俄能做到吧
天下兴亡是为仁,民族兴旺是为义,自强不息是为礼,福亏自盈是为智,以义取利是为信。

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俄罗斯?俄的空间军事力量还不如中国呢,摧毁个P啊,它有那能力才怪呢。

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白痴,俄罗斯是除了美国之外现在唯一一个拥有系统的空间反卫星技术的国家,太空
雷,携带导弹的攻击性卫星,甚至于核导弹正面迎击核武器技术等等,不懂就别吓勒勒

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俄罗斯?俄的空间军事力量还不如中国呢,摧毁个P啊,它有那能力才怪呢。
幻客 发表于 2009-6-6 09:49


幻老大,如果您说俄罗斯空间军事力量不如中国,那我就不理解这个结论是如何得出的?

从目前来看,俄罗斯(包括前苏联)的空间发射次数是最多的。

今年的发射次数更是要达到近30次

空间军事能力最关键的,就看你的空间发射能力,俄罗斯的航天发射台那更是相当多

光普列歇茨克中心就有十多个发射台,其洲际导弹的数量更不用说=同于空间军事能力,看装的什么,打的什么罢了。

尤其是,10年后,美国飞国际空间站的航天员还得靠俄罗斯运输。

国内的情况我就不说了。

能与美对抗的,只有俄,瘦死的骆驼还是很大很大
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