基于GPS／INS实现某自行高炮导航系统的改造设计

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1、基于GPS/INS实现某自行高炮导航系统的改造设计O引言某自行高炮武器系统是我军现役装备，其通过INS（惯性导航系统）对战斗车行军作战进行导航。INS是一种自主式导航系统，它不依赖外界信息即可获得载体的姿态、速度和方位信息，抗干扰能力强，而且不向外界辐射电磁信息，隐蔽性好。但随着时间的延续INS的定位误差不断积累，漂移变大。GPST泛用于地球表面移动目标的跟踪定位，特别是在美国取消SA限制后，GPS可以高精度、实时、连续地实现导航，由于GPS是一种非自主导航系统，在动态环境下或受遮拦时容易出现“丢星

2、”现象而导致定位屮断，抗干扰能力低，更新率不髙。可以看出，INS和GPS具有很强的互补特性，将两者结合起来将大大提高该武器系统的作战效能。表1为与INS组合的儿种无线电导航系统的性能比较对照表。1INS工作原理INS是通过IMU（惯性测量组件）测量载体相对惯性空间的角速度和加速度，并根据牛顿运动定律对其进行时域积分并转换到导航坐标系中，从而推算出载体的瞬时速度、偏航角和位置等导航信息，如图1所示。y图I慣性导航系统基本原理图取xoy为定位坐标系，载体的瞬时位置为（x,y）,如果在载体内用一个导航平台

3、把2个加速度计的测量轴分别稳定在x和y轴向，则加速度计分别测量载体，x和y轴的相对惯性空间的运动加速度，经导航计算机的运算得到载体的航行速度Vx,Vy,,故有：若经纬度为（X，卩，X正向为北，y正向为东，地球半径为R,则用经纬度表示位置信息为：VVa=^+Jo#dZP=注：P为位置；V为速度；T为时间；A为姿态；c为通信。项目双星系统GPSDMELORANC路區/旻屋星基陆基陆基定位原理伪码测距伪码测距定时测量定时测量工作范田全球近距（600km）近距（】200km）工作方氏无源有源有源系统容量有限

4、无限有限有限坐标系BJ54WGS84—綸出倍息P.T.CP.T.V.APP原始测童信息伪距伪码（隼八眦泼相位针距餅距仕息更餉半1Hz（ni奂用户〉>1Hz■定位辅度20〜100mSA下100m200〜720m30〜300m3.0kg1.5kg——功耗40W

5、15m位Jt180m位工梢度优于150m穗态轴度速度林度优于0.5m/s«<0.3m/x姿态80"速度0.3m/s2GPS工作原理GPS的工作原理如下：围绕地球运转的人造卫星连续向地球表面发射经过编码调制的连续波无线电信号，信号川载有卫星信号准确的发射时间以及不同时间卫星在空间的准确位置（星历）。位于载位上的卫星导航接收机在接收到卫星发射的无线电信号之后，如果他们有与卫星钟准确的同步时钟，便能测量出信号的到达时间，从而估算出信号在空I'可的传播时间，再利用这个传播时间乘以信号在空间的传播速度便能求出

6、接收机与卫星之间的距离。B

7、J：R=丿（文一王0）"+（）—Ao）'+（Z—Zu）'（1）式中：R为卫星与接收机之间的距离；（xo,yo,zo）表示接收机位置的三维坐标；（x,y,z）表示卫星位置的三维坐标。其中R,（x,y,z）已知，（xo,yo,zo）未知。如果接收机能同时测出与三颗卫星的距离，则构成三个方程式，联立求解，即可求得接收机的位置（xo,yo,Z0）o高精度的卫星导航系统地面接收装置不断跟踪卫星，算出它们近期的准确轨道，并且不断测量出卫星所载原子钟的微小误差，以使卫星播发的位置和时间

8、一直保持着很高的精度。然而普通的接收机不可能有十分准确的时钟，因此由它测出的卫星信号在空间的传播时间不准确，进而导致接收机与卫星的距离不准确，这种距离叫做伪距（PR）。但是在接收卫星信号的瞬间，接收机的时钟与卫星导航系统所用时钟的时间差是一个定值，假设为At,则式（1）改写为：R=J1工一KqY+（y—》0）2+（z—筑）‘+AZ•c（2）如杲接收机能测岀距四颗星的伪距，联立四个方程既能求解接收机的位置并告诉它准确的时间差。当载体不运动时，由于卫星在运动，接收到的卫星信号的载频屮会有多普勒频移,这个

9、频移的大小和正负是根据卫星的星历、时间以及载体本身的位置计算求得。然而如果载体本身运动，则这个多普勒频移便要发生变化，其大小和正负取决于载体运动的速度和方向,根据这个变化，可以求得载体的三维运动速度。这样，GPS就可以为用户提供准确的三维位置、三维速度和时间信息。3GPS/INS组合导航系统模型组合导航系统的结构如图2所示。加連汝计僞痊和PE螺漂移修正图2INS/GPS组合导航系统框图利用GPS调整INS的输出，即GPS输出位置和速度信息直接调整INS的漂移误差，得到