GPS导航系统在航天技术中的应用

GPS在航天技术中的应用

1.应用方向

(1)导航定位一般来讲，如果把导航与定位相区别的话，其精度要求相对较低一些。

(2)高精度静态定位应用载波相位测量技术，测定两点间相对位置精度可达10-7～10-8。

(3)高精度动态定位GPS动态定位，具有用户多样、速度多异、定位　　实时、数据短时、精度多变等特点。一般将GPS动态定位分为三级，以满足不同需求：

·低精度动态定位，定位精度100米，测速精度1米/秒；

·中精度动态定位，定位精度5～10米，测速精度0.1米/秒；

·高精度动态定位，定位精度0.1～0.5米，测速精度0.01米/秒。

(4)精密授时GPS时与协调世界时是同步的，因此GPS是当今精度最高的全球授时系统，用于远距离时间同步可达纳秒级精度，并具有设备简单、全球覆盖、全天候的特点。

(5)飞行器姿态测量在飞行器的适当位置上安装多副天线，用GPS测定各天线的精确位置，从而可确定飞行器的姿态。

(6)GPS与其他系统组合

· GPS同惯性导航系统(INS)组合GPS定位的长期准确性与INS短期准确性和自主性相结合是一种完美的组合导航系统。

·GPS与GLONASS(前苏联的全球导航卫星系统)的组合系统可不受某一卫星系统的限制，提高使用的可靠性。

2.应用举例

(1)GPS在导弹机动发射阵地快速定位、定向中的应用为了真正做到在未来战争中有效地保存自己，同时又准确地打击敌人，实施导弹武器的机动发射已成为导弹作战的一个发展趋势。实施导弹的机动发射，从保障方面来说，首先要解决的一个问题就是发射阵地的快速定位、定向，其定位、定向速度的快慢和精度的高低将直接影响导弹机动发射的速度及命中目标的效果。

目前，追求快速、高精度正是GPS技术研究的一个重要方向，已经有许多成熟的经验、技术。应用GPS测量技术进行发射阵地的快速定位、定向具有精度高、设备简单、时间短且不受限制的特点，已成为极有可能取代常规保障方法的一种手段。

(2)GPS在测量设备精度标校中的应用

航天试验中各类测量设备(光学、无线电等)在执行任务前，必须经过精确的精度测定才能确保其性能和精度。目前，各种测量设备的精度校准和鉴定往往采用飞机校飞的方法，用更高精度的设备如弹道摄影仪等作为校准设备，同步跟踪测量目标，以校准设备的结果为标准进行鉴定。这种体制的主要困难是弹道摄影仪等光学设备只能做固定点的拍摄，测量距离有限，精度没有保证，并且设备庞大，组织工作复杂，费用高。同时，随着测量设备本身精度的提高，选择标准设备更加困难。

若校飞时在飞机上装上动态GPS接收机，用GPS高精度动态定位技术精确确定接收机天线相位中心任意时刻的动态位置，经过一定算法折算为测量设备与被测目标之间的相对位置，用它作为标准对测量设备进行校准和鉴定，不但可以达到很高的精度，而且克服了原有体制复杂、不灵活等缺点。

(3)GPS在航天器姿态和轨道确定中的应用

作为空间固态GPS姿态和轨道确定的GPS接收机，可为航天器制导及控制提供位置、速度、姿态、姿态角速率和时间等多个输出状态。这种毋需地面观测值和数据处理的技术，必将取代传统的测姿和地面轨道位置确定设备，实现航天器自主轨道确定和姿态确定。　

GPS用于航天器的交会对接过程，就是这方面应用的具体例子。航天器在空间完成交会对接是一项庞大的工程。从测量设备讲，在交会对接过程中要求有大量准确的测量信息。目前使用的各种空间测量设备、系统的性能各不相同，难以满足整个交会对接过程中的所有测量要求，使得测量工作变得非常庞大、复杂。如果在目标航天器与追踪航天器上各安装一台GPS接收机，则交会对接的大部分阶段的测量任务可由GPS完成。它具有测量准确、精度高、不受时间限制、系统价格便宜、设备简单、可实现航天器交会自主控制等优点。

(4)GPS在时统设备中的应用

时统设备是航天和武器试验的关键设备之一，它作为靶场测量的时间统一勤务，负责向测量、控制系统的各种设备提供标准时间和标准频率信号，保证整个测控系统在统一的时间尺度下工作。

目前我国使用的时统设备存在结构庞大、使用不够简便的缺点，利用GPS可进行高精度全球授时的特点，各站把各自GPS接收机输出的时间信号取出，修正成试验所用的时间标准，便可使各站时间统一，精度可达纳秒级。GPS用于时统系统，具有经济、灵活、使用简便的特点。

(5)GPS在巡航导弹制导中的应用

GPS／INS组合系统可用于导弹制导、战斗机导航等军事目的。美国的远程地面攻击导弹己采用GPS／INS组合系统作为制导。1991年1月16日，美国向伊拉克投下了35枚GPS／INS组合制导的CALCM巡航导弹，事后军方确定这次行动的目标命中率达到85％～91％，有几枚导弹准确命中目标。

(6)GPS用于外弹道测量　　

GPS应用于导弹试验靶场外弹道测量，既可以实时测定导弹的位置和速度，又可经事后处理得到精确的弹道参数，同时可获得准确的时间信息，并且能够克服目前无线电测量系统在跟踪方面的很多不利条件，是一种有生命力的外测手段，比现有靶场外测技术成本低、技术先进。