漫话导航(五)——组合导航与综合导航

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及集团军作战和多兵种立体化战争就少不了它们=

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个系统，对于地形复杂的山区车辆导航都会受到严重的限

组合导航任何单一的导航系统，由于受到各自赖以工作的物理规律的限制，不能完全满足越来越多和越来越高的要求，任何改进都有一定的限度，欲要进一步改进就十分困难 .甚至不可能。 为此，必须另辟蹊径，于是出现了组台导航，而且现在巳步^智能化，即具有在动态的不确定环境中自动完成预定任务的能力。环境变化包括各子系统的故障、损坏与天气、障碍物和军事威胁等。为此 .组台导航系统采用了大量新技术，如自诸 适应卡尔曼滤波技术、神经网络故障诊晰技术、余度结构和余度管理技术及多传感器误差补偿技术等。 组台导航系统就是利用几个导航系统所提供的信息，通过综台处理获得最佳导航信息的_种系统。组合导航系统首一先是能够有效地利用各子系统的信息，取其长而补其短。这

制。G S系统对卫星可见性有一定的要求， P山区地形对信号的遮挡使信号可利用率降低。罗兰 C系统也因复杂地形造成信号衰减和相位畸变，难保证山区的车辆定位。

为了改善山区车辆导航效果，19 9 2年 5月曾在加拿大Bis ou i南部山区进行了 G S罗兰 C组台系统的应用 ri C l a th mb P/试验。试验表明， P/ G S罗兰 C组合系统对车辆定位的信号可利用率有重大的改善，单独用 G S仅 6%左右， P 0单独用罗兰 C也仅有 7%, 7而组台系统则超过 9% 0考虑到组台系统仅增加罗兰 c接收机 ( G S基础上)所花的经济代价非常低，在 P,这种改善就更有实际意义。试验虽然是在特定山区道路进行的，但其结果可以推广到其它山区，其定位精度优于 10米。 P/兰 0 GS罗

c的组台在航海和航空中亦占有相当重要的地位，良好的市有场前景 2 G S/N P IS组合导航系统 I S一种自备式导航系 N是统，它不用发射电磁渡，因而隐蔽性好，也不怕干扰，能连续提

种组合导航的定位精度可以比任何单一导航系统的精度提高约 3%;于任何运动体导航都必须要考虑冗余度，使导航 0对 保障手段更为可靠。而在组台导航系统中，可通过自动故障检测，随时了解各子系统的工作情况，如一旦发现某子系统失

供

三维位置、三维速度和航向与姿态等信息；而且数据噪声低，短期精度高。但是它的误差随时间而积累，井要进行初始校准，设备也相当昂贵他备式导航系统 G S定位精度高， P可是

效，自动转换工作模式，可因此适应性强，可靠性高。对于给定的导航系统性能要求而言，采用组合导航与采用单一系统的导航相比，其成本还会降低。譬如，采用 G S与 I S的组合就 P N将比单独采用 I S的成本要低： N组合导航系统很多 .大型的组台系统主要用于航空母舰预警指挥飞机与大型舰船等， P/N、 P/ R ( G S I SG S T N地形辅助导航 )G S罗兰 c G S O e￣ I S T N等组合应用鞍多。例、P/、 P/ m g、N/ R如[S T N既不依赖陆基， N/R,也不依赖星基，隐蔽性好，定位精度可达 1 O~1 5米 T测量是不连续的，至是”状的， R甚点”但精度高；N IS的测量是连续不断的，但精度低，且误差随时问的增加而增大二者组合，互相补充， T N对 IS进行可靠的用 E N位置修正，从而构成一种自主、连续、高精度导航系统。 0年代 8以来，、、美英法等国都十分积极地开展这方面的研翩工作，井已开始装备空军，“如旋风、海鹞、 v一8“ A B等机种，有的曾在海湾战争中投人应用，效果良好随着 G S的全面建成与发 P

数据更新率不如 I S高， N但价格便宜，二者进行有机组合，将正好互补，扬长避短，全面满足高性能运载体对导航的要求。 在组合中必须采用卡尔曼滤波技术。采用卡尔曼滤波方式组合，二者比较的差值送人导航滤波器 . I S的各种误差将对 N作卡尔曼滤波处理，再将其处理结果反馈回去对 IS进行修 N正，产生组合系统的输出。其水平定位精度 ( C A码 ) 3 用/为 0米，测速精度为 0 1/, .米秒航向姿态精度比 I S约提高 1 3 N/,该组合关键是建立精确的数学模型和卡尔曼滤波方案。按卡

尔曼滤波器要求，系统噪声的统计特性不仅要事先知道，而且还必须是白噪声。[S G S组合系统中， S的陀螺漂穆率、在 N/ P I N

加速度计的零位偏置、 P G S的位置误差、速度误差等都是随机误差因此，需建立一个符台理论要求的数学模型，尽量逼真地

近似描述其物理状态为了使相关噪声白噪声化，

往往采用状态扩充法，即把相关噪声看成是在白噪声输人下的线性系统误差模型的输出。这种误差模型的状态与观察模型状态合在一设计，电容量低，静泄漏电流小，能直接用于各种 MO S电路焊接。

最佳熔点相适应，这样既可节省焊锡丝、助焊剂等消耗材料，叉能保证焊点色泽光亮、接质量可靠。焊 一

体化陶瓷控温发热元件，用内置式温度传感器，采响

本烙铁备有接地装置，以消除静电；手柄内置发光管

应速度快，线性好，可靠性高。热力集中，电气性能极佳，焊接温度在 4 0C时， 5￣绝缘电阻亦高达 10 g上：无漏电形式 0M l

指示灯，显示其工作状态。本烙铁有两种型号可供选择， 9 7为内热式、0 0 9 8为外热式。

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起，就构成总的状态模型，其相应的测量模型便只有白噪声了。

指挥、控制陆地或舰载火炮的火力 .与空中支援的联络，保持以及便于武装部队在战场上的快速运动和集结。该系统对低速

组合导航中的卡尔曼滤波器要进行大量的矩阵运算，为减轻计算机的过重负担，在建立卡尔曼滤渡器的数学模型时，应尽可能使状态方程简化，减少状态变量数目，必要时变最佳滤波为次最佳滤渡。卡尔曼滤波组合方案可以是开路误差补偿， 也可以是闭路修正。二者各有千秋，具体应用视情况而定=

运动用户的定位精度优于 1, 0米对高速运动的空中用户，其定位精度优于 10米。 0 由于系统先进、技术复杂，首先必须根据作战需要，解决系统体制、作方式与信号结构等系统技术； .其次就是解决跳频、 直序扩频技术、跳频与直序扩频图案优选及控制技术、快速调

综导系厶航统过去一个导航系统就只完成导舷功能。而通信、监视、授时、指挥控制、武器制导以及气象探测等功能叉各自依赖不同的系统来完成。因此，舰船、飞机等运动体上 .各式各样的电子设备需占用航行体大量的空间和载荷，不仅消耗电源功率大，

雷萼 术.含主控设备向用户下达或重新下达命令，改变舟的工作， 例如时隙分配等；还有自适应预测与校正滤波技术，以及系统的战术应用技术等。2 TD 州 D是用于海陆空三军联合作战的一种通 J IS s

而且很难避免相互间的干扰，以致

于严重影响各系统性能的发挥。于是专家们就研究设计利用同一设备，在一个频道和一副天线上同时完成多种功能的综合导航系统：自 6 0年代开始，

信、导航、识别多功能综合导航系统在 9 0 25 z h 6~1 1MH的波段上，采用时分多址大容量数据分布工作方式，能为所有系统成员提供战场敌我态势和传送指挥与控制信息， cI是，系统

美、、法德等国都从各自的需要出发，努力探索综合化的逮径。军事部门最为积极，因为随着战争的现代化，迫切需要一种适

的重要组成部分该系统以 1. 28分钟为一个大周期 .再分为6 4个 l 2秒的小周期，每个小周期叉分为 13 5 6个时隙。选样，

于海陆空三军共用的多功能综合导航系统。陆军位置报告系统 lL S和联合战术信息分布系统 ( I S, PR) J D )都是集通信、 T导航、识别于一体的综合导航系统。 1 t S PR PS L S主要用于陆军和海军陆战队的野战炮￣兵、甲车、装坦克、舫空部队、两栖登陆艇等，亦可装备从师一直

在每 1 2 8分钟时间内便有 9 34个时嗽供系统以时分多址彤 80式分给用户使用。在时分的基础上再用码分以形成多层网络 .理论上可识别 1 8 2个网络。为了避免干扰，同一地区内能同在时工作的网络不超过 2 0个。由此可见，系统可容一②~一 .

到排、,班乃至单兵 c能给士兵、地面车辆和飞机等进行自动导

纳数量众多的用户同时

航位数通 c连、确向挥控中报各定与据信可续准地指和制心告用户 (队)部的实时位置，对用户进行指挥和引导，并在各用户一~,} t之间进行有限的数据通

工 t统意图2作系示如。

系统对信息作了序—了^j 7岬匠|

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列 R—S码进行多重加密

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信：如一个师级系如例统(竺/ 嚣图 i,由两个主控单元和 J=~ 3 0~50个用户单元组 7 1 3

编码t经直接序一列跳频一予以后发去。事跳时扩频射出如不先掌握密钥 .则难以捕获载频，也无法进行干扰，即使捕到信息，不知密码和时隙分配规律，也不易破译。

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成.主控单元的精密时 钟

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制JI, 9年1体斯公司从9年 6 T S到1 7月 D 7

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憎‘/行 I }校正，过量号 通测信到一 达时间，井对测量的数据

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、定对户元时避开提 I终机如 N R一 I从9年开 期用单的钟 始供类端， A A 1, 1起始/ C 3井 8 3装一A警。 9年始制能完的2终备E 3预机从10开研性更善类 8端样机型号为A/ R一 8并于1 4月机， NVQ 2, 9年9开始 8装在

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J速度用户不同， 其用户设/备则有背负式、车载式和

终端机， 93月获得韧步的作战毙力到1年9业已 9。, s系统必须解决的关键技术：频段宽带大功率合成 nD h技术；宽带跳频频率合成与快速弼谐滤波技术；随机序剜调伪制/解调、快速捕获与精确跟踪技术；直序扩频、跳频的产生与控制；入网、同步与跳网技术；大动态快速 A E技术等。 G 现在该系统的 1类与 2类终端机已数以百计安装或集成在美军及北约的三军的 E一 A、 3 F一1、 5 F一1、 4 F一1 D和 E一 4

机载式等的区别。 6在 5公里或更远的工作区域内，其定位精度分别为小于或等于 l 5米、2 0米和 2 0~10米 .其垂直精度则 0为高度表读数的±%步兵每隔 6 3 4秒、车辆 3 2秒、直升飞机 1 6秒 .固定翼飞机 8秒自动报告一次位置 .误差为 1 0—1 5米。

该系统的工作频率为 4 0~ 5 Ml, 2 4 0 t它是 CI z系统的重要

2 c机和作战舰艇上；陆军也于 19 9 5年就获得了 2类端机组成

组成部分，是陆军数据分配系统的棱心。国从 7美 0年代初开始研制，18 9 6年初用试生产样机做电子战环境的野外试验。在I9 9 1年的海湾战争中，海湾地区的美国海军陆战队装备了 8

的数据通信指挥能力。 19年初的海湾战争中，在 91系统经受了 第一次考验。 3 E一 A预警飞机和空中指挥中心的 E一 A、 C— 8 E10 3 E等飞机在这期间机载端机和地基端机共使用了 7 0多小 0

部 PR L S主控设备和 10 2 0多部用户设备，牧教相当好。这些设备是由体斯飞机公司生产的。系统的基本组成是机动式的主睦设备 (含计算机 )和位置显示器，能与多迭 4 0用户保持通

0个悟。如 A/ S N T Q—I9系统就是一种定位精度很高的 P R 2 L S系坑.重点装备陆军小分队、巡逻车或飞机与舰艇主要目的是

时，工作良好。他们得出的结论是：机载端机显示器可显示飞机之间的位置态势，战区内飞机高密度环境下防止相撞和对误伤起到了相当好的作用。如 E一 A机用本系统向 E一 A机 3 8发出告警信息比利用 U- IF电台通报信息要迅速及时得多。在 I战斗中赢得了时间就是赢得战争的胜利。 案

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