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GPS/INS 全球定位系統+慣性導航系統
一、進行GPS/INS組合的必要性
GPS是當前應用最為廣泛的衛星導航定位系統，使用方便、成本低廉，其最新的實際定位精度已經達到5米以內。但是GPS系統軍事應用還存在易受干擾、動態環境中可靠性差以及數據輸出頻率低等不足。
INS系統則是利用安裝在載體上的慣性測量裝置（如加速度計和陀螺儀等）敏感載體的運動，輸出載體的姿態和位置信息。INS系統完全自主，保密性強，並且機動靈活，具備多功能參數輸出，但是存在誤差隨時間迅速積累的問題，導航精度隨時間而發散，不能單獨長時間工作，必須不斷加以校準。
將GPS和INS進行組合可以使兩種導航系統取長補短，構成一個有機的整體。GPS/INS組合制導的優勢主要體現在：
1. GPS/INS組合改善了系統精度
高精度的GPS信息可以用來修正INS，控制其誤差隨時間的積累。利用GPS信息可以估計出INS的誤差參數以及GPS接收機的鍾差等量。另一方面，利用INS短時間內定位精度較高和數據采樣率高的特點，可以為GPS提供輔助信息。利用這些輔助信息，GPS接收機可以保持較低的跟蹤帶寬，從而可以改善系統重新俘獲衛星信號的能力。
2. GPS/INS組合加強了系統的抗干擾能力
當GPS信號受到高強度干擾，或當衛星系統接收機出現故障時，INS系統可以獨立地進行導航定位。當GPS信號條件顯著改善到允許跟蹤時，INS系統向GPS接收機提供有關的初始位置、速度等信息，以供在迅速重新獲取GPS碼和載波時使用。INS系統信號也可用來輔助GPS接收機的天線對准GPS衛星，從而減小了干擾對系統的影響。
3. 解決周跳問題
對於GPS載波相位測量，INS可以很好地解決GPS周跳和信號失鎖後整周模糊度參數的重新解算，也降低了至少4顆衛星可見的要求。
4. 解決GPS動態應用采樣頻率低的問題
在某些動態應用領域，高頻INS數據可以在GPS定位結果之間高精度內插所求事件發生的位置（如航空相機曝光瞬間的位置測定）。
5. 用途更廣
GPS/INS組合系統是GPS與INS互補的、互相提高的集成，而不是二者的簡單結合。組合系統性能更強，應用領域更廣。
正是由於這兩套系統具有極好的互補性，不僅可以低成本提供全球精確導航，也可以滿足軍事應用對保密性的要求。
二、GPS/INS組合制導技術在現代戰爭中的廣泛應用
1． GPS/INS組合制導成為廣泛應用的全程制導和中段制導技術
目前，以美國「戰斧」巡航導彈為代表的對地攻擊導彈中制導方式仍然是慣導+輔助導航系統。由於美國軍用GPS具有相當高的精度並且使用方便，美國和其它一些西方國家都在中制導段採用GPS作為慣導的輔助導航系統而不再採用地形匹配。此外，許多新型制導武器如洛馬公司研製的「聯合防區外空地導彈」（JASSM）和波音公司製造的「聯合直接攻擊彈葯」（JDAM）等均依靠GPS/INS進行高精度制導。
以JDAM為例，它是將現有庫存的普通炸彈加裝GPS/INS制導的尾部組件而改成的全天候制導彈葯，其慣導部分採用了一種小型激光陀螺儀。JDAM在投放前由載機的航空電子系統不斷修正。一旦投放，炸彈的GPS/INS系統將接管載機航空電子系統的工作，並引導炸彈飛向C4勘輳��皇芴炱�榭齙撓跋臁V頻紀ü�桓鼉�返腉PS部件和一個三軸INS部件的密切配合實現。制導控制部件在GPS輔助INS操作模式和INS單一操作模式都提供了精確制導。
以上這些武器比飛機更接近干擾機，所面臨的干擾強度比發射導彈的飛機要嚴重得多。GPS/INS組合制導系統能識別干擾信號的存在，並在較短的時間內以較小的制導誤差進行精確制導。
一體化GPS/INS組合制導不僅提高了武器系統的可靠性，而且精度也高，通常其圓概率誤差在10~13米之間，而單獨使用GPS制導的精度約為15米。
2． GPS/INS組合制導系統為飛機等武器平台提供導航定位服務
目前，美國和其它北約國家空軍的絕大部分主戰飛機都換裝了以激光陀螺為核心的第二代標准慣導儀。其改裝計劃的重點是，在以光學陀螺為基礎的慣性系統黑匣子中嵌入結實的、抗干擾的GPS接收機（OEMB板）。這種嵌入式配置不需要在慣導和單獨的GPS接收機之間設置另外的安全匯流排，從而使GPS的偽距/偽距率數據不會受到威脅信號的干擾。這種INS和GPS的深耦合系統被稱作「嵌入慣導系統中的GPS」，簡稱為EG1，其定位精度均為0.8海里 /小時（圓概率誤差），准備時間也由過去的15分鍾減少到5~8分鍾，系統可靠性從原來的幾百小時提高到2000~4000小時。
3． GPS/INS組合制導系統為軍事偵察行動提供高精度定位信號
偵察的目的在於發現目標，確定目標的位置和評估武器的打擊效果。對目標的命中率取決於武器制導的精度、發現目標的能力和對目標定位的精度。目前，很多國家正在利用高空成像技術建立全球地理信息資料庫。高空成像系統主要由高空偵察機、低軌和中軌衛星組成，該系統就使用了GPS/INS組合制導系統，利用其提供的無人偵察機實時位置和炮彈所放出的偵察降落傘的實時位置將連同圖像一並發送基地，進而確定目標的位置。
三、GPS/INS組合制導技術的發展趨勢
1． 提高GPS系統的抗干擾性能，從而提高GPS/INS組合制導的可靠性
美國計劃通過增強衛星發布信號的功率、增強星上處理能力、改進星上原子鍾和星歷外推演算法來提高衛星自主工作能力。增加發射3個新的信號：一是高功率點波束軍用M碼，信號的增益將比GPS發射機當前採用的增益高得多，具備比P碼更強的安全保密性；二是將C/ A碼載入在L2載波上，原來載入在L1載波上的C/ A碼繼續保留；三是L5碼，用作生命安全信號，僅供民用。未來的GPS衛星能用兩個頻段發布兩種軍用導航碼，在實戰中可以構成4種工作模式，從而可以大大提高抗干擾的能力。同時，衛星能在短時間內自主運行120天。另外，根據美國空軍公布的2025年長期規劃，美國還計劃在GPS衛星上安裝後向天線，用於向高軌空間發布導航定位信息和使高軌衛星自主運行。目前，美國軍方的GPS聯合計劃辦公室正在研究GPS 3型衛星的設計方案。
為了進一步提高性能，今後美國還將在飛機、船隻、地面車輛和武器上使用更復雜的GPS接收機。現役C/A碼的長度只有1023比特，以50比/秒的速度進行逐個搜索，僅需20.5秒，易被敵方破譯。P碼長度約為2. 35×1014比特，需267天才重復一次，完成一次捕獲時間較長，安全性較好。但是，現役軍用P碼接收機是通過C/A碼引導才完成P碼捕獲的，因而容易受C/A碼狀態的影響。為此，美軍方正在研製能獨立捕獲P碼的軍用接收機。此外，美國軍方還在研製空間分集型接收機、調零型接收機和波束成形型接收機等抗干擾軍用碼接收機，以通過改進接收機的性能來提高接收機的抗干擾能力。
美國當前在GPS接收機方面的兩項最為重要的技術是GPS接收機應用組件（GRAM）和選擇可用性反欺騙模塊（SAASM）。其中GRAM是一種標准電子插件，可將其加在未來的飛機、艦艇、導彈和各種武器中，目的是確保安全性和互通性。所有的GRAM將採用開放式系統結構，能靈活地增加、替代或取消系統中的某些元件。SAASM是第二代的GPS技術產品安全模塊，用於保護保密的GPS演算法、數據和校準。它將集成到接收機應用模塊中，從而可提高GPS系統的安全性，使GPS接收機更易於維護，降低其費用。
2． 研製新型INS系統，從而提高GPS/INS組合制導的精度
目前已經發展出撓性慣導、光纖慣導、激光慣導、微固態慣性儀表等多種方式的慣導系統。利用激光來作為方位測向器的陀螺將逐漸取代傳統的機械陀螺。激光陀螺慣導系統的定位精度高，隨機漂移小，並能快速進入作戰狀態，於20世紀80年代初開始成功地應用於飛機及地面車輛的導航和艦炮等方面，以後又應用於導彈和運載火箭等領域。但是，環形激光陀螺的諧振腔必須嚴格密封，並保證其中的氦氖混合氣體組分濃度恆定，反射鏡鍍膜工藝要求高，製造成本高，而且會有「閉鎖現象」等問題產生，因此還有待於改進。目前，許多科研單位正致力於固體環形激光陀螺儀的研究。
光纖陀螺的基本工作原理與環形激光陀螺相似，除了具有激光陀螺所有的優點外，還不需要精密加工、嚴格密封的光學諧振腔和高質量的反射鏡，所以減少了復雜性，降低了成本，具有更強的市場競爭力。日本在TR1和M5火箭上率先使用了光纖陀螺。美國研製的光纖陀螺已應用於飛機俯沖、橫滾和航向基準的慣性測量系統中。但目前的光纖陀螺會出現角度隨機游動、零偏不穩定等缺陷，其性能有待提高。
隨著現代微機電系統（MEMS）的飛速發展，近年來硅微陀螺（俗稱晶元陀螺）和硅加速度計的研製工作進展很快。據報道，這種新的固態陀螺的零偏穩定性已能達到1 度/小時（溫控條件下）。現在美國已開始小批量生產由硅微陀螺和硅加速度計構成的微型慣性測量裝置，其低成本、低功耗及體積小、質量輕的特點很適於戰術應用，在航空上最先的應用場合將是戰術導彈和無人機。
高精度的慣導裝置需要先進的精密加工工藝作為基礎。隨著關鍵理論和技術的突破，會有多種類型的慣性陀螺應用在軍事領域，發揮出日益顯著的作用。
3． 數據融合技術將進一步提高GPS/INS組合制導的性能
GPS/INS兩者組合的關鍵器件是作為兩者的介面並起數據融合作用的卡爾曼濾波器。為了提高導航精度，目前普遍應用卡爾曼濾波技術來最優地組合各導航系統的信息，估計出導航系統的誤差狀態，再用誤差狀態的最優估計值去校正系統。但是，系統的狀態方程是時變的，而且狀態轉移矩陣中含有導航信息及慣性元件測量值，這些含有誤差的參數使得濾波器模型不準確。另外，很難精確地估計或測定系統雜訊與觀測雜訊，所以採用常規卡爾曼濾波器時常常會發散。為了解決這個問題，研究人員正在研究新的數據融合技術。例如採用自適應濾波技術，在進行濾波的同時，利用觀測數據帶來的信息，不斷地在線估計和修正模型參數、雜訊統計特性和狀態增益矩陣，以提高濾波精度，得到對象狀態的最優估計值。
此外，如何將神經網路人工智慧、小波變換等各種信息處理方法引入以GPS/INS組合制導為核心的信息融合技術正在引起人們的高度重視。這些新技術一旦研製成功，必將進一步提高GPS/INS組合制導的綜合性能。
『貳』 四川多功能輸出時間同步設備裝置/系統完全知識產權
技術問題：衛星導航、定位和授時系統中需解決的技術問題有：1,系統時間建立的概念及實現方法在現代衛導系統中，為了保證系統中各個鍾的精確同步，需要一個准確、穩定和可靠的時間參考，這通常是以系統中的部分鍾或全部的鍾為基礎，四川多功能輸出時間同步設備裝置/系統完全知識產權。利用統計平均的方法建立一個系統時間來實現。其建立的概念和實現方法，直接影響到系統時間的好壞，進而影響到整個衛導系統中各個鍾的同步。這個研究對系統中原子鍾的選擇與配置也有指導意義。2,系統時間與UTC協調方法這是授時所需要的。這需要研究國際標准時間到系統時間傳遞的各個環節，是提高授時准確度中的zui要一環。3,系統鍾的同步方法這主要涉及到系統中各個鍾的精確數據的收集方法和控制方法，要研究相對論效應對星載鍾同步的影響，四川多功能輸出時間同步設備裝置/系統完全知識產權。比對測量和鍾駕馭方法的研究是它的基礎。4,系統授時方法這包括衛星電文中的與時間有關的信息的制定與產生，四川多功能輸出時間同步設備裝置/系統完全知識產權。5,用戶終端定時技術主要涉及到接收、比對及控制技術。時間同步系統還應監測授時設備用時設備的同步情況，運行狀態信息、授時與監測設備靜態信息等。四川多功能輸出時間同步設備裝置/系統完全知識產權
時間頻率產品在通信行業
在通信領域，目前的數字通訊系統，是建立在以SHD數字同步系統基礎上的通訊方式。各個通信網路節都有對應SDH同步時鍾，支持SDH同步系統的分為三級SDH同步時鍾,分別採用銫原子鍾、銣原子鍾和晶體振盪器。
目前5G同步網採用5G同步時鍾，採用PTP模式實現遠距離高精度時間頻率同步，與目前SDHzui主要的差別是增加了時間同步。
5G不僅是把移動互聯網做的帶寬更大、速度更快，其另外兩大特性「低時延高可靠」、「海量鏈接」帶來的影響將更加深遠。5G能夠實現真正的萬物互聯，也是實現國家經濟數字化轉型、工業製造2025目標的一個zui重要的戰略基礎。
5G網路的時間同步常規要求仍為1.5s，這和4G沒有太大變化。但隨著網路技術發展和特殊應用場景應用需要，也提出了更高一個數量級的130ns的要求即便是130ns的要求，無論北斗二代還是北斗三代都可以輕松應對。5G作為國家和社會至關重要的高速、高效的基礎信息網路，其自主性和安全性不言而喻。單從網路同步、基站授時這個方面來看，採用北斗系統或者北斗/GPS雙模替代單一GPS系統，需要盡早提上日程並付諸實施，在今後的5G擴大規模試驗、發改委5G示範城市項目，乃至2020年全 面商用中，需要堅定地落實和推進應用!四川NTP網路授時時間同步設備裝置/系統輸出類型多樣目前可為公司已完成北斗三代產品的研發及國產化的技術改 革，為適應未來國內國際發展做了充分准備。
2）時統系統時統設備主要應用於軍 事、衛星測控領域。通過幾年的產品應用實踐，發現這類產品還是偏重於傳統思想，一些新的技術並未使用，今年來可為公司已經成功將其他行業的成功應用技術引入到新產品中，如IEEE1588等。並取得了高精度的同步指標。 重要產品分類如下：各類時頻終端（1）時間伺服器（帶監測功能）時間頻率分配器（2）遠距離高精度時統設備這類設備主要用於軍 事領域，如雷達組網等，這是公司在現有產品基礎上（50公里，5納秒同步精度）。4）產品的行業應用在時間與頻率的使用上各個行業有不同的需要，所以公司在未來產品定位上將就針對行業需要，定製不同行業類型的產品。
成都可為科技股份有限公司是一家成立於2000年的成都，是專業從事信息化、智能化解決方案的、軍民融合企業、高 端裝備製造企業、知識產權試點企業和安全生產標准化二級企業。公司生產的衛星同步時鍾已廣泛應用於、電力、安防、通信、教育、醫療、廣電、大數據等領域，公司秉承「可為、有為、大有可為」的經營理念和「攜手合作，大有可為」的價值觀，以「立足科技、矢志創新、有所作為」為宗旨，不斷拓展時間頻率產品和智能監控產品的應用領域，致力於成為國內前列的信息化、智能化解決方案提供商和服務商。成都可為是專業從事信息化、智能化解決方案的、軍民融合企業、高 端裝備製造企業。
應用場景:廣電領域：時鍾系統主要是為全台提供統一的時鍾信號源，保證播控室機房、演播室機房以及各子系統保持統一時間，同時也為現場工作人員提供准確時間信息，亦可遠程為轉播車內系統提供校時時間。教育領域：時鍾系統主要功能是向在教學樓、實驗樓、後勤樓等的教職工、學生和工作人員提供准確的時間信息，同時也為自動化設備、智能化網路與辦公系統提供安全、標准、統一的時間源。使各部門的工作井然有序、協調一致，各工作和教學環節密切配合，確保各業務高速有序精確運行。時鍾系統的安全性與准確性，為各事件的發生提供了時間追溯依據，是教學活動和考試組織等的基礎。金融領域：數據中心的大部分伺服器都有自己的本地時鍾，獲取網路時間源信號。由於網路傳輸的路由特性，網路時間信號源的精度不高，不同伺服器的時間會有細小差別。時鍾系統可以為所有伺服器以及監控等終端設備提供准確、統一的時間，保證各業務的有序進行，以及數據中心內部安全性。機場領域：時鍾系統可以為進/出港旅客及機場工作人員提供准確的時間服務，同時為計算機系統及其他弱電子系統提供同一、 准確的時間源。確保整個機場系統運行的准時、安全。主備式時間同步系統具有冗餘配置和熱備用無縫切換能力。提高系統穩定性能。四川抗干擾耐腐蝕時間同步設備裝置/系統批發廠家
時間同步及監測裝置由時間同步系統、時間監測系統、時間管理系統、時間管理終端共4功能模塊組成。四川多功能輸出時間同步設備裝置/系統完全知識產權
為達到時鍾同步系統智能化系統的建設目標，同步系統應具備統一授時、統一監測、統一管理三大功能，實現各系統的時鍾同步系統從授時到用時的閉環管理，可管可控，發揮應有的作用。
1 統一授時
授時作為時鍾同步的基礎功能，時鍾同步系統主要為全系統提供統一的時間坐標軸，時間溯源到UTC。
2 統一監測
時鍾同步系統為系統內的各業務系統和設備提供了統一的時間坐標，但各業務系統和設備的同步情況是否達到設計目標，需要進行監測；業務設備和系統的分布位置，時間的動態連續性，無法通過靜態觀察來完成監測，系統內的時鍾同步系統應完成各業務系統和設備同步性能的統一監測，保障業務系統及設備的同步時間基礎。
3 統一管理
統一管理的主要作用是為整個系統的時鍾同步系統相關設備進行統一管理，保證對被監測的時鍾同步系統和相關業務設備系統同步性能的運行工況進行專業的管理、分析，提供合理的維護策略。
成都可為科技股份有限公司生產的CT-TSS4200時間同步監測系統是國內率先完成「統一授時、統一監測、統一管理」的智能時鍾同步管理系統！該系統授時精度高、監測功能全 面、管理安全等特點，已在多行業成功應用並得到驗證！
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成都可為科技股份有限公司致力於電子元器件，是一家貿易型公司。公司自成立以來，以質量為發展，讓匠心彌散在每個細節，公司旗下時間同步系統，子母鍾，數顯鍾，衛星授時深受客戶的喜愛。公司將不斷增強企業重點競爭力，努力學習行業知識，遵守行業規范，植根於電子元器件行業的發展。成都可為科技立足於全國市場，依託強大的研發實力，融合前沿的技術理念，飛快響應客戶的變化需求。
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