新一代精确制导武器用的卫星定位惯性导航组合

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卫星定位/惯性导航（GPS/INS）组合制导技术，是目前最先进的、全天候、自主式

制导技术，有广泛应用前景，是国外正在发展的第四代中/远距精确制导空地武器、

尤其是第四代精确制导炸弹普遍采用的一项关键技术。

最早采用GPS/INS组合制导技术的机载精确制导武器，是美国海军的舰载攻击机A-7E

装备使用的“斯拉姆”（SLAM）AGM-84E空舰导弹。该弹采用GPS/INS组合制导为中

段制导，红外成像加视频数据链遥控为末段制导，在1991年初爆发的海湾战争中，以

其很高的命中精度取得引人注目的战绩。海湾战争之后该弹的改进型——“增敏斯拉姆”（SLAM-ER）AGM-84H和“大斯拉姆”（Grand SLAM）空舰导弹，中段制导均采用

GPS/INS组合制导。

目前已经采用GPS/INS组合制导技术的新一代机载精确制导空地武器有：美国的AGM-86C空射巡航导弹、AGM-130空地导弹、 AGM-142空地导弹、CBU-97/B传感器引爆（SFW）子母

炸弹和GBU-29/31“杰达姆”（JDAM）制导炸弹。“杰达姆”由B-2A隐身战略轰炸机携带

，首次大量用于1999年3月24日至6月10日对南联盟持续78天的狂轰滥炸中，并于5月8日

野蛮轰炸我驻南使馆。计划加装该组合制导的机载精确制导武器有：AGM-154“杰索伍”（JSOW）联合防区外发射武器、“贾斯姆”（JASSM）联合防区外空地导弹和“杰达姆”

（JDAM）第2、3阶段制导炸弹等。

一、全球定位系统（GPS）技术

美国1993年建成的“全球定位系统”（GPS），是美国国防部管理的军民两用的天基

无线电导航系统。它由导航星座、地面控制站和用户定位接收机组成。导航星座目前

由24颗卫星组成，其中有21颗工作卫星和3颗备用卫星，在离地高度约20183千米处有

6个椭圆形轨道平面，轨道倾角55°，均匀分布4颗卫星，运行周期12小时/转，3颗卫星的覆盖区域超过全球，故使全球各地用户至少可同时接收到6颗卫星播发的导航信号，

最多可同时接收11颗卫星播发的导航信号。地面控制站用于测量和预报卫星轨道并对

卫星上的设备工作情况进行监控，为用户接收机提供卫星相对于地面的位置数据。

用户定位接收机利用接收的、来自由其星历数据准确获知空间位置的卫星发射的、以

光速传播的信息，测出该信息传播的时间，计算出其与该卫星的相对位置，即距离。

利用距离三角形测量原理，用户GPS接收机同时接收3颗卫星的信号，可以计算出用户

GPS接收机所在的三维空间位置；同时，利用对在测量时间内获得的距离进行时间微

分，根据线性速度与多普勒频率的关系，用户GPS接收机可测量出卫星的多普勒频率

，从而计算出自身的运动速度。由于用户接收机的时钟基准，相对于GPS的原子钟基

准存在误差，因此，将其实际测量距离称之为“伪距”（pseudo range），将在其

实际测量时间间隔内对该伪距离微分所得之速度测量值称之为“差伪距”（Delta

pseudo range），亦称“伪距率”。为了确定用户GPS接收机所在的三维位置并对

其时钟误差进行校准，必须至少同时跟踪接收GPS导航星座中的4颗卫星的信号，才

能完成导航计算任务。若同时跟踪接收GPS导航星座中的4颗以上的卫星，则在使用

相同的惯性导航系统时的导航计算的精度会更高。

GPS导航星座中的每颗卫星均装有作为测量系统时间标准的同步的铯（Cs133）原子

钟和传送定位信号的载波发射机，载波信号工作在L波段的2个频率：L1为1575.42 MHz，L2为1227.6 MHz。L1载波信号采用1.023 MHz、带宽1 MHz的伪随机噪声编

码进行调制，重复调制间隔时间为1024位或1毫秒，该调制编码称之为“粗截获

（C/A）码”，为全球民用用户提供“标准定位服务”（SPS）。 L2载波信号采用

10.23 MHz、带宽10 MHz的伪随机噪声编码进行调制，重复调制间隔时间为7天，

该调制编码称之为“精（P）码”，为美国和其盟国军事用户提供“精确定位服务”（PPS）。卫星播发的导航信号的传输速率为50位/秒，L1和L2载波信号除运载导航

信息外，还有描述卫星轨道、时钟校准和其他系统参数的各数据位。

为防止民用C/A码GPS接收机转为军事用途，美国国防部引入“选择可用性”（SA）

技术，即在现有C/A码GPS接收机性能水平上，将一个约0.2毫秒颤抖噪声的人为误差

加入到时钟信号，使接收到的定位信号偏差以0.46米/秒的速度增加，使其定位精度

下降到约100米。为防止敌方干扰，还对P码加密，使其工作在“抗电子欺骗”（AS）

方式，密码文件定期更新，加密的P码正式称之为Y码，通常称之为P（Y）码。只有加

装保密的AS模块的军用GPS接收机，才能正常接收P（Y）码信号，其定位精度约20米。由于P（Y）码和C/A码的重复调制间隔时间分别为7天和1毫秒，而且P（Y）码比C/A码的编码要长得多，C/A码很容易截获，P（Y）码若无辅助措施几乎不可能截获。因此

，军用GPS接收机必须先接收C/A码信号，从中获取能实现快速截获P（Y）码信号所需

的“交班字”（HOW）信息，然后才能转入接收P（Y）码信号。同时，由于L1载波C/A 码调制幅度大于L2载波P（Y）码调制幅度，军用GPS接收机可以从2个频率测量值，消除空间电离层、对流层造成的定位误差，使其定位精度提高到约18米。影响GPS接收机定位精度的主要误差源为空间段、系统段和用户段，主要包括：电离层传播延时、对

流层传播延时，后者包括卫星时钟、卫星星历表、接收机等。目前，降低卫星时钟和

星历表误差的方法，主要有广域GPS增强（WAGE）、差分GPS（DGPS）和相对GPS（RGPS）等。

二、惯性导航系统（INS）技术

惯性导航系统（INS）是一个自主式的空间基准保持系统，由惯性测量装置、控制显示

装置、状态选择装置、导航计算机和电源等组成。惯性测量装置包括3个加速度计和3 个陀螺仪。前者用来测量运载器的3个平移运动的加速度，指示当地地垂线的方向；后

者用来测量运载器的3个转动运动的角位移，指示地球自转轴的方向。对测出的加速度

进行两次积分，可算出运载器在所选择的导航参考坐标系的位置。

按照惯性测量装置在运载器上的安装方式，可分为平台式和捷联式两类惯性导航系统。