导航星座自主导航的时间同步技术

导航星座自主导航能够有效地减少地面测控站的布设数量,减少地面站至卫星的信息注入次数,降低系统维持费用,实时监测导航信息的完好性,增强系统的生存能力。卫星时间同步是实现导航星座自主导航的关键技术之一,而星载原子时钟的频率稳定性能直接影响着卫星时间同步精度。本文基于星载原子时钟频率稳定性的Allan方差表达,建立系统状态方程,并以星间双向测量伪距差作为基本观测量,组成系统测量方程。从而,可以设计适用于导航星座卫星时间同步的Kalman滤波算法。系统仿真结果表明:通过滤波处理星间双向测距数据,不断地更新卫星时钟参数,能够实现星座卫星自主高精度时间同步。     

星间频差测量方法及地面验证

介绍编队飞行的小卫星星间频差的产生机理,分析星上时差测量的方法和误差,提出一种简便易行的星间频差地面测量系统,阐明系统的硬件组成和软件设计,以便于小卫星星座整星测试中星间频差的验证。     

多GNSS掩星大气探测卫星星座设计

为减少无线电掩星(RO)大气探测星座的卫星数量并增加探测数据量,将北斗（BD）和GPS、Galileo、GLONASS共同作为探测信源,提出一种多全球导航卫星系统（GNSS）掩星大气探测星座概念和优化设计方法。融合先验大气模型和二维射线追踪算法,建立兼容多GNSS信源的掩星事件前向模拟算法,实现掩星事件快速精确仿真;给出多GNSS掩星大气探测星座参数对探测性能的影响特性,降低了星座模型的复杂度;并利用改进的蚁群算法实现星座参数寻优。设计结果与COSMICII星座相比,卫星数量减少2颗,探测数据量增加了40%,探测均匀性提高了67%。     

基于1553B总线的卫星星时同步方法

目前卫星的绝对时间由GPS提供,并通过总线广播的方式将时间信息码发送给各卫星载荷分系统,但各载荷收到时间信息进行相应的处理后都会有一定的延时,所以需要对卫星系统进行时间同步。卫星通常使用的星上时间同步方式为GPS秒脉冲和时间信息广播相结合的方法,但此方法需要占用一定的硬件资源。为了节省硬件资源,并保证卫星星时同步的精度,文章提出基于1553B总线卫星星时同步的方法,使用同步方式字命令和时间信息广播相配合,卫星载荷利用1553B总线控制芯片内部时间标记寄存器计时,计算软件处理延时,降低系统随机误差,进而实现星时同步。经过仿真和测试验证,表明该方法可以将系统时间同步随机误差降低到100?s。该方法采用软件实现,卫星无需提供GPS秒脉冲,节省硬件资源,降低成本,适用于时间同步要求精度高、未对载荷分系统提供GPS秒脉冲的卫星系统。     

卫星系统的定位定时技术

定位定时技术是远距离时间同步的一个有效途径，尤其对卫星星座系统更是如此。GPS系统的时间同步、星历测量、用户定位和用户授时主要依赖的就是此技术。文章对卫星系统的定位定时远距离时间同步技术的基本原理作了简单介绍，探讨了此项技术实现的关键及其应用价值。可为我国卫星星座系统的建立提供借鉴。     

基于伪码锁相技术的高精度测距修正方法

双向单程体制星间通信测距接收机中,基带负责通信测量的现场可编程门阵列(FPGA)工作时钟通常与外部时频单元送给接收机的10.23MHz时钟是异步关系,这样会导致FPGA内部产生的测距时刻与10.23MHz产生的测距时刻(即秒脉冲上升沿时刻)不完全同步,为了以时频单元输入的测距时刻为基准,需要对FPGA内部产生的测距时刻与时频单元产生的测距时刻进行同步处理。文章提出一种采用伪码锁相跟踪测量的测距修正方法,用FPGA的工作时钟去采样跟踪时频单元10.23MHz时钟,最终输出测距时刻脉冲和相位差,其中测距时刻脉冲用于采样测距信号,而相位差则转换为时间差用于对测距结果进行修正。经理论分析、仿真及FPGA验证,结果表明:此方法可以实现两个异步时钟测距时刻的高精度同步,测量精度高可达皮秒量级,且实现简单,占用FPGA资源较少。     

星座时频测量技术研究

在卫星导航定位、天基无源定位等航天器系统构建中,需要星座具有统一的时间频率 系统,即卫星间实现时间与频率同步。在分析系统对星间时间与频率同步需求的基础上 ,提出了在星间建立双向单程测距链路,利用伪码测量获取的星间伪距、载波测相获取的星 间伪距变化率联合处理出时差、频差的算法,克服了一般双向比对方法中需要不断调整星间 时差的不足,工程实现星间时差测量标准不确定度可优于1 ns,星间基准频差测量标准不确 定度可优于1×10 -11 。
     

基于IM/DD体制的星间激光通信测距技术

随着当前低轨卫星组网星座计划的日益增加，对卫星间高精度校时、测距需求也越来越迫切。提出基于直调直检IM/DD（Intensity Modulation with Direct Detection）的测距技术的实现方法，使其能同时兼顾测距精度及系统成本。基于IM/DD的测距是利用高精度的秒脉冲到达时间来测量距离。使用IM/DD光通信的数据传输方式，在正常的数据帧传输中插入少量的测距信息，无需中断正常的通信模式，也无需网络时钟频率同步，数据帧的发送周期也无需与秒脉冲保持同步关系，即可使用双向单程测距方法进行测距。使用秒脉冲对本地时钟进行频率测量，对测距过程参数进行修正，只需要采用普通晶体振荡器作为本地时钟源，不需要使用高精度测距通常所需的全网络同步时钟信号或者高稳定度时钟源，便可以达到IM/DD通信码元时间量级的测距准确度和精确度，同时降低了时频同步系统的复杂度、对元器件的要求以及整个通信测距系统的成本，解决了现有技术中测距精度及系统成本不易同时兼顾的问题。     

星上实时处理半实物测试系统的设计与实现

国产高性能处理芯片在卫星产品中的广泛应用,促进了星上实时处理技术的快速发展,同时对地面测试和验证系统的有效性提出了较高要求.针对卫星有效载荷分系统星上实时处理的需求,构建了以星上实时处理半实物系统为主体的测试环境,用于星上嵌入式软件开发的仿真验证,并自动地对处理结果进行对比和分析,完成效果评估,为卫星在轨可靠运行提供支...     

利用空气阻力进行卫星星座的站位保持研究

对于航天器来说,空气阻力通常是一种不利的摄动因素,但是也可以利用它来实现卫星星座的相对站位保持,基本思路是通过控制卫星的弹道系数来达到站位保持的目的。本文首先用最优控制理论探讨了对相同圆轨道上两星相位差的控制方法,并进而推广到星座中卫星的站位保持;其次,提出了利用空气阻力进行Walker-δ星座相对相位保持的充分条件,并提出了一个简单的控制规律,进行了仿真分析,结果表明利用空气阻力进行相对相位保持可以实现稳定性很好的星座相位控制。     

星地动态双向时间同步与测距算法

针对卫星运动对星地距离和钟差测量的不利影响,提出一种基于最小二乘拟合的星地动态双向时间同步与测距算法。在建立星地可视模型基础上,仿真了MEO运动卫星与地面时间同步站之间星地距离的变化规律,分析了卫星运动对星地双向时间同步与测距的主要不利影响。该算法首先利用星地双向时间同步数据分别生成星地距离和钟差拟合多项式,然后联合求解出运动卫星误差最小的星地距离与钟差。实验结果表明了该算法的合理性和科学性,在包含仿真误差的条件下,其时间同步精度优于3ns,测距精度优于3m。将其应用到各种空天应用系统的星地时间同步与测距中,可以消除卫星运动对双向时间同步与测距的不利影响,提高时间同步与测距精度。     

基于综合信道模型的星地信道性能研究

全球导航卫星系统由位于不同轨道上的多颗卫星组成。卫星轨道和地面用户位置的差异造成了星地链路传播机制和统计特性的差异。信道的统计特性对于卫星系统的性能有着重要的影响。文章建立了星地信道综合模型,考虑了不同大气条件和传播机制的影响。基于此模型,给出了调制方式为二元相移键控时的误比特率与信噪比的关系。研究方法和结果可为全球导航卫星系统的仿真和设计提供借鉴。     

一种低轨卫星高灵敏度辅助定位服务系统

本文针对全球导航卫星系统(GNSS)接收机低信噪比环境下的快速定位需求，在充分分析扩频信号相干积分关键影响要素的基础上，设计了一种低轨卫星高灵敏度辅助定位服务系统。针对空间段信号发射机低相噪信号生成技术所需的参考源、时钟树给出了详细设计及指标分析，通过发射信号误差向量幅度EVM对比测试，所设计的发射信号(EVM)指标可控制在优于1.19%。针对系统服务能力进行了星地一体化性能测试，实验结果表明，该系统可有效实现终端在灵敏度提升12 dB前提下有效定位且辅助定位时间优于3.5分钟。     

双星InSAR时间同步误差对相位同步的影响

针对双星编队的InSAR雷达系统，提出了SAR与相位同步一体化的系统框架，在双星时间同步误差的基础上，提出了一种综合考虑时间同步误差、SAR和相位同步发射及接收链路时延的双星相位同步设计方法，给出了相位同步补偿后的辅星回波信号相位和双星干涉相位，推导了两种时变相位误差功率谱密度，经过理论分析和仿真试验证明：相位同步补偿后，时间同步误差不影响相位同步精度，只影响辅星目标位置。辅星回波固定相位误差较大，但不影响成像，双星干涉固定相位误差为千分之几度，对干涉测高精度影响可以忽略，辅星回波和双星干涉时变相位误差与主星相近。     

卫星通信地面终端射频一致性测试及仿真分析

介绍了卫星通信系统体制、地面终端的基带处理过程,以及发射机射频指标和测试算法,利用MATLAB和ADS软件搭建了基带信号生成模块、发射机模块,对终端发射机的发射功率、误差矢量幅度、占用带宽、邻道干扰进行了仿真。仿真结果表明,上变频器的射频带宽过小会使调制信号的误差矢量幅度增大,放大器工作在非线性区会对占用带宽和邻道干扰有较大影响,使发射机不满足射频一致性要求。本文的研究结果对设计卫星通信地面终端具有一定的借鉴意义。     

全球导航星座星间链路技术发展建议

美国全球定位系统（GPS）的Block IIR和Block IIF系列导航卫星安装了UHF频段的星间链路收发设备,未来的GPS Ⅲ系列导航卫星将用Ka频段星间链路替代UHF频段星间链路,提高星间数据通信容量,增强抗干扰能力;俄罗斯全球导航卫星系统（GLONASS）的新一代GLONASS-K系列导航卫星开始安装S频段星间链路收发设备;欧洲的伽利略（Galileo）卫星导航系统也在规划全球导航星座的星间链路体系;我国北斗（Compass）卫星导航系统正处在由区域覆盖向全球覆盖的过渡阶段,全球星座的星间链路正处在多种系统体制的抉择中。文章在对国外各种星间链路研究的基础上,从导航星座星间链路需求和特点出发,提出建议：1）建设高频段星间链路;2）加强星间天线与卫星总体的联合设计;3）星间网络协议要具有灵活性;4）尽可能保持每颗卫星的星间链路设备状态一致。文章考虑了现有国内技术储备和国外未来技术发展方向,提出的观点可以作为我国全球卫星导航系统对星间链路选择的参考,对我国Compass系统建设技术先进的星间链路有一定的指导意义。     

基于分布式星群的全相参雷达低副瓣波束形成设计方法

不同于地面稀布阵相参阵列雷达，分布式星群平台具有高速运动特性，相应地全相参合成效率受限于星间的空时频同步误差、波束指向误差等系统误差约束。提出了一种基于分布式星群的全相参雷达低副瓣波束形成设计方法。首先，从星群系统规模、星间安全距离、远场条件、探测链路等因素入手推导了有效探测距离区间。接着，给出了同步误差、波束指向误差以及卫星高速运动特性对全相参合成效率的定量影响评估方法。最后，利用空时频多维联合方法实现了低副瓣稳健波束形成，可有效增加无模糊视场范围，适用于实际星群规模有限的应用场景。仿真结果验证了所提算法的有效性。     

分布式SAR相位同步误差的影响分析与试验验证

相位同步是分布式SAR系统必须考虑的突出问题之一。建立了双向脉冲交换相位同步全数字仿真模型,仿真得到相位同步误差信号。基于全数字仿真系统分析了不同类型相位同步误差对InSAR测高性能的影响。最后利用地面半实物仿真试验得到实际分布式SAR系统相位同步误差及其对InSAR测高的影响,实测相位同步误差标准差为2.6度,引起的InSAR相对测高精度损失在厘米量级;并且半实物试验结果与全数字试验结果一致,表明了相位同步方案及其影响分析的正确性。本文工作对分布式SAR相位同步分系统的设计与实现具有重要指导意义。     

一种导航星座星间链路拓扑设计方法

利用星间测距和通信实现卫星自主导航是下一代导航星座的发展方向之一.为了确定星间测距和通信链路的网络拓扑结构,对walker24/3/2星座的卫星之间几何可见性、卫星天线之间的可见性进行了研究,给出了可见性判断条件,并针对三条轨道相互垂直的情况,推导了星间几何距离随时间变化的公式.对天线扫描区域为±60°对地圆锥的情况进...