通用化测控应答机的设计

文章介绍了测控应答机的现状及研究背景，并对研制中的困难及今后的发展需求进行了分析，提出了通用化测控应答机的设计方案及关键技术，可供通用化测控应答机设计和批量生产参考。     

皮卫星测控应答机信号互干扰研究

皮卫星上的测控应答机由于受体积、成本和功耗等因素限制,其性能指标比传统测控应答机差,测距、遥控和遥测信号相互干扰较为严重。重点分析了三类信号相互干扰产生的机理,获得相互干扰的不同特征,以及带来的影响。最后,根据分析结果验证了皮卫星测控应答机参数设计的合理性。     

月球与深空任务测量船双捕策略研究

在航天任务的发射及早期轨道段,由于有应急指令发送以及定初轨的迫切需求,能否快速、稳定、可靠地完成测量船对目标探测器的双向捕获直接关系到任务的成败。本文介绍了常规地球卫星任务的测量船统一测控设备双捕流程,分析了该流程不适用于后续月球与深空探测任务的原因,并针对我国月球与深空探测器的测控需求和器上应答机特点(由S 频段发展为X 频段,由模拟应答机发展为数字应答机) ,分别设计了相应的测量船双向捕获策略,即对模拟应答机采用多普勒预置情况下的三角波扫描法,对数字应答机采用常数多普勒预置法或拐点平滑扫描法。文中提到的策略在我国嫦娥五号任务和首次火星探测任务的天地测控对接试验中得到了充分验证,将在任务中得到实际应用。     

新型星载S波段测控应答机的实现

在改进了传统应答机复杂结构的基础上,设计并实现了适用于皮卫星的体积小、重量轻、功耗低的新型星载S波段测控应答机。该机采用了数字锁相倍频技术和防误锁技术。整个应答机(包括接收和发射部分)在9×9cm2的电路板上实现,功耗小于1w。测试并获得了较好性能,可满足轨道高度小于1000公里的低轨卫星测控要求。     

Gardner位同步算法及其在中继卫星模拟器中的应用

在空间技术的发展中,中继卫星系统发挥着越来越重要的作用.中继卫星模拟器是指中继卫星的测控链路模拟设备,主要用于对所研制或生产的天基测控终端进行测试和校验,其研制具有重要的工程价值及实践意义.在中继卫星的前返向链路中,调制方式多,码率变化范围大,给位同步算法带来了挑战.位同步算法是接收链路处理的关键技术之一,其通过在最佳采样点进行采样和判决以恢复原始数据.论文研究了基于内插的Gardner位同步算法,设计了由插值滤波器、误差检测器、环路滤波器和插值控制器组成的位同步环路,从而计算出最佳采样点的位置,实现数字码元同步.论文通过仿真分析了该算法的性能,并在FPGA中进行实现验证.结果表明,所设计的Gardner位同步算法结构简单、易于实现,不仅支持100kbps-20Mbps的宽码速率变化范围,而且适用于BPSK、QPSK、OQPSK、UQPSK、QAM等常见的天基测控信号的接收处理,已经成功应用于航天一院卫星模拟器设备基带模块中.     

一种软件科斯塔斯环的模型建立与实现

文章通过双线性变换法建立了科斯塔斯环的Z域模型，分析了Z域模型下环路各项性能指标和环路参数之间的关系，系统总结了设计步骤和参数的选择方法。试验仿真结果证明捕获与跟踪性能符合理论分析。最后给出了科斯塔斯环在FPGA中的硬件实现结构。     

多测控应答机应用的遥控信号竞争对策

文章针对多测控应答机应用带来遥控信号的竞争选择问题,应用排队论建立与问题对应的模型,提出基于优先级的遥控信号竞争对策,并进行了遥控优先级策略的选择分析。     

GNSS接收机数字载波跟踪环建模与噪声性能分析

针对GNSS接收机高灵敏度跟踪问题,研究数字载波跟踪环热噪声相位颤动与相干积累时间长度的关系.在分析I·Q鉴相器的Costas载波环信号处理流程的基础上,建立了新的环路线性化模型.基于该模型,推导了由最佳模拟环路滤波器双线性变换离散化得到的数字载波跟踪环的噪声性能.数值分析表明:采用I·Q鉴相器的二阶、三阶数字载波环热噪声相位颤动,随相干积累时间的增大先减小后增大,存在热噪声相位颤动最小意义上的最佳相干积累时间.仿真结果验证了理论分析结论,同时表明新建模型对数字载波跟踪环的描述比传统模型更准确.文中给出的各载噪比和环路带宽组合条件下的最佳相干积累时间,可用于指导高灵敏度接收机载波跟踪环设计.     

谐振式光学陀螺环路的建模与仿真

介绍了谐振式光学陀螺整个系统的环路结构,根据谐振式光学陀螺工作原理,建立了谐振式光学陀螺的环路模型,通过分析模型锁频前后的仿真曲线,表明该模型输出结果符合理论要求。该模型可用于系统的优化设计,为其提供理论和数据支撑。     

一种旋转飞行器应答机天线系统的设计

在当前应答机天线系统的工作模式下,飞行器旋转会引起其天线波束方向不断变化,导致地面测控设备信号间断,不能获取连续测量数据,难以实现精确跟踪测量。针对旋转测量存在的问题,本文设计了一种分集式应答机天线系统,理论分析和仿真结果表明,通过采用该系统,有效解决了现有天线系统的不足,能够实现对旋转飞行器的连续稳定跟踪。     

MLE辅助PLL的高动态GPS载波跟踪

针对传统锁频环（FLL）鉴别器存在一步延迟效应和近似误差的问题,提出一种基于极大似然估计器（MLE）辅助锁相环（PLL）的高动态载波跟踪环路。该方法从极大似然估计理论入手,构造多普勒频移的非相干极大似然代价函数,采用非迭代估计方法求取各通道多普勒频移偏差的极大似然估计,与PLL进行融合滤波并计算频率修正量,进而控制本地数控振荡器（NCO）完成载波跟踪。仿真结果表明：在同等环路阶数和滤波器带宽条件下,新方法的响应速度、动态忍受力优于基于FLL辅助PLL的方法,可以跟踪加加速度达到100 g/s的超高动态 信号。     

一种基于FQFD/FLL/PLL的混合载波跟踪算法

载波跟踪技术是GPS软件接收机的关键技术之一,载波跟踪算法在很大程度上决定了GPS软件接收机的性能.基于一种典型载波跟踪环的结构,分析了当前载波跟踪环常用的四相鉴频器、锁频环、锁相环的工作原理及其性能,设计了一种基于三者的混合载波跟踪算法.仿真结果表明,所设计的载波跟踪算法在多普勒频率为一固定值、阶跃函数、斜坡函数和加速度函数时都能准确跟踪载波,证明所设计的载波跟踪算法行之有效.     

双天线GPS/MEMS-INS深组合导航方法研究

针对低成本惯性/卫星组合导航系统在复杂环境中易受环境干扰、航向精度较差等问题,对双天线GPS/MEMS-INS深组合导航方法开展研究。考虑不同信号强度下的跟踪特性,基于矢量延迟锁定环(VDLL)、二阶锁相环(PLL)、速度辅助的一阶锁相环,设计了分别适应强信号、弱信号、失锁状态的跟踪环路结构。同时提出一种实用的信号强度判别方法,防止失准通道参与导航滤波器计算,提高导航精度。为保证航向精度,使用双天线接收卫星信号,将双天线载波相位差加入到导航滤波器的量测量中。采用视线矢量水平投影变换,构造了隔离俯仰信息的相位差量测方程,在不对俯仰角造成干扰的条件下修正航向角误差。车载导航试验表明,所设计的导航系统可以在城市环境中提供连续、高精度的导航输出。     

宽带锁相频率合成器设计

介绍了一种应用于末制导雷达的宽带锁相频率合成器的设计方法。分析了方案的选择以及系统的相位噪声指标,详细介绍了锁相频率合成芯片的特性以及环路滤波器的设计方法,并进行了参数计算和仿真分析。最后给出了电路实物和测试结果,测试结果符合系统指标。该频率合成器具有输出频带宽,相位噪声低,杂散小的特点。     

一种用于深空高动态微弱信号的频率估计算法

研究了低载噪比与高动态环境下的深空测控系统频率估计算法,在分析已有方法不足的基础上,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的闭环载波跟踪方法。此方法结合了锁频环鉴别器和UKF的优点,获得了宽的估计范围,高的估计精度和低的载噪比门限。在分析UKF模型的基础上,此方法还减少了原有UKF算法的运算量。仿真过程模拟了接收机的高动态运动轨迹,结果表明此法具有较好的动态适应能力、收敛性能和跟踪精度,能够有效地完成低载噪比与高动态环境下的频率估计。此法与基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的频率估计算法相比,具有更低的频率估计误差,因此有着良好的应用前景。     

一种INS辅助GNSS高动态弱信号标量跟踪方法

为提高恶劣电磁环境下的高动态卫星导航接收机的干扰抑制能力,提出一种低成本INS自适应辅助标量跟踪环路方法。该方法以INS辅助二阶锁频环(IFLL2)算法为核心,采用INS/GNSS紧组合结果提高外部辅助跟踪环路的多普勒频率估计精度,以降低动态应力对跟踪环路的影响。建立了INS辅助锁相环和锁频环性能分析模型,基于该模型可知IFLL2对本地振荡器的抖动噪声抑制能力更强,可更多地降低跟踪环路带宽,故其性能优于INS辅助锁相环(IPLL)的性能。高动态仿真试验结果表明高动态环境下独立式三阶锁相环可跟踪载噪比为28dB Hz的GPS L1 C/A卫星信号,INS辅助最优带宽二阶锁频环算法可跟踪载噪比为19dB Hz的卫星信号,基于本算法的接收机的干扰抑制能力提高了9dB,与理论分析结果相当。     

Study on TT&C resources scheduling technique based on inter-satellite link

The navigation constellation will have the capability of supporting Tracking Telemetry and Command (TT&C) operations by inter-satellite link (ISL). The ISL will become an important solution to reduce the shortage of ground TT&C resources. The problems need to be studied urgently in the field of space TT&C network resources scheduling management are how to determine the availability of ISL and how to allocate TT&C resources of ISL. The performance and scheduling constraints of navigation constellation?s ISL are analyzed, and three utilization strategies of ISL to perform TT&C operations are proposed. The allocation of TT&C resources based on ISL falls into two successive phases. Firstly, master satellite determination equation is established by using 0–1 Programming model based on the availability matrix. Mathematical method is used to solve the equation to determine the master satellite and the topology of ISL. Secondly, Constraint Programming (CP) model is used to describe the ground TT&C resources scheduling problem with special requirements of TT&C operations based on master satellite, and a heuristic algorithm is designed to solve the CP model. The equations and algorithm are verified by simulation examples. The algorithm of TT&C resources scheduling based on ISL has realized the synthesized usage of both the ISL and ground resources on TT&C field. This algorithm can improve TT&C supports of territorial ground TT&C network for global navigation constellation, and provides technical reference for the TT&C mission planning of global constellation by using ISL.     

Integrated RF-optical TT&C for interplanetary telecomms

Science return and high bandwidth communications are one of the key issues to support the foreseen endeavours on next generation missions [J.L. Gerner, Telemetry, tracking and command of satellites—a perspective, TT&C 2004 Workshop, 7–9 September 2004]. Interplanetary telecommunication systems are required that support the foreseen endeavours. Given the same constraints in terms of mass, power and volume a laser communications terminal can offer an increase in telemetry bandwidth over classical RF technology allowing for a variety of new options, specifically to missions that require large distances, such as to the Moon, to liberation points L1 and L2, ultimately aiming at deep space missions. An increase in telemetry data rate allows the mission to consider the processing of raw scientific data to take place on ground, making use of latest technology further developed during the cruise phase of the probe, rather than applying data pre-processing on-board the satellite. Enhanced sensing techniques that generate more science data return could be used and access to data during flight could be faster. Results of on-going activities will be presented, comprising PPM laser communications and advanced tracking concepts. An overview will be given of the system concept for an integrated RF-optical TT&C transponder. Results will be shown from hardware tests on communications performance in inter-island test campaigns.     

高速飞行器非视距短波通信的可行性验证飞行试验

当高速飞行器处于失稳失控等紧急情况时，现有航天器测控方法可能面临地面站天线无法及时跟踪和对准飞行器的问题，这将导致测控通信链路的中断，无法传输紧急的安控遥控指令。为了在飞行器失稳失控、非视距通信时与地面站维持通信，提出将短波通信应用于高速飞行器测控通信系统的应急通信，并进行非视距短波通信的飞行试验以验证方法的可行性。在试验中，地面站发射7 MHz的短波信号，高速飞行器内部安装的交流磁场计用于接收短波信号，获得了短波的磁场强度与飞行环境的本底噪声。试验结果表明，随着飞行器海拔的增加，磁场强度减小，高速飞行器始终能在非视距和天线不对准的情况下接收到短波信号，证实了短波应用于高速飞行器应急通信的可行性。试验是进一步验证高速飞行器在远距离、超视距以及拒止环境下应急通信的技术基础，同时，也为高速飞行器短波通信系统的研制提供重要的数据支撑。     

Integrated RF-optical TT&C for interplanetary telecomms

Science return and high bandwidth communications are one of the key issues to support the foreseen endeavours on next generation missions [J.L. Gerner, Telemetry, tracking and command of satellites—a perspective, TT&C 2004 Workshop, 7–9 September 2004]. Interplanetary telecommunication systems are required that support the foreseen endeavours. Given the same constraints in terms of mass, power and volume a laser communications terminal can offer an increase in telemetry bandwidth over classical RF technology allowing for a variety of new options, specifically to missions that require large distances, such as to the Moon, to liberation points L1 and L2, ultimately aiming at deep space missions. An increase in telemetry data rate allows the mission to consider the processing of raw scientific data to take place on ground, making use of latest technology further developed during the cruise phase of the probe, rather than applying data pre-processing on-board the satellite. Enhanced sensing techniques that generate more science data return could be used and access to data during flight could be faster. Results of on-going activities will be presented, comprising PPM laser communications and advanced tracking concepts. An overview will be given of the system concept for an integrated RF-optical TT&C transponder. Results will be shown from hardware tests on communications performance in inter-island test campaigns.