比相测距系统的天、地零值校准（下）

4 比相测距系统相位匹配(相位色散值)的校准 比相测距系统,不论采用伪码或侧音测距,都是将测距信号按一定方式(调相或调频)调制在载波上经天线发射到空间,再由目标应答机转发回地面接收系统,最后用测量收、发测距信号(伪码或侧音)的相位移(时延)来测定空间目标的距离。由于这种比相测距系统是以测相来实现测距的,测距信号在传输过程(地面→空间→应答机→空间→地面)任何一个环节上所产生的相移都将直接转换为距离测量值。因此,必须采用前节所述的方法首先将应     

一种提高脉冲雷达多普勒相位精度的方法

针对低信噪比条件下脉冲雷达模糊多普勒相位精度较低,可能导致相位测距时不能正确解相位模糊问题,基于EMD（Empirical Mode Decomposition,经验模式分解）区间阈值去噪方法,提出了一种新的提高多普勒相位精度的方法：利用EMD分解后各层信号的频率特性和能量特性,选取合适的阈值,并对各层信号进行区间阈值化处理,在提高信号信噪比的同时保持了信号的连续性.分别在回波信号噪声为高斯白噪声和AR（2）相关噪声的情况下,以及不同信噪比条件下,对该方法进行验证.仿真结果表明：在低信噪比条件下,当回波信号噪声为白噪声和相关噪声时,EMD区间阈值去噪方法能将回波信号信噪比提高5 dB,去噪性能优于小波阈值去噪方法,其对应多普勒相位精度能提高1倍以上.     

基于自适应扩展卡尔曼滤波的载波跟踪算法

精确的载波相位测量是精密测距中一个很重要的研究点。针对传统扩展卡尔曼滤波(EKF)的固定设计在先验信息不充分和动态变化环境中存在的不足,提出了一种基于自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)的载波跟踪算法。该算法通过实时监测滤波器新息或残差的动态变化,以修正状态噪声方差和观测噪声方差,进而调整滤波器增益,控制状态预测值和观测值在滤波结果中的权重。理论分析和仿真结果表明,本算法充分利用了观测信号的统计特性,克服了传统扩展卡尔曼滤波算法的不足,能够获得更好的载波跟踪性能。     

基于锁相环的光电振荡器频率稳定化研究

通过构建小数分频锁相环,将一个工作于X波段的OEO(OptoElectronic Oscillator,光电振荡器)与OCXO(Oven-Controlled Crystal Oscillator,恒温晶体振荡器)进行锁相,得到了输出信号相位噪声和长期频率稳定度的提升。从PLL(Phase-Locked Loop,锁相环)环路传输特性出发,理论分析了PLL输出信号环路带宽内相位噪声水平和作用范围。为降低OEO整体的相位噪声,采用SIL(Self-Injection-Locking,自注入锁定)使OEO在10Hz~10kHz频偏处的相位噪声得到20dB以上的抑制。在此基础上将此SIL OEO与一个频率为100 MHz的OCXO锁相,获得了频率为9.95GHz、相位噪声为-55dBc/Hz@10Hz和-124dBc/Hz@10kHz的微波信号输出,其频率的重叠阿伦方差在100s平均时间内达到1.14×10~(-11),证明了提出的方案对提升OEO频率稳定性具有一定的实际意义。     

矢量结构对载波相位的预测

高精度定位通常采用载波相位测距，而当全球导航卫星系统（GNSS）接收机信号受到遮挡、存在干扰等环境影响时，载波相位易出现跟踪不连续的问题，从而影响定位精度。针对这一问题提出了一种采用矢量结构对载波相位的预测方法，预测值辅助载波相位的跟踪，为了使预测值对载波相位跟踪效果更好，使用接收信号的质量确定预测值对载波相位的影响比例。最后，试验验证了通过矢量结构对载波相位进行预测，有效地改善了载波相位的跟踪能力，从而对载波相位连续跟踪，并有效地提高定位精度。     

利用数字直接综合技术的空地链路指令数据编码

空地链路分系统(SGLS)在航天器与地面站之间提供全双工通信链路,完成遥控、跟踪、遥测和测距。上行指令信号是-S波段载波,用频移键控(FSK)指令数据对其调相。指令数据格式为三元(空,1,0)信号。指令数据速率为1,2和10Kb/s。本文所用方法利用数字直接综合技术(DDS)来产生SGLS指令数据和时钟信号。三元指令数据和时钟信号都输进编码器,数字式产生一个FSK副载波,该副载波带幅度调制的时钟。指令数据速率确定S,1,0单音的频率。数字直接综合技术能确保相位连续性,频率稳定度取决于微处理器晶振精度。从直流到2MHz以上范围内,频率分辨率可保持在几周以内。这就可以产生1和2kb/s指令格式,以及更新的10kb/s格式。软件加以修改即可适应其它指令格式。利用数字技术使编码器具有更强的自测试和更完善的出错报告能力。     

VLBI观测中相位校准信号的处理

应用高精度甚长基线干涉测量技术(VLBI)的观测系统要求对相位和延迟进行精确校准。通过对相位校准原理的分析,给出了一种基于相关技术的相位校准信号处理方法,利用提取的相位校正信号的幅度和相位,对注有相位校准信号的射电星信号的延迟差观测值进行了修正,仿真结果表明给出相位校正信号的处理方法有效。     

USB测距电离层延迟误差分析

在微波统一测控系统中，地面对航天器的跟踪主要是通过无线电波传播来完成。电波在穿过电离层时，其传播速度和角度都要发生变化，从而影响外测精度。载波相位在电离层中以相速度传播，而调制信号以群速度传播。根据群速度和相速度的关系，对统一S波段测控系统（USB）测距测速数据进行分析处理，从而提出了测距的电离层延迟误差的分析方法。     

面向建筑空间的OFDM信号定位性能分析

针对利用OFDM信号进行定位时信号非连续性问题,提出一种粗检测和精细检测结合的测距方法,将距离测量转换为不同尺度的时延样点,采用时域粗检测快速估算接收OFDM信号的最大相关峰值,然后对传输时延进行频域精细测量,提升了小数倍采样周期时延测量的精度。在此基础上,分析了OFDM信号的定位性能,仿真结果表明,当OFDM信号在信噪比-11dB的情况下测距误差由3m左右(子载波数512)降至1m(子载波数4096)。     

白天激光漫反射测距中微弱信号检测的单开门多触发方法

白天激光漫反射测距因存在强背景噪声,导致微弱回波信号的检测十分困难,严重限制了激光漫反射测距的广泛应用。因此,提出了采用单开门多触发方法解决白天激光漫反射测距的微弱信号检测难题。首先,介绍了一种GM-APD (Geiger-ModeAvalanchePhotoDiode,盖革模式雪崩光电二极管)多触发概率分布函数的快速求解方法。接着,取激光漫反射测距系统典型参数,理论分析了多触发情况下的回波信号检测概率,分析结果表明单开门多触发方法可提高激光漫反射测距在白天情况下的回波信号检测概率。同时,通过对触发次数限制的优选,可以增加有效检测比,减少白天观测条件下回波信号的提取代价。最终,通过系统仿真验证了理论分析结果的正确性。因此,单开门多触发方法是解决白天激光漫反射测距微弱信号检测的可行途径之一。     

基于SUWPT的正弦信号滤波算法

针对航天测控DOR(差分单向测距)信标信号等侧音信号的滤波问题,借鉴扩频系统窄带干扰抑制领域中的SUWPT(频移非抽取小波包变换),提出了一种逆向算法。该算法通过最佳频移将信号移至各子带中间,然后选择能量较大的子带进行分解,通过记录的位置信息选择不同的重构滤波器,从而达到最佳滤波效果;最后将该滤波算法应用于航天测控侧音信号的差分相位提取过程。仿真结果表明,该算法比小波变换滤波、小波包滤波具有更好的滤波性能;滤波后差分相位提取精度相对滤波前提高3~4倍,有利于提高系统的测量精度。     

航天器再生伪码测距体制分析

再生伪码测距体制通过对上行伪码测距信号进行恢复,并重新调制到下行载波发送,可以获得可观的测距信号信噪比增益。对这部分增益的合理使用,可以获得较高的测距精度,也可以获得较短的测距时间,还可以提高遥测信号的功率。本文从测距码、捕获时间以及测距信号与遥控/遥测信号之间的相互干扰3方面介绍了再生伪码测距体制。     

基于LabVIEW的相位式激光测距系统的软件设计与实现

针对传统应用CPLD,FPGA或ARM等嵌入式处理器的相位式激光测距系统,本文运用美国NI公司推出的"图形化"程序开发环境(LabVIEW),设计实现了基于LabVIEW的相位式激光测距系统的软件程序,用于对被测目标距离测量时的程序控制和数据处理。文章简述了相位式测距的基本原理及LabVIEW功能与实现,就相位式激光测距系统的程序控制和数据处理部分做了详细阐述,并给出了LabVIEW数据处理部分的相关测量仿真实验结果,为应用LabVIEW完成相位式激光测距的数据处理提供了一个可行的方案和参考。     

GPS系统的SA模型

随着GPS系统研究的发展,日益需要一个以软件为中心的信号模型。这个模型必须能准确产生通常遇到的观测伪距。由于测距误差,观测伪距不同于真实几何距离(斜距)。测距误差源于各种各样的硬件和环境因素。这些误差可分为确定性误差和随机性误差,并在不同场合归纳成各种误差模型。我们特别感兴趣的是从实际数据导出SA模型。本文对称为系统辨识理论的模型建立过程进行了简要说明,介绍了把这些误差源综合成最终的信号模型的方法,同时给出了仿真结果。     

电离层色散对DS/FH-BPSK信号解调性能影响

相位连续的DS/FH(Direct Sequence/Frequency Hopping,直接序列/跳频)扩频信号的扩频带宽比直扩信号更宽,在电离层的非线性相位以及跳频频点变化这两者的共同作用下,该信号的BPSK(Binary Phase Shift Keying,二相相移键控)解调性能明显恶化。依据随机变量概率分布的数学规律,推导得到了在背景电离层色散条件和跳频频点均匀分布前提下,某种DS/FH卫星测控信号的引导信号和长周期信号BPSK误码率的变化规律,并在特定信号参数条件下进行了误码率仿真。     

同时传输遥测和伪码测距信号的GMSK技术

介绍了一种同时传输遥测和伪码测距信号的GMSK(高斯最小偏移键控)技术,分析了其调制及解调原理,推导了相关调制、解调及频谱公式,并与UQPSK(非平衡四相相移键控)体制进行了比较。通过对其频谱及误码性能的仿真分析得出,在非线性信道和高码速率下,基于GMSK体制的遥测和伪码测距系统比基于UQPSK体制的系统在包络恒定和频谱利用率方面具有明显优势。     

稀疏孔径ISAR机动目标成像与相位补偿方法

现代逆合成孔径雷达(ISAR)可实现多模式下对多目标的交替测量工作,但波束切换使得任一目标的方位孔径具有稀疏性,同时目标的机动性也使得目标的方位维信号具有高次调制特性,这均导致以连续采样信号模型为基础的传统ISAR运动补偿和成像方法难以直接应用。本文提出一种新的稀疏孔径(SA)ISAR机动目标相位补偿和成像方法。该方法首先建立了稀疏孔径ISAR机动目标的信号模型,然后通过求解2范数最大化的优化函数,实现对相位误差的精确估计,并且通过迭代处理提高了相位误差的估计精度。相位误差补偿后,根据压缩感知理论,构造了机动目标情况下的Chirp-Fourier字典,通过对稀疏优化问题的求解,能够较精确地从稀疏孔径信号中重构出机动目标的全孔径(FA)信号。仿真和实测数据处理结果证明了本文方法的有效性。     

柏林工学院航空航天研究所研制的卫星测距设备

本文介绍了柏林工学院航空航天研究所(ILR)研制的两种极高精确度的系统。这两种系统分别利用了侧音测距和伪噪声码测距的原理,都设计成通过宽带通信转发器来完成双向测距(地-空-地)。测距线路要求几兆赫的信道带宽,利用普通的通信所用的转发器通道就可以建立这种线路,而没有相互干扰。本系统的特点是硬件简单,所需射频辐射功率低。其分辨力可达10微微秒量级,长期漂移也在这一数量级上。总廷迟误差小于1毫微秒,系统精确度可望达到此值。基于已研制的伪噪声码测距系统,ILR 正在研制第三套设备,这是专为某一项任务而设计的。用于该系统的地面设施和星上装置亦将投产。下面,我们就来介绍此系统。     

欧洲空间局的新型多用途跟踪系统

本文介绍了欧联空间局(ESA)的新型多用途跟踪系统,将其所用的测距和多卜勒技术与其它系统常用的技术进行了比较。介绍了其系统功能、系统性能、工作方式以及各组件,以解析方式描述和分析了测距信号,同时导出了系统性能的限制。最后,列出了系统的技术指标以及在测控网中的使用情况。     

基于相频约束的航天器定时技术

双向相干测距测速体制是最常用的航天器测量体制,是一种闭环体制.与之相比较,开环测距测速可以在信号更微弱的情况下获取到观测量,在深空任务中有着独特的意义.然而,开环测距也面临棘手的技术难题——高精度航天器定时技术.针对该难题,在保持现有航天器信号体制的基础上,阐述了基于遥测信号和测距侧音信号（差分单向测距DOR信号可看作侧音信号）间相频约束的航天器定时原理,研究了侧音频率最优化设计方法,给出了“器上发射测站接收”的初步实现方案,为后续开展工程应用奠定了基础.