CCSDS建议的再生伪码测距性能分析

CCSDS(国际空间数据系统咨询委员会)于2009年3月发布了伪码测距的蓝皮书,规定了再生伪码测距的技术要求。我国正在研制的深空应答机和深空站测控设备要求具备再生伪码测距功能,同时为了实现国际联网,伪码测距系统需满足CCSDS建议的要求。为给我国深空测控设备伪码测距系统的研制提供设计依据,通过分析伪码特性和伪码捕获跟踪方法,推导得到伪码测距的捕获性能和跟踪性能。分析得到的性能与CCSDS建议书一致,可作为我国深空应答机和深空站测控设备伪码测距系统设计的参考。     

单音干扰下扩频测控信号伪码跟踪性能研究

扩频测控信号的伪码跟踪性能直接关系到测控系统的测距精度。以伪码跟踪环中鉴相曲线平衡点的过零偏移为研究对象,推导了音频干扰条件下扩频测控信号伪码跟踪的干扰最大误差;并针对干扰最大误差需考虑具体鉴相算法的特点,提出基于相关曲线主瓣的二阶中心矩扩展因子的性能评价方法。该方法利用伪码相关曲线主瓣在干扰前后的畸变情况,反映干扰对伪码跟踪性能的影响。仿真分析表明,干扰最大误差的理论及仿真结果和二阶中心矩扩展因子所得结论一致,从而验证了干扰最大误差理论的正确性以及所提性能指标的有效性。     

伪码测距信号波形设计

在伪码再生测距中，码跟踪环的跟踪性能是决定测距精度的关键，而不同的码片波形对码跟踪环性能的影响存在差异。针对适合再生测距的码跟踪环，并且对波形限定相同带宽的条件下，对不同波形测距信号对码跟踪环跟踪性能的影响进行了分析和仿真，结果显示跟踪性能与不同波形下环路S曲线的特性相关。根据比较结果，提出了最佳的伪码测距信号波形，为实际工程中伪码波形的选用提供了依据。     

伪码调相与PAM复合测距系统研究

介绍了PAM伪随机码的构成原理,推导了PAM伪随机码的自相关函数和功率谱密度。结合图形分析了它们的性质特点。设计了伪码调相与PAM复合测距系统,并分析了在加性高斯白噪声信道中的各个阶段的信号形式。研究了复合测距系统的性能,详细推导了复合测距系统的信噪比增益。结果表明,与单纯的伪码测距系统相比,复合测距系统有更强的抗干扰性能和测距能力。     

伪码辅助载波星间自主测距技术

提出了一种存在弱相对运动的卫星之间基于载波高精度自主相对测距技术,它借助伪码测距技术所得到的粗测距离和cm级测距精度选择载波频率,消除了载波测距中存在的整周模糊度问题,避开了复杂的整周模糊度求解算法;借助伪码高精度时间差测量技术,使不同卫星上面伪码和载波相位观测时间之差的测量精度(标准偏差)优于0.1 ns,并使得星间钟差可忽略不计。最终测距3σ精度有基于伪码的cm级提高到了mm级。文中不仅分析了相对静止时卫星间的距离测量精度,而且分析了存在弱相对运动(相对运动速度不大于10 m／s)时卫星间距离测量精度。理论分析和工程可实现性分析都表明：该技术切实可行且易于实现。     

频域重叠加窗抗干扰对中频信号测距精度的影响

针对扩频测距接收机所处的环境中存在很多噪声和干扰,而它们会对测距产生不利的影响,所以,一般要在接收机中采取抗干扰措施来提高测距精度。文章主要分析了在扩频测距接收机中采取频域重叠加窗抗干扰措施后对中频信号测距精度产生的影响。根据测距误差的来源,分析了采取上述抗干扰算法后是否会在测距值中引入系统误差。具体从外界环境中存在干扰和不存在干扰这两种情况来分析它是否会在测距值中引入系统误差。理论分析和仿真结果表明,当外界环境中不存在干扰时,此算法不会对中频信号的测距引入系统误差;而当外界环境中存在干扰时,此算法会引入系统误差。     

伪码测距中处理速率对再生时钟抖动性能的影响

在微小卫星再生伪码测距中,码同步环的跟踪性能是决定测距精度的关键,而数字处     

基于载波平滑伪码的高精度航天扩频体制测距技术

在航天扩频测控系统中，伪码测距技术可以有效避免相位模糊，但是码长也限制了其相位测量精度，而载波测距技术则具有更高的相位测量精度。针对扩频测控体制，提出了一种基于载波平滑伪码的高精度航天扩频体制测距技术，该技术利用锁相环获得的载波相位对伪码值进行平滑，在保留伪码测距无相位模糊特性的基础上进一步提升测量精度，从而减小测距接收机的随机误差。仿真结果和试验数据表明:该方法能有效提高星地测距精度，测量精度达到毫米量级，具有很强的实用价值。     

针对伪码引信的瞄准式噪声调频干扰机理及硬件实现

首先从理论上分析了瞄准式噪声调频干扰对伪码调相引信相关检测的影响，分析表明当噪声调频干扰超出伪码调相引信自身抗干扰容限时，相关输出严重恶化，引信不能正常工作。基于此提出了一种瞄准式噪声调频干扰方案。该方案中，干扰机先搜索、接收伪码引信信号，提取伪码引信信号的载波频率，并把它存储下来，在引信工作频率上进行噪声调频干扰，使引信早炸或使引信失去识别目标信号的能力。给出了该方案的主要电路的工作原理和硬件实现，主要包括载波提取电路、低频噪声源的产生和锁相环噪声调频电路。从实验结果来看，系统设计原理正确，干扰方案有效可行。     

多径效应对非相干延迟锁定环的影响

多径是影响伪码测距及定位精度的重要误差源之一。研究多径效应对非相干延迟锁定环的影响,给出多径信道下的最大测距误差公式,指出存在多径时的S曲线斜率的变化规律,并分析多径对跟踪环路噪声性能的影响。仿真及分析结果表明,多径引起了鉴相曲线的零点漂移,并导致了更大的噪声抖动。     

一种基于异源状态的星间链路零值标定方法

星间链路分系统零值标定的准确性，直接影响系统在轨星间双向测距和星座高精度时间同步准确度。地面标定通常采用的同源状态需要地面多路输出高稳 10 MHz铷钟源支持，且标定状态与系统在轨应用状态并不完全一致。针对同源标定的局限性，提出一种异源状态星间零值标定方法，构建理论模型并进行了误差分析，异源零值标定的准确度受星座两星参考源(铷钟)的钟漂移特性、卫星遥测下传的时效性以及两星1 PPS状态一致性等因素共同作用。经系统实测验证表明：异源状态下星间零值标定误差约为1.901 ns，能够满足系统标定的精度要求。异源标定简化测试系统，与在轨应用状态高度一致，对工程实践具有一定参考和应用价值。     

一种航天器射频设备频谱兼容性分析方法

针对传统航天器系统级电磁兼容性设计的不足,阐述了航天器射频设备频谱兼容性分析方法的原理,并通过2个实际工程案例,证明了该方法的有效性。最后,给出了使用该方法进行频谱分析的步骤和注意事项,如应对电磁干扰裕度留有余量。     

翼伞系统稳定性分析的分歧与突变理论法

文中应用分歧与突变理论法建立了翼伞系统飞行稳定性分析的方法。该方法非常程序化,便于应用计算机求解,通过计算结果的图形显示,可非常直观地了解翼伞系统设计参数对系统稳定性的影响,给出翼伞系统的全局稳定性分析结果,为翼伞设计人员提供必要的设计参考数据。     

任意周期信号非相干测距技术研究

飞行器测控系统上、下行链路信号关联性越小,则信号体制的可选择性越大,有利于在飞行器测控系统中引进先进信号传输处理技术并提高上下行信号设计的灵活性。分析了传统相干与非相干测距技术的不足;在比相测距法原理基础上,推导出利用任意周期信号实现飞行器非相干测距的方法;对影响测距指标的距离模糊问题、测距精度问题进行了研究分析;对所研究的方法进行了数值仿真。结果表明采用此方法不仅可使测控系统上下行信号设计达到独立设计的目标,而且在保证同等精度要求的条件下,上下行链路信号体制可通过不同形式进行组合使用,在现有传输体制基础上可进一步降低测控信号设计的复杂度,适用于空天、临近空间及航空等不同环境下的飞行器测控与信息传输应用。     

USO-KBR测距系统建模与仿真

K频段微波测距(KBR)系统是低-低卫星跟踪卫星(SST-LL)重力测量卫星的关键载荷之一,其性能直接影响地球重力场空间变化率的测定结果,而KBR系统中超稳振荡器(USO)的稳定度对KBR系统整体测距精度有着重要影响。文章根据双向测量载波相位对比原理和USO幂率谱模型,对KBR系统进行了建模。首先,描述了测距系统的基本原理、系统功能组成及适用于KBR系统的数学模型;然后,利用Matlab软件对"重力恢复和气候实验"(GRACE)卫星的KBR系统进行了仿真。仿真结果表明,采用该模型和方法后获得的双向测距中误差(RMSE)为9.81μm,与公布的GRACE卫星KBR系统10μm的中误差相符。文章为KBR系统的工程设计提供了仿真分析工具,可为工程应用提供设计参考。     

基于扩频技术的相对距离自主测量方法研究

为了自主完成诸如分布式雷达成像等任务,需要获得多个目标之间实时、高精度的相对距离,并进行数据交互。本文首先介绍了一种多目标相对距离自主测量的方法,分析了时钟基准频差对相对测量的影响;然后给出了基于扩频技术的相对距离自主测量设计方案,讨论了降低误差的途径;最后仿真分析了伪码和载波相位跟踪环路,给出了仿真结果。     

液氧/甲烷火箭发动机性能敏感性分析

为了弥补极差分析法在发动机性能敏感性分析方面的不足,提高低温火箭发动机性能敏感性分析的准确度,引入了方差分析法,以某型液氧/甲烷发动机为例开展了性能敏感性分析,并通过F检验得到了每个干扰因素对发动机性能影响的显著性指标,与传统的极差分析法相比,提高了液体火箭发动机性能敏感性分析的准确度。结果表明:发动机推力和混合比对同一因素的敏感性存在差别,其中对发动机推力和混合比的影响最大的是涡轮泵效率,均呈现高度显著;紧随其后,对推力影响显著性最高的是副系统流阻特性,而对混合比影响最高的则是主系统流阻特性。研究表明,方差分析法可以有效提高敏感性分析的准确度,既为该型发动机的研制提供了理论支持,也为其他发动机的敏感性分析提供了新的参考。     

星载晶振短稳对导航增强系统PPP精度的影响分析

分析星载恒温晶振（Oven Controlled Crystal Oscillator，OCXO）短稳对导航增强系统精密单点定位（Precise Point Positioning，PPP）精度的影响。本文首先介绍了OCXO短期频率稳定度的概念，然后根据其短稳特性进行噪声反演，最后建立了基于OCXO短稳噪声反演的系统PPP定位模型，将短稳量级不同的OCXO反演噪声引入模型并对系统最终PPP定位精度进行分析比较。实验表明：在无控制段调校星上时频的情况下，选用短稳量级为E-13的OCXO在中长观测时间段内（<1 000 s）可满足系统厘米级的定位需求。该分析可为低轨导航增强系统的时频指标设计提供一定参考。     

北斗在轨卫星广播星历精度分析

为分析北斗广播星历的精度，采用激光测距资料和精密星历作为参考进行分析。由于没有提供BDS-3试验卫星精密星历，本文设计了3天弧段的DBS-3试验卫星精密定轨试验，解算的轨道精度约为50 cm，钟差精度约为2 ns。之后联合国际GNSS监测评估系统iGMAS发布的事后BDS-2精密星历，对BDS-3/BDS-2广播星历轨道、钟差精度进行分析。为准确评估广播星历轨道精度，还采用SLR观测数据作为外部检核手段分析北斗在轨卫星广播星历轨道精度。统计了广播星历轨道误差的1D RMS和钟差误差的STD，结果表明：多数钟差精度优于 10 ns ，轨道精度优于5 m。另外为分析广播星历卫星钟的时频性能，计算了在轨卫星钟差的频率稳定度、漂移率和准确度，试验结果表明：BDS-3试验卫星各项性能指标普遍优于BDS-2，频率准确度、频率漂移率和频率稳定性指标计算结果显示BDS-3卫星相对于BDS-2卫星分别提升了42.8%,22.5%,9.5%。     

时差定位型卫星铷钟的双钟热备份设计

针对传统星载铷钟备份设计中对铷钟状态判断不准确和主备切换时输出信号不稳定的不足,在分析时差测算铷钟指标原理和频率信号切换方法的基础上,提出了一种适用于时差定位型卫星铷钟的双钟热备份设计,通过GPS时差测算铷钟频率性能指标,以及无扰切换设计实现频率信号的稳定输出。地面试验表明,铷钟的准确度和稳定度指标测算误差小于5%,频率输出信号在切换时连续稳定,无突波干扰。研究结果可以为后续定位型卫星和导航卫星的高精度时频系统设计提供参考。