北斗卫星导航空间信号模拟畸变研究

针对卫星导航信号生成载荷故障会导致信号畸变,对北斗卫星导航信号模拟进行了研究分析。首先,建立了北斗导航信号模拟畸变的数学模型并对其进行了理论分析;其次,推导了北斗信号发生模拟畸变后的相关函数、功率谱密度函数和相关损耗,并仿真分析了北斗信号模拟畸变的相关峰曲线、功率谱密度曲线和相关损耗曲线;最后,利用S曲线及S曲线锁定点偏差的模型,仿真了北斗模拟畸变信号S曲线及S曲线锁定点偏差,并分析了北斗信号发生模拟畸变对测距性能产生的影响。结果表明：北斗信号发生模拟畸变的畸变程度越大,伪距测量误差越大,则导航系统的测距精度和定位精度越低,增强系统的完好性越小。     

北斗卫星导航空间信号模拟畸变研究

针对卫星导航信号生成载荷故障会导致信号畸变,对北斗卫星导航信号模拟进行了研究分析。首先,建立了北斗导航信号模拟畸变的数学模型并对其进行了理论分析;其次,推导了北斗信号发生模拟畸变后的相关函数、功率谱密度函数和相关损耗,并仿真分析了北斗信号模拟畸变的相关峰曲线、功率谱密度曲线和相关损耗曲线;最后,利用S曲线及S曲线锁定点偏差的模型,仿真了北斗模拟畸变信号S曲线及S曲线锁定点偏差,并分析了北斗信号发生模拟畸变对测距性能产生的影响。结果表明：北斗信号发生模拟畸变的畸变程度越大,伪距测量误差越大,则导航系统的测距精度和定位精度越低,增强系统的完好性越小。     

国外导航卫星星载原子钟技术发展概况

卫星导航系统精确导航定位的关键在于高精度、高稳定性的星载原子钟.星载原子钟作为导航信号生成和系统测距的星上时间基准,为导航系统提供精确稳定的频率源,是卫星导航系统有效载荷的核心部分,其性能直接决定用户的导航定位精度.     

基于多相关器的GPS信号质量监测技术

导航卫星的信号质量是影响系统定位性能的一个关键因素,当卫星自身硬件设备或空间传播信号受到干扰时,会导致卫星信号波形失真,用户接收机的伪码相关器产生的相关峰会产生偏差,造成定位精度下降;情况严重时,会使用户失去定位能力。因此,通过对空间信号的监测可以进一步保障系统的服务性能。文中借鉴现有的信号质量监测技术,对GPS信号失真的原因进行了总结,按照TMA、TMB和TMC完成失真信号的建模,并定性分析了对测距的影响。给出基于多相关器的导航信号质量监测方法,使用上述三种模型验证了该判定方法的有效性。     

卫星导航调制方式的非线性和兼容性分析

对比研究了最小频移键控（Minimum Shift Keying,MSK）和正交相移键控（Quadrature Phase Shift Keying,QPSK）调制信号的非线性和兼容性。首先建立MSK调制卫星导航信号的时域和频域模型,讨论了MSK调制对码片脉冲形状的影响,指出MSK调制作为卫星导航信号候选调制方式的可行性。然后建立非线性信道模型,仿真了MSK和QPSK调制卫星导航信号的带外功率损耗、相关损耗和码跟踪误差以及与同频段信号的谱分离系数。仿真结果表明,在保证信号跟踪性能的前提下,卫星导航信号采用MSK调制时的非线性和兼容性优于同参数下的QPSK调制。     

An unbiased carrier-phase anti-interference filter based on mirror frequency amplitude compensation

Anti-interference and high-precision measurement are two important indicators of the performance of a satellite navigation receiver. However, current receiver designs do not simultaneously satisfy these two criteria. While the carrier-phase ranging technique is necessary for high-precision receivers, frequency domain interference suppression (FDIS) results in tracking error biases for nonideal analog receiver channels. Importantly, as the FDIS filter is adaptive, the bias will vary with the jamming pattern, particularly when the frequency of interference varies. For precision navigation applications, this bias must be mitigated. Therefore, a new FDIS filter based on the mirror frequency amplitude compensation (MFAC) method is proposed in this paper. The amplitude at the symmetry position of the notch frequency is doubled in the MFAC method to mitigate this carrier-phase bias. The simulation results showed that the MFAC method can reduce the range of the carrier-phase bias by more than 60% for different interference bandwidths, which substantially exceeds that achieved using the conventional FDIS and calibration filter methods of 20 orders.     

液体火箭发动机系统设计仿真与优化

建立了某液体火箭发动机系统设计的仿真模型与相应的多目标优化模型,编制了系统仿真程序,并在iSIGHT的软件平台上针对不同的优化目标对发动机的设计参数进行优化.采用了组合优化策略,结合多岛遗传算法和序列二次规划算法分别进行全局寻优和局部寻优,求得全局最优点.建立了单燃气发生器循环系统的质量模型,在优化过程中考虑了发动机主要部件结构质量对系统性能的影响。以燃烧室压强、混合比和喷管出口反压为设计变量,优化目标包括发动机比冲、有效载荷、结构质量、密度比冲、关机时飞行速度、推进剂综合密度.并根据结果分析了燃烧室压强和混合比对发动机性能的影响.     

伪距波动原因中的星体多径因素排除

针对卫星可视弧段内伪距测量异常波动现象，从信号质量监测角度研究了卫星可视弧段内导航信号测距偏差变化问题，确认伪距波动是否由星体多径引起.利用大口径天线跟踪北斗卫星，采用两套采集设备实现了卫星可视弧段内的B1频点信号多次高载噪比采集，根据基于参考波形的测距偏差估计方法分别处理多组采集数据，获得了不同仰角上的测距偏差.在一个仰角下的采集数据，当滤波器带宽远远大于信号带宽时，采样率与下变频器均不同的两套采集设备获得的测距偏差相同，且测距偏差均与相关间距及滤波器带宽有关，但当滤波器带宽超过15MHz后，测距偏差的差异可以忽略.比较不同仰角下的测距偏差，在卫星可视弧段内测距偏差变化很小，因此认为星体多径引起卫星可视弧段内信号质量的变化不是伪距测量异常波动的原因.      

伪码扩频测距系统中多径误差的实验测量与分析

利用扩频测距发射与接收设备,设计了多径误差测量实验,获得了测距误差随多径延迟变化的实测数据,并针对实验进行理论建模与分析仿真,计算结果与实测数据基本吻合,证明了扩频测距系统中多径分析与仿真模型的正确性,确认了多径引入的扩频测距误差的影响量级。     

自由漂浮双臂空间机器人基于速度滤波器的惯性空间轨迹跟踪鲁棒控制

针对末端所持载荷参数未知的自由漂浮双臂空间机器人系统, 提出了基于速度滤波器的鲁棒控制方法. 利用拉格朗日方法进行运动学及动力学分析, 建立了双臂空间机器人系统欠驱动形式的动力学模型. 借助于增广变量法, 证明了可将空间机器人系统的增广广义Jacobi矩阵及动力学方程表示为一组组合惯性参数的线性函数. 在此基础上引入速度滤波器, 设计了双臂空间机器人基于速度滤波器的惯性空间轨迹跟踪鲁棒控制方案. 该速度滤波器可利用实测位置误差生成末端爪手的伪速度信号, 有效避免了相关速度信号的实时测量与反馈. 该方案的显著优点在于, 不需要测量、反馈末端爪手的移动速度和加速度, 同时有效消除了控制过程中的抖振现象. 平面自由漂浮双臂空间机器人系统的数值仿真验证了算法的有效性.      

高动态GPS信号粗捕和精捕算法仿真实现

为了解决高动态下对GPS信号快速捕获的问题,提出了改进的部分匹配滤波(PMF)和快速傅里叶变换(FFT)相结合的粗捕方法,对其原理和结构进行了分析,并针对其引起的扇贝损失和捕获性能不高的问题,对传统PMF+FFT方法进行加窗处理;考虑到高动态下基于扩展卡尔曼跟踪的方法对捕获后参数的精度要求很高,因此在粗捕的基础上提出了基于线性调频Z变换(CZT)算法的精捕方法,并在GPS信号理论模型和模拟高动态轨迹的基础上,实现了高动态GPS数字中频信号的生成,为进一步加快捕获速度,对于冷启动时提出了一种组合码相关的卫星快速盲搜方法;最后通过MATLAB进行系统仿真实验,验证了所提出的高动态GPS信号粗捕和精捕算法能在加速度为100 g的高动态环境下有约10 Hz的捕获精度。     

控制力矩受限情况下漂浮基空间机械臂基于饱和速度滤波器的自适应控制方法

讨论了控制力矩受限且系统参数不确定情况下, 载体位置不受控、姿态受控 的漂浮基空间机械臂系统的智能控制问题. 运用系统动量守恒关系和拉格朗 日方程建立系统的动力学方程. 针对控制力矩受限和机械臂末端爪手所抓持 的载荷参数不确定的情况, 设计了一种基于饱和速度滤波器的自适应控制方 法. 该控制方法运用自适应调节规律有效地克服了系统不确定参数对控制精 度的影响; 运用双曲函数限制控制力矩的幅值大小, 使其更符合空间实际的 要求. 此外, 速度滤波器的运用使得在控制过程中不需要测量和反馈系统的 速度信号, 从而使得控制更加简单易行. 仿真结果证明了所提出控制方法的 有效性.      

地面姿态模拟光源控制系统研究

太阳敏感器和红外地球敏感器是卫星升空以后进行姿态控制的两个重要部件, 地面姿态模拟光源作为地面测试设备, 用来在地面上给这两个部件提供太阳模 拟信号和红外地球模拟信号. 本文设计了一套由4条光缝组成的模拟卫星自旋转 动的小型太阳模拟光源及针对地球同步轨道高度模拟15.6°张角的南 (北)红外两个地球模拟光源, 并为南北地球敏感器太阳保护探头提供了模拟 的太阳保护光源. 根据地面姿态模拟光源控制系统的组成和总体结构, 通 过分析计算给出各模拟光源之间严格的时序关系, 并对各模拟光源之间的时序 进行了实验测试, 结果表明模拟转速锁相误差不大于1ms, 各模拟光源时序 之间的角度误差小于0.5°.