一种航天器星上时间获取方法

星上时间获取精确度直接影响了航天器各项自主功能的执行。准确获取星上时间的主要挑战来自时间获取动作与时间维护动作之间的数据竞争。在中断嵌套导致高优先级中断与秒中断间发生数据竞争时,需要根据秒中断被嵌套的状态决定在高优先级中断中获取星上时间时是否进行进秒修正。在现有适用于高优先级中断嵌套秒中断场景下的星上时间获取方法中,依赖处理器中断状态判定秒中断是否被嵌套,这导致该方法不能适应某些处理器。为解决这一问题,提出了一种不依赖中断状态的星上时间获取方法。相邻两次秒中断之间的时间被分为存在中断嵌套可能的时段和不存在中断嵌套可能的时段。若存在中断嵌套可能,通过时间维护标识判断是否需要对获取的星上时间进行修正。和现有方法相比,该方法不依赖处理器,计算复杂度相当,适用范围更广。该方法已在火星探测器的多台星载计算机上应用并取得了良好的效果,可为后续航天器软件设计提供参考。     

一种星载计算机秒中断间隔可控的校时方法

传统的星载计算机时间维护主要由软件实现，为了避免校时过程中秒中断间隔过小或过大，软件需要通过复杂的逻辑和算法对外部计时器Intel 82C54芯片进行多次操作才能实现一次校时，较容易出错，且占用CPU机时较多。随着未来航天器智能处理的任务越来越多，CPU机时越来越紧张，为了将CPU从繁琐的校时操作中解放，提出了一种基于FPGA的秒中断间隔可控的校时方法。通过FPGA逻辑电路设计星时计时器，利用秒中断间隔约束条件设计校时触发条件，当满足校时触发条件时，FPGA逻辑电路自动实现校时操作，很好地解决了校时过程中秒中断间隔过大或过小的问题，节约了CPU机时。该校时方法已在多台星载计算机上应用，取得了较好的效果。     

时频系统数字锁相技术研究

为了利用外部1PPS信号或10MHz频率信号驯服铷钟或晶振,本文推导建立了数字二阶/三阶锁相环频标模块的仿真模型,对模型中的锁相环、鉴相器量化、DA位数、定点运算、环路更新频率对相位噪声性能的影响等关键问题进行了分析,给出了参数设置依据及仿真结果,完成了频标模块的硬件设计,验证了模型的正确性。     

时频系统数字锁相技术研究

为了利用外部1PPS信号或10MHz频率信号驯服铷钟或晶振，本文推导建立了数字二阶/三阶锁相环频标模块的仿真模型，对模型中的锁相环、鉴相器量化、DA位数、定点运算、环路更新频率对相位噪声性能的影响等关键问题进行了分析，给出了参数设置依据及仿真结果，完成了频标模块的硬件设计，验证了模型的正确性。     

空间计量与脉冲星导航

以脉冲星导航技术为背景,讨论了空间计量理论中时间测量的关键问题。首先介绍了脉冲星导航的基本原理,和不同坐标系之间的时间尺度转换,比较了不同坐标系时间轴度规对脉冲星的脉冲轮廓测量的影响,说明只有太阳系质心坐标时能够正确测量脉冲轮廓。进而介绍了空间计量提出的两种时间统一的模式:地球卫星导航模式和脉冲星导航模式。以脉冲星导航为例,讨论了基于SI秒绝对定义和太阳系质心坐标时的广域时间统一的方法,给出用航天器原时坐标轴伸缩法修正多普勒效应的公式。最后提出在大尺度广域时空中构建新的守时系统—太阳系质心守时系统的设计思路。     

GNSS实时动态授时精度分析

基于GNSS载波相位观测值的实时动态授时，可有效规避PPP授时对实时精密轨道和钟差产品的依赖问题，对短距离动、静态高精度时间用户具有重要意义。为了更好地验证GNSS实时动态授时性能，基于中国科学院国家授时中心时间频率资源和三个GNSS跟踪站长达2个月的观测数据，以GPS系统为例开展了授时试验。与事后PPP时间传递相比，实时动态授时结果差异STD优于0.15ns；与光纤双向时间传递结果相比，实时动态授时结果差异STD优于0.5ns。试验表明，GNSS实时动态授时精度能够达到亚纳秒量级，可为下一步推广应用提供重要参考。     

地心非旋转坐标系中的卫星双向时间比对计算模型

根据卫星双向时间频率传递 (TWSTFT)的基本原理 ,详细推导了地心非旋转坐标系中TWSTFT的计算模型 ,并与地固系中的计算模型进行了分析比较 ,证明了两种计算模型在亚纳秒量级上的等价性。     

空间计量中长度单位和距离测量

长度单位定义是建立在光直线传播、光速在真空中为常数,以及光速各向同性的理论基础上,二维球面上的直线,在三维空间中是弯曲的测地线;三维空间的直线,在四维时空中也是弯曲的测地线。长度单位的定义是否适用四维时空呢？SI秒和SI米的定义适用于全域时空,但使用它们必需明确原时和坐标时的区别。爱因斯坦的狭义相对论以及光速不变原理只适用于惯性系,不适用于非惯性系。本文以转盘上的非惯性坐标系为例,利用广义相对论的坐标变换和时空度规运算,揭示了非惯性坐标系上的时空弯曲和光的非直线传播现象。计算了非惯性坐标系上Sagnac效应对卫星和地面站双向测距的影响,初步研究表明空间测量范围从局域推广到全域的话,诸如引力红移、相对速度效应、Sagnac效应等将会成为空间长度测量不确定度的影响因素,因此空间计量理论必须建立在广义相对论基础之上,用四维时空观念理解空间距离测量问题。     

北斗系统时BDT解析

通过解析术语-北斗系统时BDT,讨论与北斗授时应用相关的时间尺度、系统时间、定时误差等问题,有利于北斗PNT组合应用与标准化。     

基于最小Wilcoxon学习方法的模糊树模型

模糊树方法采用最小二乘法学习模糊规则的后件参数,对例外点敏感.为此采用对例外点不敏感的最小Wilcoxon学习方法代替最小二乘法,提出一种基于最小Wilcoxon学习方法的模糊树建模方法,该方法既改善了模糊树方法对例外点敏感的缺点,又继承了模糊树方法的优点.通过对混沌时间序列预测研究,仿真结果表明:所提方法可以对Mackey-Glass混沌时间序列进行准确预测,验证了该方法的有效性和对例外点的鲁棒性.     

差分卫星定位技术及其在武器系统中的应用

差分卫星定位系统可以极大地提高卫星定位的精度,但也有使用、维护复杂等缺点。针对差分卫星定位的特性,首先阐述了卫星差分定位的基本原理,分析了卫星定位误差源,并介绍了差分定位系统对各种误差的修正情况,然后介绍了差分定位系统的分类、方法及发展,其中详细介绍了在武器系统领域中应用较广的局域差分系统的各种方法及其优缺点;最后,对差分系统的实际应用进行了阐述,并重点探讨了其在进攻性武器及防御性武器领域实现应用的可行性。     

GPS/GLONASS定位仿真器的设计与实现

GPS(Global Positioning System)、GLONASS(Global Navigation Satellite System)作为两种实时卫星定位导航系统,得到广泛应用.为满足离线试验研究的要求,设计开发了GPS/GLONASS卫星定位仿真器.该仿真器分析GPS和GLONASS星座的运动轨迹,并模拟卫星接收器的解算,以纯软件的方式实现卫星定位.仿真计算表明此仿真器定位精度与实际接收机相当,可以模拟真实的卫星定位,为仿真调试等研究工作带来便利.      

Carrier phase prediction method for GNSS precise positioning in challenging environment

Since the signals of global navigation satellite system (GNSS) are blocked frequently in challenging environments, the discontinuous carrier phases seriously affect the application of GNSS precise positioning. To improve the carrier phase continuity, this paper proposes a carrier phase prediction method based on carrier open-loop tracking. In the open-loop tracking mode, the carrier numerically controlled oscillator (NCO) is controlled by the predicted Doppler, but not by the loop filter output. To improve the phase prediction effective time, accurate receiver clock drift estimation is studied in the prediction method. The phase prediction performance is tested on GNSS software receiver. In the phase prediction effective time tests, open-loop processes were set for the tested channel. The test results show that, when some satellite signals are blocked in 15?s, the probability of carrier phase error less than quarter cycles is more than 94%. In the real time kinematic (RTK) positioning tests, some satellite signals are blocked in 10–15?s repeatedly. The test results show that, the carrier phase continuity is basically not affected by the signal interruption, and the RTK can almost keep continuous centimeter-level positioning accuracy without re-fixing the integer ambiguity.     

GPS定位数据在海洋一号卫星中的应用与比较

简要介绍了海洋一号卫星星载GPS接收机的定位原理、流程和应用，探讨了一种在轨定位结果的确认和互验方法．借助于卫星工具包软件(STK)，利用NASA网站公布的HY-1卫星两行根数(TLE)进行卫星轨道推算，生成星下点位置，并与相应时刻星载GPS接收机实测数据得到的星下点位置进行比较，由此得到两种方法定位结果之间的偏差，用实际在轨数据验证了两者的位置符合程度．     

GPS授时校频方法研究与试验结果

为了解决多目标综合测量系统各测站之间时间同步和频率校准问题,提出了利用GPS(Global Positioning System)单星或多星共视方法进行站间时间同步与校频,给出了这两种方法的计算公式,分析了星历误差、星钟误差、电离层折射误差、对流层折射误差、多径效应和接收机硬件延迟对时间同步精度的影响.为了验证GPS授时校频精度,进行了相关试验.通过与铯原子钟比对,表明利用GPS可实现纳秒级时间同步,校频精度也优于5.0×10-11,多星共视具有更高的同步校频精度.      

基于最小二乘递推估计的GPS定位算法

首先从理论上证明了几何精度因子随卫星数目的增加而减小.然后提出了基于现有软件的几何精度因子和定位解的递推算法.该算法从剩余的可见卫星中选取使GDOP₅达到最小的第五颗星,利用这颗卫星提供的定位信息对四星定位解进行修正.最后给出了第五颗星的选择方法,算法的目的是以最小的计算量换取定位精度的有效提高.     

编队飞行卫星群相对轨道测量研究

编队飞行卫星群自主式相对轨道测量和确定是绕飞轨道的关键技术之一,考虑了利用星敏感器和雷达以及利用GPS(Global Positioning System)信号来进行相对定轨的传统方式,提出了基于伪卫星技术的定轨方案.伪卫星技术指在卫星上安装载波发生器和接收器,利用这些装置来进行卫星间的距离测量.在这些方案中,应用了差分GPS技术,采用优化方法求解多元非线性方程.这些测量方法分别适应于不同的情况.利用相对轨道要素的概念,在前面测量结果的基础上,通过卡尔曼滤波进一步提高了定轨精度.仿真计算表明这些方案可以满足不同尺度编队构型保持要求,并给出了部分结果.     

利用二星TDOA和FDOA测量及辅助高度信息对地面目标的定位算法及精度分析

卫星探测定位系统对地面辐射源目标定位时,一般利用TDOA(到达时间差)测量,而当辐射源与卫星之间存在相对运动时,也可以测量FDOA(到达频率差).当辐射源的高程已知时,可以利用WGS-84地球椭圆模型作为精确定位模型.据此提出了利用两颗低轨卫星的TDOA及FDOA测量对地面辐射源定位算法,并对定位的算法进行深入的研究,同时推导了定位误差的分布模型.      

THE APPLICATION OF SATELLITE POSITIONING TECHNOLOGY AND ITS INDUSTRIALIZATION IN CHINA

Satellite positioning technology has been widely used in all kinds of military and civil land, marine, space and aeronautical target positioning tasks, naviga tion activities and accurate surveying measurements since 90 s in the last cen tury due to its advantage in providing all-weather, real-time, three dimensional and high precision positioning information, as well as speed and accurate timing information. By now, it has already formed a new hi-tech industry basically.This paper briefly reviews the development of the global satellite positioning and navigation technologies including the basic information of China's "Plough navigation system", introduces the history of satellite positioning technology and its major application fields as well as the status quo of this being industri alized trade in China, gives an account of the writers' vision for the application and prospect of the satellite positioning technologies in China, and approaches the tactics and stresses of the satellite positioning technology's application and its industrialization future in China.     

GPS定位与测速算法研究

给出了GPS定位与测速的数学模型,然后在Gauss-Newton算法的基础上讨论了正常情况下的GPS定位与测速的迭代算法,最后给出了只有3颗可见卫星或几何精度因子太大时的处理方法,从而得出了一个完整的GPS定位与测速的迭代算法.该算法首先迭代地求定位解,并在迭代中不断更新卫星信号传播时间,然后用最后一步迭代中计算出的正规矩阵和卫星信号传播时间求解速度.