基于星间链路的导航卫星时间自主恢复策略

基于北斗导航卫星星间链路的测距与数传功能，针对自主导航时卫星时频子系统异常导致载荷系统断电重启的情况，提出了一种基于星载计算机自主计时及星间链路误差校正的策略.在载荷系统重启时间内，利用星载计算机守时，并通过十秒稳定度预报晶振频率漂移量的方法，维持星钟在重启时间内的稳定.载荷系统重启后，星载计算机授时给导航任务处理机，通过误差分析计算出总误差.该误差在星间链路建链误差允许范围内，然后通过星间链路对星钟误差进行校正恢复，重新实现星地时间同步.      

航天器热网络模型及其系数修正方法

叙述了目前航天器热网络模型与航天器实际换热之间的偏差,提出了利用航天器稳态热平衡试验结果进行热网络模型及其系数修正的方法。通过对某仪器舱热平衡试验数据的处理,实现了对该仪器舱热网络模型及其系数的修正,并对修正的结果进行了讨论。     

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。     

一种航天器安装精测数据修正与处理方法CSCD

针对航天测绘等高性能遥感对精测数据的高要求,提出一种高精度精测数据修正与处理方法。分析发现单精度浮点数可给精测数据引入很大误差,为此一方面采用更高精度的双精度型浮点数减少存储截断误差,另方面设计了精测数据误差修正算法对原始数据误差进行修正;采用多叉树数据结构对精测数据与精测关系同时进行记录,并基于该数据结构提出了可进行多阶段精测数据复合分析、多设备间相对安装指向分析和设备安装精度分析等操作的统一处理方法;该方法已用于资源三号卫星等型号,实现了遥感卫星精测数据的高精度处理与一站式操作,规范了数据处理方法与流程。     

一种航天器安装精测数据修正与处理方法

针对航天测绘等高性能遥感对精测数据的高要求,提出一种高精度精测数据修正与处理方法。分析发现单精度浮点数可给精测数据引入很大误差,为此一方面采用更高精度的双精度型浮点数减少存储截断误差,另方面设计了精测数据误差修正算法对原始数据误差进行修正;采用多叉树数据结构对精测数据与精测关系同时进行记录,并基于该数据结构提出了可进行多阶段精测数据复合分析、多设备间相对安装指向分析和设备安装精度分析等操作的统一处理方法;该方法已用于资源三号卫星等型号,实现了遥感卫星精测数据的高精度处理与一站式操作,规范了数据处理方法与流程。     

二氧化碳探测仪瞬态热分析模型修正

为实现碳卫星载荷在轨温度的准确预测,对其试验状态瞬态热分析模型的修正进行研究。先比较热分析计算结果与热平衡试验结果,求出两者对应温度监控点的温差;再利用蒙特卡洛法对二氧化碳探测仪热分析模型参数进行灵敏性分类,将模型参数分为整体灵敏、局部灵敏与不灵敏参数。然后根据热平衡试验数据,用拉丁超立方和单纯形法的混合法对模型各个参数进行分层修正,得到满足目标函数各个灵敏性参数的最优值。最后将参数最优值代入热分析模型计算验证该修正方法正确性,并进行残差分析。结果显示修正后各温度监控点热分析计算与热试验温差δ_a小于±0.5℃,残差修正率θ高于80%,修正后多数温差比修正前减少了一个数量级。结果表明修正取得的效果明显,修正方法合理可行。     

经纬仪水平测角误差的谱分析

分析了经纬仪水平测角时的误差组成 ,为了更精细地分离各误差成份 ,提出了谱分析法 ,并对引起测角误差的主要分量进行了误差修正。实际测量数据的分析表明 ,该方法与传统的一次水平测角极限误差相比 ,可以获取更详细的误差信息 ,并可大大减小经纬仪使用时的测量不确定度。     

二氧化碳探测仪瞬态热分析模型修正

为实现碳卫星载荷在轨温度的准确预测,对其试验状态瞬态热分析模型的修正进行研究。先比较热分析计算结果与热平衡试验结果,求出两者对应温度监控点的温差;再利用蒙特卡洛法对二氧化碳探测仪热分析模型参数进行灵敏性分类,将模型参数分为整体灵敏、局部灵敏与不灵敏参数。然后根据热平衡试验数据,用拉丁超立方和单纯形法的混合法对模型各个参数进行分层修正,得到满足目标函数各个灵敏性参数的最优值。最后将参数最优值代入热分析模型计算验证该修正方法正确性,并进行残差分析。结果显示修正后各温度监控点热分析计算与热试验温差δa小于±0.5℃,残差修正率θ高于80%,修正后多数温差比修正前减少了一个数量级。结果表明修正取得的效果明显,修正方法合理可行。     

脉冲星导航试验卫星观测数据处理与分析

脉冲星导航试验卫星(X-ray Pulsar-based Navigation-1,XPNAV-1)的第一批观测数据公开发布,利用国际天文协会(International Astronomical Union,IAU)的标准基本天文程序库和喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)星历对数据进行处理,得到了35个光子到达太阳系质心时间序列的文件。基于历元折叠和已知的星历参数得到了35个脉冲积分轮廓,使用核回归法对轮廓进行了降噪处理,并分析了历元折叠时bin数对计时残差的影响。结果表明,观测数据有效,能够得到较好的脉冲积分轮廓,实现了对Crab星的观测,核回归算法有效改善了bin数对计时残差的影响,拟合前计时残差均方根约40 us。     

基于电离层暴时f_0F_2经验模型Kalman滤波短期预报

利用时间累积地磁指数印ap(T),建立了强地磁扰动条件下电离层f0F2与月中值相对偏差经验模型.该经验模型只在春秋季节和夏季特强地磁扰动条件ap(T)>100,即时间累积地磁指数大于100时达到理想精度.尝试利用气象预报中常用的Kalman滤波方法对模型的系数进行实时修正,以提高预报精度,并对长春站1986-1995年近一个太阳周f0F2数据进行提前一小时预报试验.冬季预报均方根误差为0.76MHz,春秋季节为0.68MHz,夏季为0.61MHz.在特强地磁扰动条件下,预测误差在0.87～1.43MHz之间.该预报方法同时与包含暴时修正模型STORM的国际参考电离层IRI2001进行了比较,展示了Kalman滤波方法实时修正模型系数的能力和良好的应用前景.     

用铷原子钟对PC进行时间校准及其误差分析

个人计算机（以下简称PC）的系统时间由其自带的RTC晶振提供,其时间频率准确度并不高。为此,综合考虑各种方案,采用外部校准时间的方法提高PC时间的准确度。通过时间间隔测量的方法获得了作为校准时间结果的钟差值,并对实验结果做了详细分析。测试结果表明,PC与铷钟同步标准偏差小于1ms。经过时间校准后的PC可以作为网络时间服务器。     

利用小波方差进行原子钟频率稳定度的估计

离散小波变换可以在不同尺度上分解时间序列,而不同尺度的波动性可用小波方差来表征。从小波方差的定义入手,系统地归纳了基于极大重叠离散小波变换(MODWT)的小波方差估计方法,及其等效自由度(EDF)的实用计算方法。最后利用一个实测算例进行计算分析,并与相应的重叠阿伦方差、重叠哈达玛方差进行比较,通过实验分析可以看出小波方差可有效消除原子钟信号非线性和非平稳性的影响,通过选择适当的小波基函数,如D4、D6小波,其方差可以像哈达玛方差一样,减少调频闪变噪声和调频随机游走噪声的泄露,适用于原子钟频率稳定度的表征。     

便携式舵机测试系统的设计与应用

在介绍了便携式舵机测试系统的设计原理,硬件组成以及程序设计方法。便携式舵机测试系统设计过程中应用了"虚拟仪器"技术。在计算机硬件平台上由软件取代传统仪器中的硬件,完成测试过程控制、数据采集和分析处理等操作。整个系统按照通用化、模块化的要求设计,便于测试系统的维护和升级。提高了舵机测试的自动化水平。     

一种芯片原子钟专用锁相倍频器研究与设计实现

分析了倍频器对芯片原子钟稳定度指标的影响,并以此提出了对倍频器的设计要求。介绍了国内外几种典型的原子钟倍频器,提出了一种基于撞-D调制的芯片原子钟专用锁相倍频器方案,并采用分离器件对该方案进行了验证,实现了与传统铷钟物理系统的闭环锁定,铷原子频标稳定度指标达4.7E-12/s,能满足原子钟的研制需求。基于该方案开展了倍频器芯片的设计和流片,实现了3.4GHz的芯片原子钟专用芯片,与物理系统进行联调锁定后稳定度指标达5.5E-11/s,表明该芯片可满足芯片原子钟的设计要求。     

基于DSP的舰船仿真转台模糊-PI复合控制

设计并实现了一种应用于某舰船仿真转台的集散型计算机控制系统,详细叙述了转台控制器的硬件和软件设计。该转台控制器基于DSP TMS320F2407A而设计,集成了信号采集、PWM功率驱动、CAN总线通信等功能。在控制策略上,设计了基于模糊规则切换的模糊-PI复合控制器。实验结果表明,该系统有效地实现了对转台的多自由度实时控制、提高了控制精度和系统的鲁棒稳定性。     

互联网上计算机时间传递系统设计方案及实验结果分析

计算机互联网的发展，使信息的传递更加方便、快捷。在时间频率用户中，中、低准确度的用户占很大比例，计算机互联网时间传递已经成为一个重要的手段。中国的网络授时系统从２０００年１月开通以来，近万人访问了授时网站ｈｔｔｐ：／／ｋｘｚｈ．ｓｘｓｏ．ａｃ．ｃｎ或其镜像站点ｈｔｔｐ：／／Ｂｅｉｊｉｎｇｔｉｍｅ．１２６．ｃｏｍ。介绍了国家授时中心网络授时系统的设计要点，给出了网络授时传递时间准确度的测量方法，分析了网络授时实验结果。     

高动态GPS卫星信号模拟器导航电文生成

为了测试全球定位系统GPS(Global Positioning System)接收机的性能,应用GPS信号模拟器来模拟各种条件下真实的GPS信号.GPS卫星信号发生器由硬件、计算机和软件组成.软件主要由卫星导航参数计算模块、目标运动轨迹计算模块、误差计算模块等模块组成.导航电文产生功能模块是高动态GPS卫星信号模拟器要解决的一项关键技术.给出了3个卫星星钟改正参数的物理意义和星历产生模型,根据这些参数并结合相应的时间参数来形成卫星导航电文.通过程序仿真并与导航电文进行验证,证明推导出的星历产生模型基本符合GPS星的星座排列规律.     

多通道GPS共视法时频传递接收机的研制

GPS共视法是国际上流行的远距离时间频率传递技术,核心是共视法接收机。我们成功研制了多通道GPS共视法时频传递接收机系统,硬件部分主要由自主研制的高精度时间间隔计数器和Motorola生产的VPONCORE GPS引擎组成,软件符合时间频率咨询委员会(CCTF)发布的GPS共视法数据处理软件标准化指南的要求,与单通道GPS定时接收机相比,界面更友好,操作更方便,具有很强的分析处理数据功能。经测试证明多通道GPS接收机零基线共钟共视时间比对的不确定度小于4 ns(仰角40°),与国外报道基本相同。     

Monitoring atomic clocks on board GNSS satellites

A method for monitoring atomic clocks on board Global Navigation Satellites System (GNSS) satellites is described to address the issue of clock related signal integrity in safety–critical applications of GNSS. The carrier-phase time transfer is employed in the clock monitoring method which enables tight tracking of the satellite onboard clocks and thus improves detectability of clock anomalies. Detecting onboard clock anomalies requires the ability to monitor clocks in real time, and a Kalman filter can then be utilized to estimate the phase offsets between the satellite clocks and ground clocks. This study, using the difference between the measured and predicted phase offset as a test statistic, sets a threshold for clock anomalies based on the prediction interval approach. Finally the validity of the monitoring method is examined by processing a set of real GNSS data that includes two recent incidents of clock anomalies in GNSS satellites.