太阳辐射对环火段通信链路的影响分析及参数设计

深空探测的上合阶段(superior solar conjunction,SSC),太阳强辐射成为影响地面站接收噪声温度计算分析的关键性因素之一。针对太阳辐射引起的高传输误码率甚至通信中断问题,以火星探测为例,提出一种定量化计算环火段太阳 地面站 探测器夹角∠SEP的方法,结合角度关系分析了环火段SSC阶段太阳对链路产生影响的原因,重点分析了地面站接收太阳噪声温度与空间链路、空口参数以及天线波束特性之间的关系。研究及仿真试验表明,当天线口径一定时,地面站的接收噪温峰值Tsmax和太阳对地面站的影响时长ti均与通信频率成反比; 在通信频率一定时,Tsmax与天线口径成正比,t_i与天线口径成反比;当天线口径固定为34m时,S频段下的Tsmax高达12830K,是Ka频段下的1.8倍,S频段的ti比Ka频段下的ti表现在∠SEP上延长近0.5°。当通信频率固定为S频段时,70m口径天线与18m口径天线相比,Tsmax高出1920K,但是ti表现在∠SEP上缩短约0.53°。结合太阳辐射对通信链路的影响分析,给出了不同∠SEP下的链路参数设计建议,为火星探测链路中的参数设置提供参考。     

有源集成背馈式接收天线设计

为了提高接收天线系统的增益以及灵敏度,对于天线与射频前端组成的接收系统采用了一种有源集成接收天线的设计方案,从而省略了传统设计中的有源电路与微带天线之间的匹配网络.依照此方案,设计并实现了一个背馈结构的矩形微带天线与前级低噪声放大器电路的有源集成.矩形微带天线的馈电点与低噪声放大器的输入端通过金属探针相连,当天线在2.48?GHz谐振时,通过选择合适的馈电点位置,天线产生放大器设计所需的输入阻抗.有源集成背馈式接收天线工作于S波段,最终的测试结果显示了其优良的特性.     

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.      

地基北斗GEO卫星直反信号功率测量偏差分析

针对接收天线方向性造成的北斗地球同步轨道（GEO）卫星直反信号功率测量偏差进行研究。给出地基场景下实际天线接收的直反信号及其功率表达式，讨论天线方向性造成的北斗GEO卫星直反信号功率测量相对偏差，设置具体观测场景进行仿真分析。理论与仿真结果表明：具体场景和时刻下的北斗GEO卫星直反信号功率测量偏差为固定偏差，由天线对干扰信号的抑制性能、天线架设高度和反射面介电常数共同决定；相对偏差的大小随着天线对干扰信号抑制性能的增强而减小，随着天线架设高度的变化在某一范围内波动，也会随着反射面介电常数的变化而变化。     

双极化天线的设计和测量考虑

<正> 一、频率复用和双极化天线随着运载能力的提高,三轴稳定姿控方式和大的太阳能帆板的使用,通信卫星的主要问题集中在如何进一步提高卫星通信容量,以适应目前日益增多的通信业务。对这一问题目前大致从两方面着手努力:一是提高卫星通信频率,将卫星通信频率从一开始的4/6GHz提高到(12/14～12/18)GHz,预计不久20/30GHz频段也将投入使用。工作频率提高增加了有效使用带宽从而提高了卫星通信容量,但工作频率改动不仅涉及卫星上各有关系统和设备,而且也涉及到地面测控、跟踪和各接收系统以及传输和传播的一些新问题,这一改动涉及面广是一个长远性的考虑。另一方面是在现有通信频段(4/6GHz)上提高通信容量,这     

星载可展开天线研究

海洋二号卫星微波校正辐射计天线(HY-2 CRA)是高增益、低副瓣、高波束效率、低损耗的天线子系统. 其高主波束效率、低损耗等要求对天线展开精度、形面精度、测试等提出了极大挑战. 由于卫星发射整流罩结构限制, 天线采用可展开机构形式, 并用正交模耦合器实现频率复用. 天线频率分别达到18.7 GHz, 23.8 GHz 和37 GHz.为了减小天线形面变形, 保证天线波束指向, 天线反射面(包括反射面支架、馈源支架)采用碳纤维复合材料, 确保天线在宇宙空间变形尽可能小. 本文就HY-2 CRA的设计、加工、测试等进行了论述.      

导航卫星缘何神通广大?

全球导航卫星系统一般是由多颗卫星组成导航卫星网,只要用户测出与4颗导航卫星之间的距离变化率,并根据导航卫星发出电波的时间、轨道参数,就可以确定自己瞬时所在经纬度位置和速度方向。卫星导航的方法有两种,一种是多普勒测速导航,另一种是时间距离导航,简称时距导航。多普勒测速导航。我们知道,导航卫星上发出的无线电波的频率是不变的,但由于导航卫星在高速运动,相对地面的观测者来说,频率会发生变化(频移)。由远而近时,频率会增高,由近而远时,频率会降低,这与我们站在铁路旁听火车的汽笛声一样,由远而近时,声音越来越尖锐,由近远去时,声音越来越低沉,其实火车汽笛声的频率是不变的,这种现象被科学家称为多普勒效应。     

基于相关功率修正的地基GNSS-R土壤湿度反演

利用全球导航卫星系统反射信号测量技术(GNSS-R)进行土壤湿度反演过程中，实际接收天线方向性会造成GNSS直反信号相关功率测量偏差。针对地基观测场景下天线方向性造成的相关功率的类余弦振荡问题，提出了基于多项式拟合的信号相关功率修正方法。为了验证所提方法的有效性，开展了地基GNSS-R土壤湿度观测实验，结果表明:基于多项式拟合的相关功率修正可以消除信号相关功率的类余弦振荡，提升GNSS-R土壤湿度反演中的观测数据有效性和反演结果准确性。      

导航卫星的地面站定轨算法

导航星座轨道的长期保持是星座导航系统运营管理的重要组成部分,而现有的导航卫星地面定轨算法又存在精度不高或计算量大不适合工程应用的问题。为此,研究了单向、被动测量模式的导航卫星地面定轨算法。基于单向伪距观测,将导航卫星钟差参数作为状态量,推导了滤波算法的状态方程、测量方程,并最终建立了滤波器模型。以不同轨道面的4颗GPS导航卫星为例进行了2天的仿真试验,考虑卫星的可见性仿真中加入了测量中断,并设计在测量恢复后重启滤波算法。仿真结果表明,4颗卫星的轨道位置估计精度可以达到米级,钟差随机偏差的估计精度可以达到纳秒级,并且在滤波中断后重启滤波器,仍然可以达到此估计精度,表明此定轨算法具有收敛性和稳定性。     

矩形斜口面天线辐射性能

矩形斜口面天线是把矩形波导管两个窄边同时渐削,宽边尺寸保持不变而形成的开口,口面位于无限大完全导电平面上,被矩形波导中主模H₁₀模激励.简化分析了口面电场和磁场分量以及辐射场表达式,主瓣指向偏离侧射方向,即方向图主波瓣指向偏离口面法线和激励波导轴线.计算了主面方向图,给出了天线输入端电压驻波比(VSWR)随频率的变化曲线,发现VSWR与口面倾角有关,通过采用不同的倾角,可使其获得改善.     

基于并行扩展卡尔曼滤波的自主卫星星座导航方法

针对星间距离测量容易受到外界干扰的问题,提出了一种适用于多颗地球卫星和一颗月球卫星的卫星星座自主导航的并行扩展卡尔曼滤波算法.通过解决噪声统计不确定情况下的测量调度问题来选择适当的测量,降低干扰的影响.为了自适应地选择适当的测量,提出一种基于不同来源的测量构造多个子集的并行扩展卡尔曼滤波器,其中每个扩展卡尔曼滤波器用于处理不同测量子集,并基于残差序列计算子滤波器的权重,组合并行滤波器的估计结果.通过与EKF和传统的多模型自适应估计算法进行比较,表明所提出方法在干扰条件下的三轴位置估计误差的稳定性,体现了性能优势.     

粒子群优化粒子滤波的接收机自主完好性监测

接收机自主完好性监测（RAIM）是航空卫星导航接收机必不可少的功能,为保持全球卫星导航系统（GNSS）在卫星发生故障时系统性能不降级,需要对卫星故障进行检测和隔离。针对接收机观测噪声非高斯分布的特点,提出一种基于粒子群优化粒子滤波（PSO-PF）的故障检测和隔离算法。通过粒子群优化粒子滤波对状态估计进行一致性检验实现故障检测。采集实测数据验证算法的检测性能,并与基于基本粒子滤波的完好性监测算法进行比较,结果表明:本文所提算法在非高斯测量噪声下可检测并隔离全球定位系统（GPS）故障卫星,其性能优于基于基本粒子滤波的完好性监测算法性能,对研究北斗卫星导航系统（BDS）接收机自主完好性监测具有一定的意义。      

基于分形的宽带漏波天线研究

设计了一种新型的具有宽频带特性的微带平面漏波天线.该天线由基片集成波导喇叭、抛物面结构和一组30×10单元的微带贴片阵列组成.分析比较了普通贴片和分形结构贴片天线的带宽和辐射特性,发现具有分形结构单元的天线具有更宽的频带和更好的辐射特性.仿真结果表明,采用Minkowski准分形结构贴片单元的漏波天线在18～22GHz内回波损耗都大于10dB,带内增益可达17dB.实测结果表明,天线在18～22GHz内回波损耗大于10dB,在20GHz增益为14dB,适合于卫星应用.这为将其用作对地观测卫星数传天线提供了新的理论支撑.该新型微带平面漏波天线具有高增益、宽频带、小体积、轻质量和波束扫描等优势,可作为航天器天线的优选.      

基于射频的导航卫星星间链路信息传输与仿真研究

星间链路是导航卫星实现精密定轨和自主导航的关键技术之一。导航卫星通过星间链路完成伪距测量和数据交换,维持系统稳定运行的时空基准,保证系统持续提供精准导航服务。根据全球导航卫星系统的建设情况和发展趋势,首先介绍星间观测和信息传输频段,并从天线特征、多址控制方式和网络拓扑结构等角度分析了射频链路的工作体制。最后,针对实际导航卫星星座,应用OPNET平台建立导航信息传输仿真模型,通过分析信息传输效率,验证了基于射频链路导航信息传输的可行性和有效性,对全球导航卫星系统的星间链路研究具有一定的参考价值。     

网络分析仪法测量稠油介电常数

用网络分析仪在Ｘ波段８～１１．５ＧＨｚ的６个频率点上,对大港、胜利、辽河油田稠油的介电常数进行测量,测量结果可以为微波采油工艺中的井下轴射器的设计及微波能利用率的估算提供理论依据,并对测量结果进行了误差分析。     

基于射频的导航卫星星间链路信息传输与仿真研究

星间链路是导航卫星实现精密定轨和自主导航的关键技术之一。导航卫星通过星间链路完成伪距测量和数据交换,维持系统稳定运行的时空基准,保证系统持续提供精准导航服务。根据全球导航卫星系统的建设情况和发展趋势,首先介绍星间观测和信息传输频段,并从天线特征、多址控制方式和网络拓扑结构等角度分析了射频链路的工作体制。最后,针对实际导航卫星星座,应用OPNET平台建立导航信息传输仿真模型,通过分析信息传输效率,验证了基于射频链路导航信息传输的可行性和有效性,对全球导航卫星系统的星间链路研究具有一定的参考价值。     

“祝融号”火星车反射面天线设计

针对“天问一号”火星探测器“祝融号”火星车的探测通信任务需求，提出了一种X频段轻小型宽频圆极化反射面天线。该反射面天线采用了新型一体化紧凑馈源技术，实现馈源长度和口径减小20%的同时提高了反射面天线的口径效率，抵挡了火星的尘埃影响。经过对馈源进行的仿真优化，最终实测结果表明，该天线在7.1～8.4GHz内口径效率可达62.3%,在深空探测的工作频带范围内具有较好的增益、驻波和圆极化特性，该天线已成功应用于“天问一号”火星探测器“祝融号”火星车。     

Low-cost precise measurement of oscillator frequency instability based on GNSS carrier observation

Global navigation satellite systems (GNSS) receivers can be used in time and frequency metrology by exploiting stable GNSS time scales. This paper proposes a low-cost method for precise measurement of oscillator frequency instability using a single-frequency software GNSS receiver. The only required hardware is a common radio frequency (RF) data collection device driven by the oscillator under test (OUT). The receiver solves the oscillator frequency error in high time resolution using the carrier Doppler observation and the broadcast ephemeris from one of the available satellites employing the onboard reference atomic frequency standard that is more stable than the OUT. Considering the non-stable and non-Gaussian properties of the frequency error measurement, an unbiased finite impulse response (FIR) filter is employed to obtain robust estimation and filter out measurement noise. The effects of different filter orders and convolution lengths are further discussed. The frequency error of an oven controlled oscillator (OCXO) is measured using live Beidou-2/Compass signals. The results are compared with the synchronous measurement using a specialized phase comparator with the standard coordinated universal time (UTC) signal from the master clock H226 in the national time service center (NTSC) of China as its reference. The Allan deviation (ADEV) estimates using the two methods have a 99.9% correlation coefficient and a 0.6% mean relative difference over 1–1000 s intervals. The experiment demonstrates the effectiveness and high precision of the software receiver method.