无线电干涉测量在深空航天器导航中的应用

介绍了用于确定航天器相对于自然射电源或另一颗航天器角位置的几种无线电干涉测量技术及其在深空探测航天器导航中的应用。差分干涉测量通过对传播时延进行差分消除了大量公共误差,可以达到很高的测角精度,对深空航天器的导航具有重要意义。针对几种干涉测量技术中包含的相位整周模糊这一关键问题,介绍了当前国际上的几种解决方法。系统地分析了影响干涉测量的主要误差源,并对这一领域未来的发展趋势进行了展望。     

基于地基CEI技术的空间飞行器相对位置测量技术研究

讨论了差分CEI的基本原理,分析了差分CEI的相对位置确定的误差。通过分析得出结论：在CEI基线长度为1000m时,相对角度测量精度可以达到16urad,如果增加基线距离或者结合SBI技术,测量精度会进一步提高,测量精度能够满足交会过程中相对导航、编队卫星相对位置测量、高轨卫星共位等要求。     

大型齿轮在多因素耦合影响下齿形误差测量的灰色动态预报

提出了一种旁置式的大型齿轮测量装置,分析了影响该装置测量精度的主要误差来源及其特性,给出了一种处理多因素耦合影响的灰色动态预报方法.首先,基于测量装置特性,对影响齿形误差测量精度的误差源进行分析和标定,计算出各误差源的灵敏度系数;然后对测得的有限误差数据进行再抽样及灰色生成,分别计算出在每次测量中各影响因素对测量结果的作用大小,之后按照误差合成方法生成误差源耦合作用结果;最后,通过在测量结果中去除耦合作用进而提高大型齿轮齿形误差测量精度.与测量精度为0.5μm的三坐标测量机进行对比测量,结果表明所提出测量装置能满足3级精度以上的大型齿轮齿形误差检测需求.     

基于CCSDS建议的干涉测量数据格式设计

针对当前VLBI(甚长基线干涉测量)观测数据格式不统一的问题,介绍了进行ΔDOR(双差分单向测距)干涉测量所必需的数据类型和相关信息,分析了当前几种主流的ΔDOR数据交换格式的优缺点和可能性,并根据CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议的ΔDOR原始数据交换格式对干涉测量数据格式进行了初步设计。结果表明,该数据格式科学、简洁,包含了丰富的信源、测站和观测过程等信息,适用于作为国际ΔDOR观测数据交换格式的标准。     

航天器DOR信号本地相关处理的建模与仿真

详述了DOR（差分单向测距）信号的本地相关处理方法。首先根据轨道预报确定先验时延模型值,利用高精度频率估算方法估计航天器DOR信号的星上发射频率,然后通过时延模型值与频率估计值构造DOR本地模型信号,再将此模型信号分别与测站接收的DOR实测信号进行互相关运算,提取相关相位,解算高精度时延观测量。推导了DOR信号本地相关处理的数学模型,通过信号仿真验证了该方法的有效性,在仅考虑系统噪声影响与轨道预报误差的条件下,仿真时延测量精度达到0.1 ns,为深空航天器精密轨道测量提供了一种可借鉴的技术方法。     

嫦娥卫星数传副瓣信号的干涉测量研究与精度验证

针对深空差分干涉测量(DOR)信号受数传副瓣信号干扰问题,首次研究了数传副瓣信号(泄露频谱)的干涉测量,建立了数传副瓣信号干涉测量优化模型,并利用嫦娥三号着陆器实测数据验证比对了数传干涉时延与DOR干涉时延。实验结果表明,干涉带宽相仿条件下,数传信号干涉时延随机误差约0. 02 ns(STD),优于DOR干涉时延0. 17 ns(STD)的随机误差;利用射电源差分观测后,DOR干涉时延与数传干涉时延基本吻合;以干涉相时延为基准,数传干涉时延的波动误差约为0. 14 ns(STD),稳定性优于波动误差约为0. 46 ns(STD)的DOR干涉时延。该结论对嫦娥五号、载人登月等任务中下行数传信号阶段提高干涉测量精度、火星探测任务中DOR信号与数传信号分时工作模式下增加干涉测量覆盖弧段具有直接的工程价值。     

频率源振动对测速精度的影响

针对频率源振动会影响测速精度的问题,按照国军标车载设备的振动要求,对频率源振动带来的相位噪声进行仿真分析和实际测试。并以振动频率为5Hz为例,对10 MHz频率源进行测试计算得到相应短稳;然后计算频率源在静止和振动环境下的测速随机误差;最后通过比较得到频率源在振动时测速精度会恶化几个数量级的结果。建议在动中测速时,通过使用加速度灵敏度低的晶振,安装减震器,优化环路设计,采用数字补偿技术等措施以减少振动对测速精度的影响。     

卫星双向时间频率传递研究进展

介绍了卫星双向时间频率传递的基本原理和技术演进,重点论述了基于伪码相位测量的卫星双向时间频率传递方法及其误差来源,阐述了双伪码卫星双向时频传递技术、载波相位卫星双向时频传递技术和卫星双向 日波动效应等重点研究方向的最新进展.针对制约卫星双向时间频率传递技术性能提升的主要问题,给出了相关发展思考.     

中国深空网首次△DOR联合测轨试验分析

通过分析中国深空网首次△DOR（Delta Differential One way Ranging,双差分单向测距）联合测轨试验的干涉测量事后数据,重点从观测量随机精度、闭合时延等方面讨论了国内深空网与国内VLBI（Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量）观测网、国内深空网与国际深空网的联合干涉处理情况,并与ESOC（European Space Operation Center,欧洲空间操作中心）数据处理结果进行了比对.试验结果表明：我国深空网已具备独立或联合开展深空探测器导航测轨的系统支持能力;深空站系统具备高速率数据接收、采集、记录、传输能力,采集数据处理精度优于1 ns;深空网干涉测量信号处理中心具备多体制信号的干涉处理分析能力,其分析精度与ESOC处理精度差异在0.1 ns量级.     

符合CCSDS标准的干涉测量系统接口设计

在参考国外各机构△DOR(双差分单向测距)干涉测量系统的数据接口设计方案和CCSDS(空间数据系统咨询委员会)相关标准的基础上,对我国干涉测量系统的数据接口与通信接口进行了设计。该设计方案与CCSDS标准《△DOR原始数据交换格式》相兼容,通信带宽可以满足对大数据量原始测量数据的实时传输。后续,将利用欧空局"金星快车"进行中欧双方干涉测量交互验证试验,验证双方相关处理系统的兼容性,以及相互传输的干涉测量原始数据格式与CCSDS RDEF(原始数据交换格式)的一致性。     

基于相频约束的航天器定时技术

双向相干测距测速体制是最常用的航天器测量体制,是一种闭环体制.与之相比较,开环测距测速可以在信号更微弱的情况下获取到观测量,在深空任务中有着独特的意义.然而,开环测距也面临棘手的技术难题——高精度航天器定时技术.针对该难题,在保持现有航天器信号体制的基础上,阐述了基于遥测信号和测距侧音信号（差分单向测距DOR信号可看作侧音信号）间相频约束的航天器定时原理,研究了侧音频率最优化设计方法,给出了“器上发射测站接收”的初步实现方案,为后续开展工程应用奠定了基础.     

四路鉴相器瞬时测频解模糊方法研究

比相法瞬时测频在电子对抗和空馈式雷达目标模拟领域占据重要地位。首先,介绍了比相法瞬时测频原理,设计了利用四路鉴相器实现瞬时测频的方法,并重点研究了四路鉴相器由低位向高位解模糊方法,给出了解模糊前后鉴相器二进制位构成和具体解模糊过程,该方法具有重要的工程参考价值。     

基于飞秒光学频率梳的双通道光频测量设计

基于差频技术的单块飞秒光学频率梳被广泛应用于光频的精密测量领域。通过将飞秒激光的重复频率和载波包络相移同时锁定至原子钟上,可以将飞秒光学频率梳的稳定状态延长至9 h。文中提出了一种基于飞秒光学频率梳的双通道光频测量设计,并且针对两种待测光频的不同情况,给出了不同的测量方法。这种设计对将来实现高效率的光频测量具有重要意义。     

基于卫星授时控制器的设计与实现

针对一些小型试验场或舰船上的条件局限性,对授时、控制等参试设备提出了更高的要求,希望提供一种功能全面、携带方便的小型化设备,用以满足试验的多种需求.为解决这个问题,研制了新一代时统设备——卫星授时控制器.基于GPS（全球定位系统）/BDS-Ⅱ（“北斗”二代）卫星授时原理,采用功能较强的微控制器和可编程器件产生多种时频信号、控制信号和模拟导航信息,实现了定时、控制、接收和产生等多重功能,提高了设备的集成性、通用性和便携性;同时采用倍频、锁相、驯服等技术,使设备10 MHz频率源的准确度提高2个量级,卫星同步精度优于50 ns.该控制器已成功应用于移动测控站和舰船试验中,效果良好.     

异地遥测对接可行性探究

针对现有飞行器测控系统遥测对接试验周期长、效率低的不足,提出一种异地遥测对接方法.通过构建异地遥测对接系统结构,得到异地遥测对接信号链路模型.基于系统时钟抖动的频率、相位和采样时间表达形式,对异地遥测对接链路中的信号进行了具体推导.在此基础上,从频率和相位2个方面,定量分析了系统时钟抖动对异地遥测对接信号相参性的影响.分析结果表明：对于Ka频段信号,当应答机端异地遥测对接系统的时钟短期频率稳定度优于1×10^-11时,异地遥测对接系统引入的频率抖动△f≤0.6 Hz,相位抖动△φ≤0.075 rad,可认为异地遥测对接信号的相参性不受影响,异地遥测对接可行.     

一种时间传递系统中调制器时延的数字标定算法

针对传统示波器观察法测量BPSK（Binary phase shift keying,二进制相移键控）调制器时延时存在整码元模糊、噪声敏感、载波初相要求苛刻及标定精度低的缺点,利用软件无线电的相关处理技术,提出一种精密的BPSK调制器时延标定算法.通过高速数字示波器对BPSK调制器的输入基带信号和输出载波调制信号进行双通道同步过采样,对输出信号与输入信号采样值进行循环相关,根据相关峰值对应的样本点序号以及连接电缆的校准时延,计算得到BPSK调制器时延.仿真和试验验证表明：提出的算法不受载波初始相位影响,时延标定上限可达1个伪随机码周期,而且低载噪比情况下也能得到准确结果.数字示波器的通道采样率为10 GSa/s时,采用提出的算法进行BPSK调制器时延标定,标定结果的不确定度可以达到0.2 ns.     

弹道辅助的弹载接收机伪卫星信号快速捕获方案

 为实现导航式弹道修正弹在高动态环境下对导航信号的快速捕获且摆脱全球定位系统(GPS)的限制,提出了一个完整的基于伪卫星区域定位系统的弹载接收机信号快速捕获方案。首先利用期望弹道辅助获得多普勒频移初始值以缩小多普勒频移搜索范围,然后采用改进的搜索策略进一步减小多普勒频移搜索时间,最后利用三次样条插值法处理相关谱谱峰及邻近采样点的数据以提高低频采样下粗捕获(C/A)码相位的测量精度。算法分析及仿真结果表明,所提方案能有效缩短多普勒频移搜索时间,提高PN码相位测量精度。