调频连续波激光雷达距离-多普勒解耦新方法

调频连续波激光雷达探测运动目标时,通常采用二维傅里叶变换解耦合方法.当探测高速运动目标时,由于目标移动导致不同调频周期的中频信号频谱峰值不在同一距离单元,用二维傅里叶变换法进行解耦将产生速度模糊.新的解耦方法通过对多个周期的中频信号频谱峰值位置进行直线拟合,获得目标径向速度估计值.利用速度估计值构建多普勒补偿信号,并与原中频信号相乘.补偿后的中频信号频谱峰值在同一距离单元内.将补偿后的中频信号用二维傅里叶变换法获得的径向速度与之前的速度估计值相加,得到最终的目标径向速度.仿真结果说明新方法在获得较高测距、测速精度的同时,可以有效提高调频连续波激光雷达的无模糊速度.     

基于UKF的姿态无关GPS双差整周模糊度确定

基于运动的GPS双差整周模糊度确定方法需要预先知道载体的姿态,为了消除对姿态的依赖,研究了一种新的整周模糊度确定方法。首先将多天线载波双差相位矢量观测方程转化为标量观测方程,消去了对载体姿态矩阵的依赖。经过短时离线观测,以中心估计算法和协方差白化算法估计和修正双差整周模糊度的近似解及协方差矩阵。再以该近似解和协方差矩阵为初值,由无迹卡尔曼滤波(UKF)实时估计双差整周模糊度的精确解。最后对该方法进行了仿真,仿真结果表明经过离线批处理算法的预处理UKF可准确收敛于真实解,证明了方法的正确和有效性。     

附加Doppler预报坐标约束的模糊度 动态解算新方法

利用GPS(Global Positioning System)相位观测进行动态定位的主要困难就是法方程不适定问题(秩亏或病态问题),导致模糊度浮动解及其协方差阵不准,以此构造的模糊度搜索范围比较大,使得模糊度的搜索非常困难.提出利用Doppler高精度测速预报近似坐标并对其附加约束,解决法方程求逆中的不适定问题,提高模糊度浮动解及其方差阵的准确性,缩小模糊度的搜索范围,提高模糊度搜索的成功率.结果表明,短基线情况,新方法在模糊度动态解算中取得了明显效果.      

基于CEI定轨中整周模糊度问题处理方法的研究

相位干涉测量是一种被动测角跟踪方法, 其中的中短基线相位干涉测量(CEI)具有测角精度高、基线短、布网灵活、实时性好等特点. 分析采用CEI对GEO卫星定轨时初始整周模糊度解算的可行性, 由于中继卫星的初始轨道精度较低, 对其定轨时必须首先解决模糊度问题. 主控站具有测距功能时, 利用精度较高的距离观测量来计算整周模糊度; 主控站没有测距功能时, 提出了固定模糊度参数的参数估计方法. 仿真计算表明, 系统误差小于1.0 m时该方法效果较好. 给出了该方法对星下点在中国上空一定经度带上的GEO卫星网的整体定轨能力, 当系统误差为0.1 m时, 110°E卫星的迹向精度达到25 m, 对于80°E, 140°E卫星, 迹向精度分别达82 m, 34 m.      

毫米波调频引信的优化二维FFT信号处理算法

针对毫米波调频引信对目标距离速度信息联合估计的问题，提出一种基于相对距离评价函数优化的二维快速傅里叶变换（FFT）信号处理算法。首先，通过分析二维FFT算法实际测距测速精度与FFT点数的关系，建立了优化数学模型，利用相对距离评价函数对数学模型求解，得到FFT点数最优解；然后，采样将差频信号数据转换成二维数据矩阵，分别对矩阵的行列进行相应FFT变换；最后，通过提取峰值点的坐标估计目标的距离速度信息。结果表明:该算法有效提高了传统二维FFT算法的测距测速精度，并且满足实时性要求，能够同时提取毫米波调频引信的目标距离速度信息。      

新的GPS单频单历元定姿算法

LAMBDA算法依赖于初始的模糊度浮点解,但仅用载波相位观测方程需要多个历元才能获得浮点解,将导致初始化时间过长.针对这一问题,对GPS(Global Positioning System)单历元的载波相位单差方程进行特殊变换,将未知的整周模糊度看成噪声,从而构造出新的观测方程,和原始的观测方程进行组合求解,克服了仅用载波相位双差观测方程因为亏秩而无法在单历元获得浮点解的缺点,解决了初始化时间的问题.通过深入研究浮点解和固定解之间的关系,提出一种将低精度浮点解映射到固定解的方法,降低了LAMBDA算法对高精度浮点解的依赖性,避免了用多个历元获取浮点解的高精度,从而实现了单频、单历元的整周模糊度估计.通过实际测试,该算法成功率高于97%,能够有效地用于实时动态姿态解算.      

面向绕月交会对接的同波束VLBI研究

针对"嫦娥5号"(CE-5)探测器间高精度相对测量需求,设计了我国深空干涉测量处理中心框架下的同波束VLBI处理算法,分析了X波段同波束VLBI相位解模糊条件和结果;通过引入群时延辅助的相位干涉技术,大幅抑制了干涉时延随机误差,为同波束VLBI中相位解模糊提供了先验条件;利用CE-5对接实测数据验证了本文工作的有效性,为CE-5任务同波束VLBI的实施奠定了基础。     

全相位FFT频率测量在调频激光测距技术中的应用

调频连续波激光测距技术在常见的非合作目标激光测距技术中,目前具有最高的测量精度,其原理是对激光的光频进行线性调制,通过测量发射信号和回波信号的频率差反推目标的距离。因此频率测量精度对于距离测量精度具有决定性影响。传统FFT由于存在频谱泄露,且频谱细化方法从根本上受限于FFT的精度,导致测量精度低。全相位FFT较好的解决了频谱泄露的问题,具有相位不变性。本文提出将全相位FFT方法应用于调频激光测距,采用时移相位差法对频率进行测量,在MATLAB环境下对试验获取的数据进行频率解算并计算目标距离。试验证明,全相位FFT应用于调频激光测距数字信号处理时,在大于50m距离处测距误差小于0.3mm,达到了良好的应用效果。     

基于相位偏差的实时PPP模糊度固定

采用CNES发布的实时相位偏差数据，实现包含模糊度固定的实时精密单点定位.对全球10个IGS测站10天观测数据进行RTPPP解算，分别统计模糊度首次固定时间和定位精度，结果显示利用实时相位偏差数据能在平均30min内实现模糊度首次固定，模糊度固定时水平位置误差由6cm迅速降低至2cm左右，三维位置误差由10cm迅速降低至5cm左右，同时RTPPP模糊度固定在3h观测内可保持水平3cm、三维5cm左右的定位精度.通过分析得出，基于相位偏差的RTPPP模糊度固定技术具有较高的定位精度和定位稳定性，能够快速实现cm级定位.      

一种频率步进雷达目标径向速度估计方法

为补偿目标径向速度对频率步进雷达合成距离像的影响,提出了一种目标径向速度估计方法.经公式推导证明频率步进雷达相邻两个脉组回波的归一化采样序列的互相关函数是一复正弦序列,该序列的频率与目标径向速度有确定的对应关系.通过快速傅里叶变换(FFT,Fast Fourier Transform)可获得序列频率,从而估计出目标径向速度.该方法可估计的速度范围仅取决于系统带宽和脉冲重复周期,并且由于理论估计精度可通过FFT点数调整,在需要非常高估计精度的场合可以大幅降低计算量.计算机仿真结果表明该方法对目标径向速度估计准确,同时具有较好的抗噪声性能.     

Precise line-of-sight vector estimation based on an inter-satellite radio frequency system

This paper proposes a precise line-of-sight (LOS) vector estimation using an inter-satellite radio frequency system. GNSS-like technology is inherited such that the ranging signals are locally generated inside the formation. However, the approach differs from the standard GNSS model usage in that the LOS vector to be of a unit length is fully explored as a priori constraint for the carrier phase integer ambiguity resolution. The constraint is lumped to the mapping process from the real-valued ambiguities to the integers by what is called validation or subset ambiguity bounding. These two approaches have the same rules of regarding the constraint as a gateway to accept or reject the ambiguity candidates, but differ by using “all-ambiguity-set” and “subset-ambiguity”. Both show remarkable improvement with up to 80% lower integer fixing failure rates than without treating the constraint. Validation provides a slightly better performance than the subset ambiguity bounding in terms of the integer fixing failure rates and the computational efficiency. The predefined tolerance regions that are critical for these two methods are analytically determined as function of the carrier noise. The paper also introduces a LOS dependent ambiguity dilution of precision (ADOP_LOS) measure that can serve as a metric to characterize the expectation of being able to successfully resolve the ambiguities. The region of ADOP_LOS lower than 0.21 is empirically summarized as the safe region where the integer fixing failure rates are less than 1%. A closed form of the ADOP_LOS is derived which is able to capture the impact of the various factors. Antenna baseline geometries and multiple frequencies in the form of an ultra-BOC signal structure are demonstrated as the most important influencing factors. With multiple properly arrayed antennas and using ultra-BOC structure, instantaneous ambiguity resolution can be achieved and the LOS accuracy can reach millimeter level.     

目标速度对脉间变频格式RCS测试的影响

研究了在脉间变频格式目标雷达散射截面(RCS)测试中目标径向速度对测试结果的影响.从目标像位置偏移和目标像发散两个方面分析了目标径向速度造成RCS测试结果误差的原因,进行了计算机仿真,给出速度与误差的数值关系.通过对仿真数据的分析,提出减小RCS测试误差的方法.根据双通道雷达能够同时在两个频段上对同一目标进行测试的特点提出了一种校正被测目标径向速度影响的方法,并用该方法对BHEML-1型雷达的外场实测数据进行了处理和分析比较.     

两步法快速解算编队卫星GPS模糊度

为克服卫星编队飞行实时相对定位中双频模糊度解算速度慢的缺点,结合扩展Kalman滤波(EKF,Extended Kalman Filter),首先采用少数个历元(如10个)相位平滑伪距相对定位结果与 L₆的平均值对滤波初始化,再根据两步法解算双频模糊度,即先解算并正确固定宽巷模糊度,获得较准确的基线分量估值,然后采用选权拟合方法,将基线分量作为约束条件解算并固定双频模糊度.仿真算例计算结果表明,当宽巷模糊度正确固定后,编队卫星间相对定位误差在5cm以内,两步法可以在较短时间(约3min)内固定双频模糊度,为精确解算编队卫星的相对状态提供保障.     

基于ATI技术的一种动目标检测的实现方法

提出了一种基于双孔径天线沿航迹向干涉(ATI, Along-Track Interferometry)的动目标检测、测速及定位的实现方法.该方法与DPCA(Displaced Phase Center Antenna)技术相比,不要求天线载体速度和脉冲重复频率之间必须满足严格的制约条件,同时克服了DPCA技术及CSI(Clutter Suppression Interferometry)技术产生的动目标回波强度随目标径向速度按正弦规律相消而降低了对慢速目标的检测能力的不足.在ATI理论分析的基础上,给出了利用干涉图像的干涉相位信息进行动目标检测、径向速度分量估计及定位的一种实现方法.这种检测方法能够完成被地面背景杂波淹没的慢速运动目标的检测、测速及定位.计算机仿真结果验证了其有效性.      

脉冲星导航的整周模糊度解算方法研究

脉冲相位是X射线脉冲星导航方法的基本观测量,在测量的脉冲相位与预报相位比对的过程中存在整周期模糊度问题．借鉴GPS载波相位模糊度的解算方法,提出了单差搜索法、最小二乘搜索法和模糊度函数法3种空间搜索方法用以解算脉冲星导航系统的整周模糊度,并针对地球卫星完全迷失的情况进行了搜索仿真验证．结果表明,这3种方法都能够准确地解算出整周模糊度,均可用于脉冲星导航系统的在轨解算．其中最小二乘搜索法的性能稳定,搜索速度快;模糊度函数法搜索速度慢,但适用于装配单X射线探测器的脉冲星导航系统．     

Inertial aided BDS triple-frequency integer ambiguity rounding method

The integer ambiguity resolution (AR) of carrier phase is significant for Global Navigation Satellite System (GNSS) precise positioning. However, in kinematic case, single-epoch AR methods based on alone GNSS are usually not reliable due to the instable pseudorange accuracy. Moreover, the computation of classical AR method Least Squares Ambiguity Decorrelation Adjustment (LAMBDA) is large. Thus, the inertial measurement unit (IMU) is introduced, a new inertial-aided AR method that directly rounds the float ambiguity of BeiDou triple-frequency combined observations, which is characterized by long wavelength, low carrier-phase noise and ionospheric delay, is proposed. The mathematical model of the new method is derived first. Then the impacts of the carrier-phase noise, ionospheric delay and inertial navigation system (INS) position error on the AR success ratio of combined observation are analyzed through probabilistic approach. Based on above investigation, the combinations (0, ?1, 1), (1, 4, ?5) and (4, ?2, ?3) are selected to resolve the original ambiguity. A vehicular integrated navigation test is performed to demonstrate the proposed method. The results show that the average AR success ratios of the three selected combinations, whose float ambiguity errors are 0.041, 0.146, 0.279 cycle respectively, are above 97.25% without regard to low-elevation C05. With respect to positioning accuracy based on our AR method when compared with IE software, the east, north, up error RMS of position are 0.042, 0.024, 0.069 m, respectively. In terms of the AR recover after the BeiDou signals outage, as long as 62 s BeiDou signal complete outage, all the ambiguities of all satellites could be re-fixed immediately. Besides, during the 90 s signals partial outage, the AR is not influenced by the position error, since the float ambiguity errors are all below half-cycle. The research of this contribution demonstrates the effectiveness of the proposed new method, which indicates it is applicable to kinematic positioning, even in BDS degraded and denied environments.     

深空伪码测距中复合码性能的分析与研究

深空伪码测距系统中复合码的选择影响到系统的无模糊距离、测距精度、捕获时间和硬件实现方法. 针对深空伪码测距系统中常用的测距码进行仿真、分析、比较与研究, 包括复合码的频谱特性、周期、直流分量、码钟衰减、捕获时间和测距抖动误差等. 利用同相相关系数和非同相相关系数的信号空间图分析复合码的捕获时间性能; 采用同相中相积分环作为码跟踪环, 利用其线性环路模型分析测距系统的抖动误差性能; 进而分析半正弦成型和方波成型对系统的捕获时间和测距抖动误差的影响. 通过研究和分析认为, 在深空测控测距中, 一种比较适用的测距方式是选择T4B作为伪码测距系统的测距码, 基于DDS原理产生任意码片移位的伪码序列, 采用半正弦成型调制方式和半正弦匹 配滤波接收技术, 利用同相中相积分环进行伪码的跟踪.