USB测距测速数据误差建模和评估

统一S波段（UnifiedS-band,USB）系统是目前中国载人航天和月球探测任务的主要测控网。文章对中国USB系统的测距测速数据的误差构成进行了详细分析,给出了传播媒介、相位中心偏差、时标偏差、通道时延以及卫星星历误差的修正模型,并通过对实测数据的残差分析,对目前中国USB测量数据的精度进行了评估,给出了USB测距和测速数据的实际精度。最后,针对目前USB数据的处理和应用情况,提出了数据处理上需注意的一些问题。文章的结论对今后改善中国USB系统的测定轨精度具有一定的参考价值。     

环火星测量数据处理及精密轨道确定

为支持我国首次火星探测任务取得圆满成功，宇航动力学国家重点实验室将全自主开发的精密定轨平台系统，应用于环火星轨道确定中。为满足多对象、多弧段、多中心天体的定轨需求，平台系统设计了卫星结构、测站结构、观测结构和天体结构4大基础结构，并在4大基础结构之上，设计了灵活的弧段结构和估计结构。为验证平台系统是否具备环火星定轨能力，平台系统首先使用2020年上半年跟踪火星快车实验的数据对测量模型进行了检核，得到了理论测距和实测测距偏差（11m~21m）；其次，使用2009年实测双程测速和三程测速数据定轨，单独使用双程测速定轨，轨道与欧空局精密星历位置偏差最大不超过100m，测速残差的均方根（Root Mean Square, RMS）为0.0137(cm/s)。使用三程测速定轨，位置偏差不超过250m，三程测速RMS为0.0119（cm/s）；最后，使用两天三站测距仿真进行了自定轨验证，初轨和随机差都基本收敛回仿真初值。结果显示，宇航动力学国家重点实验室精密定轨系统能够满足我国首次火星探测任务的基本需求。     

多站连续波跟踪雷达的测速定轨研究

连续波跟踪测量系统中,测距元通道通常存在较大的系统误差,并且有时出现个别测元数据质量较差,不能应用的情况,而其变化率及其多站测速系统提供的测速数据,精度较高,且测元多,是否可以利用测速元数据直接定轨,精度如何,在实际数据处理及应用中具有重要意义。文章对利用测速元进行航天飞行器定轨进行了详细的研究和大量的计算,获得了相应的理论和计算结果,通过比较,提出了利用样条函数非线性估计轨道的方法,并提供了具体的算法和相应的误差估计公式。理论分析和计算结果表明：该方法轨道估计精度高,成功地解决了测速定轨问题,在实际中有广泛的应用价值。     

空间引力波探测器轨道确定及仿真分析

针对空间引力波探测器的精密轨道确定问题,选取LISA(Laser Interferometer Space Antenna)作为研究对象,建立了探测器的目标仿真环境,模拟生成美国深空网(Deep Space Network,DSN)和中国深空网(China Deep Space Network,CDSN)在不同测站下的测距测速数据,采用非线性加权最小二乘(Weighted Least Squares,WLS)和蒙特卡洛方法(Monte Carlo,MC)分析跟踪弧长、测轨数据类型、测站数量及其分布等因素对LISA探测器定轨精度的影响。仿真结果表明:①增加测站的定轨弧长,可有效提高轨道确定精度,当跟踪弧段达到20 d时,探测器位置确定精度可达92 m;②在现有测量精度条件下,测距信息对定轨精度的贡献较大,测距/测速组合定轨方式与仅利用测距、测速定轨相比,估计的位置精度分别提高了32.23%、99.52%;③采用多测控网定轨模式可以提高多站共视比率,有利于提高定轨精度和收敛速度,DSN/CDSN联合定轨比仅采用DSN定轨的平均位置精度提高43.73%。     

Kalman滤波估算电离层延迟的一种优化方法

频间偏差（Inter Frequency Bias，IFB）通常会给电离层延迟的解算带来误差.目前从电离层延迟中消除频间偏差的方法是基于GPS双频观测数据建立垂直电离层模型，利用卡尔曼滤波实时估算电离层模型系数和频间偏差.然而滤波过程中的测量噪声协方差矩阵没有考虑系统观测量之间的相关性，这会导致滤波模型不准确，进而影响最后求解的电离层延迟的准确性.本文选取了美国19个参考站的GPS双频观测数据，利用卡尔曼滤波实时估算电离层模型系数以及频间偏差.在滤波过程中，通过将先验频间偏差的估计方差引入测量噪声方差，实现对测量噪声协方差矩阵的优化.计算结果表明，优化后得到的卫星频间偏差与欧洲定轨中心（Center for Orbit Determination in Europe，CODE）得到的频间偏差更接近.将优化后的电离层延迟代入伪距解算，得到的位置误差的标准差在东向和天顶向分别下降了12.5%和15.4%，天顶向误差平均值下降了17.6%，定位精度得到提高.      

测速元对弹道定位精确度的影响

对于弹道参数的数据融合问题,过去一般只考虑了多个测距元情况下,弹道位置参数精确度的改善.自从文[1]提出了测速定轨的原理和计算方法以及文[2]利用测速元诊断测距元的测量系统误差以后,使人们对测量系统中测速元的作用有了新的认识.讨论了在主体为测距元的测量系统中,若有一个或若干测速元,这些测量元素对弹道位置参数精确度的影响.结果表明测速元能显著提高弹道参数的精确度.     

“嫦娥二号”小行星探测试验定轨计算与分析

嫦娥二号于2012-04-15开展对图塔蒂斯小行星的探测试验,至2012-12-13与图塔蒂斯交会,共飞行243 d,这是我国对小行星的首次探测.因为未安装星载导航设备,CE-2 在小行星探测试验的全过程均基于地基USB（Unified S-Band）与甚长基线干涉测量技术（VLBI,Very Long Baseline Interferometry）测量实现导航.对小行星探测期间的定轨计算及精度分析进行了讨论,对我国新建深空站的测量数据进行了分析.针对交会前最后一次轨道机动后,仅有13 d控后数据的现状,提出了快速轨道重建策略.计算结果表明该策略不仅可以有效改进定轨计算精度,还可以实现轨控速度增量的标定.基于重叠弧段的轨道分析比较表明,单独使用USB长弧数据计算可以获得10 km的定轨精度,综合USB与VLBI数据联合定轨,定轨精度可以提高1倍.     

时标偏差对站间双向时间比对的影响分析

基于站间双向时间比对的基本原理,讨论了时标偏差对站间双向时间比对精度的影响,并利用实测的站间双向测距值,计算比较了存在不同时标偏差情况下站间双向时间比对的结果和精度。结果表明:时标偏差影响体现的是伪距变率项和伪距径向加速度项;当时标偏差不大于1 s时,时标偏差影响主要体现的是伪距变率项;时标偏差符号相反时,对站间双向时间比对结果的影响大小一致,符号相反;时标偏差越大,对站间双向时间比对结果的影响越大。     

测量时刻偏差对单星定轨误差的影响分析

为评估测量时刻偏差对单星定轨等效测量误差的影响,根据单星定轨处理策略分析了其理论模型,指出测站接收机的测量时刻偏差由测站时钟钟差以及测量时刻不准确度等组成。试验数据分析表明,测站钟差经一阶多项式拟合后的残差可近似为零均值的测量噪声;数值仿真结果表明,卫星信号发射时刻1ms误差导致GEO、IGSO、MEO三种卫星的等效测距误差分别为006cm、40cm、80cm。     

伪码扩频测距系统中多径误差的实验测量与分析

利用扩频测距发射与接收设备,设计了多径误差测量实验,获得了测距误差随多径延迟变化的实测数据,并针对实验进行理论建模与分析仿真,计算结果与实测数据基本吻合,证明了扩频测距系统中多径分析与仿真模型的正确性,确认了多径引入的扩频测距误差的影响量级。     

误差分离法测圆柱度误差的不确定度估计

阐述五测头误差分离法在普通机床上实现圆柱度误差在位测量的原理和方法，并对测量不确定度进行了全面的分析和估计，明确了测量精度范围。此不确定度分析有助于机床误差的修正和补偿，对其它形状误差的精密测量和误差分离技术的实际应用具有普遍意义。     

热电偶响应对激光脉冲法测量热扩散率的影响

用激光脉冲法测量热扩散率时，作为感温元件的热电偶总有一定的响应时间。试样达到最大温升的时间比较短时，热电偶响应时间所带来的测量误差就不能忽略不计。将热电偶处理为一阶测量环节，导出了考虑热电偶响应时间的试样背面温升表达式和修正关系曲线，并据此对实验结果进行修正。结果表明：经修正后的结果和文献［１］中提供的数据相吻合。     

自主导航星座旋转误差的差分校正技术

基于星间观测的自主导航星座存在整体旋转不可测问题,一旦星座发生整体旋转,将导致地面用户定位结果存在偏差.针对这一问题建立了地面用户定位误差模型,运用定位原理和球坐标系变换,从数学上推导了星座整体旋转偏差和地面用户定位偏差之间的关系,在此基础上提出了基于差分原理的旋转误差校正技术,并给出了系统组成和校正算法.使用Walker 12/3/1星座的仿真表明,导航星座旋转误差将导致地面用户的大地经度出现相同角度的偏差,地面用户使用差分校正技术后可有效校正这一误差,在星座整体旋转误差小于1'（相当于赤道地区31 m的水平误差）的条件下,地面用户经差分校 正后的水平误差小于 1.5 m,高程误差小于0.003 m.     

存储器抗辐射加固的矩阵纠错码研究

为了纠正辐射环境中的高能粒子对存储器造成的多位翻转,研究了一种矩阵纠错码电路,对存储器进行有效的抗辐射加固。提出了一种矩形循环校验法构造校验位,并设计了纠错码的译码算法和相应的译码电路。根据校验位构造了检测位。对数据的输入顺序进行排列,确保了冗余位发生翻转时纠错码电路仍可以正常工作。在16位宽的码字中,所研究的矩阵纠错码可以纠正数据宽度为5位的多位翻转。同目前已知的二维纠错码在相同条件下进行比较,其获得了更高的平均失效时间。     

Study on Satellite-to-ground Laser Communications with Existence of Atmosphere

The laser beam used to establish a communication channel between satellite and ground segments has a small divergence angle and a tiny spot on the Earth’s surface, which may lead to the fail of the system. So it’s important to study the deflection of laser beam by the Earth’s atmosphere and find a way to calibrate this error. Both theoretical analysis and real data processing method are used to obtain the mathematical model for divergence angle of laser communication beam and its correction function. Then the model has been applied to the data, which was used to describe the atmosphere state by traditional ground segments to obtain the critical elevation angle. According to the results of calculation, our conclusion will be that the correction should be done when the critical elevation happens.      

地基伪卫星系统多址测距误差的校正算法

相对于卫星导航,地基伪卫星与接收机距离较近,测距中不涉及电离层传播等误差,易实现高精度测距和定位。但由于地基伪卫星位置固定,在信号连续发射模式下伪卫星信号间的多址干扰(MAI)会引起相对恒定的测距误差,针对地基伪卫星系统这一特点,提出一种基于反馈串行干扰抵消(SIC)的测距算法。首先对全部伪卫星信号进行捕获跟踪和功率估计,然后通过串行干扰抵消算法降低强功率伪卫星信号对期望测距信号的干扰,通过反馈模式进一步提高干扰抵消算法的性能。仿真结果表明,该方法可有效改善地基伪卫星系统强远近效应区域内的测距性能,不考虑其他误差下在强远近效应区域内基于码环可将伪卫星测距性能从10 m以上降低到约0.3 m。     

虚拟坐标测量机虚拟测量方法的研究

提出了“虚拟坐标测量”的新概念。它是在虚拟环境下,通过虚拟测头的移动和触测实现对真实环境下坐标测量机的零件测量过程的仿真。与真实环境下坐标测量机的零件测量不同,它产生的测量结果并不是零件的实际尺寸及误差是否满足要求,而是产生特定被测零件的测量程序和测量方案。因此,它也是一种坐标测量机的离线编程。     

一种相噪测试系统误差修正技术的仿真分析

为提高相噪测试系统测量的准确性,本文提出了一种基于高斯白噪声多点注入技术的测试误差修正方法.根据鉴相法测量相位噪声时各环节的误差项分析,构建了系统的误差修正模型.通过对模型输出结果的仿真,计算了锁相环路特性、基带信号处理通路(由LPF、LNA等组成)频响不平坦特性这两个主要误差因素的修正值.同时给出了其它误差项的修正方...