高动态跳频信号时钟同步设计与实现

由于跳频信号各跳之间的符号速率和符号数量不一致,特别是低速跳只含少量符号,导致时钟误差提取困难。针对高动态下的跳频信号时钟同步难题,提出基于频偏估计的钟偏反馈调整方法。该方法通过同步序列进行频率估计和钟偏估计,并结合反馈方法调整钟偏和时钟跟踪,实现了高精度时钟同步。仿真结果表明：该方法适应飞行速度7.9 km/s、加速度0.2 km/s²的超高动态,定时同步性能优越,定时精度满足高速跳频信号解调要求,且解调损失小于0.1 dB。     

星间链路发射机时延零值的数字标定算法

The traditional absolute calibration based on oscilloscopic observation is not suitable for crosslink transmitter. A new calibration algorithm is developed by using a digital signal processing technique. The output signal of crosslink transmitter and the pulse per second signal are sampled in synchronization. At first, the delay reference is determined according to straight line fitting for the signal level stepping segment. The sampling data of crosslink transmitting signal is decimated and then phase acquisition processing is made to determine the initial synchronization point. A fine search for the start of the pseudo random code has been processed between front and rear of the initial synchronization point. Finally, the transmitter delay can be obtained according to the sampling frequency and the calibration delay of the test cable and attenuator. Compared with the oscilloscopic observation method, the analysis and test results show that the proposed technique has overcome the faults caused by whole chip ambiguity and the calibration accuracy can be improved by an order of magnitude.     

时差定位型卫星铷钟的双钟热备份设计

针对传统星载铷钟备份设计中对铷钟状态判断不准确和主备切换时输出信号不稳定的不足,在分析时差测算铷钟指标原理和频率信号切换方法的基础上,提出了一种适用于时差定位型卫星铷钟的双钟热备份设计,通过GPS时差测算铷钟频率性能指标,以及无扰切换设计实现频率信号的稳定输出。地面试验表明,铷钟的准确度和稳定度指标测算误差小于5%,频率输出信号在切换时连续稳定,无突波干扰。研究结果可以为后续定位型卫星和导航卫星的高精度时频系统设计提供参考。     

高稳可变频率源的低杂散设计与实现

现代雷达电子对抗广泛使用DRFM 对雷达信号进行采样、存储与处理。传统频率合成技术无法同时满足高性能DRFM 对频率信号的稳定、低杂散、多路相参等指标要求。研究了频率源输出信号的抖动与杂散谐波对采样系统杂散性能的影响,结合传统频率合成技术,设计了基于FPGA和低噪声时钟抖动消除器的频率源电路,并对初级信号的谐波抑制设计了基于带通滤波器和微带滤波器的窄带滤波电路。最后,对系统的测试结果表明,本设计可输出多路频率范围为2．27～2600M Hz（分段）的频率信号,步进小于10kHz。信号相位噪声优于－95dBc／Hz ＠100kHz ,杂散抑制优于－60dBc。     

基于GNSS的通信星座系统的时间同步研究

为近地通信卫星星座系统提出一个将星座各星上时钟同步到地面系统时钟的新技术方案,以GNSS导航系统时钟作为高精度、高稳定的时间基准,利用地面站和星座星上的GNSS接收机基于定位原理测得各自时钟相对于GNSS系统时钟的时差量（秒脉冲相位差）,进一步得出各星时钟相对于地面系统时钟的时差观测量。每个星上时间管理单元利用一个Kalman滤波器估计星地时差模型参数,周期性更新星上时差预报,并据此估计秒脉冲调相时机,以及按照最小调相残差原则估算的调相幅值,并令PPS发生器完成相关调相操作。还设计了上述时统方案在一个典型Walker（24/3/1）星座中的应用研究,并开展了数学仿真和半物理仿真。文章还设计了一个半实物仿真方案,通过数学仿真和半物理仿真,表明该时统方法可将星地秒脉冲相位差自动控制在指定误差范围内,证实其在近地通信卫星星座系统全网时间同步任务中应用的可能性和有效性。     

新一代运载火箭的数据驱动快速测试技术

本文提出一种数据驱动的快速测试技术。数据由箭上系统通过自检测(BIT)采集,经箭地高速总线传送至地面;地面数据处理终端采用与箭上系统相同的模型和算法,复现箭上的处理过程,从而判断系统中是否存在故障,实现快速故障定位。本文全面介绍实现这一设计的关键技术,包括箭上信息监测点的选择、总线窃听技术、飞行软件中的数据管理任务等,并示例说明各类典型数据的分析以及故障诊断和定位等。所有分析工作均实时自动完成,并能随测试用例的调整自适应地计算出新的比对结果,为提高系统级测试的覆盖性创造条件;并大大节省地面专用测试设备和数据分析时间,减少技术保障人员。     

双星InSAR时间同步误差对相位同步的影响

针对双星编队的InSAR雷达系统,提出了SAR与相位同步一体化的系统框架,在双星时间同步误差的基础上,提出了一种综合考虑时间同步误差、SAR和相位同步发射及接收链路时延的双星相位同步设计方法,给出了相位同步补偿后的辅星回波信号相位和双星干涉相位,推导了两种时变相位误差功率谱密度,经过理论分析和仿真试验证明：相位同步补偿后,时间同步误差不影响相位同步精度,只影响辅星目标位置。辅星回波固定相位误差较大,但不影响成像,双星干涉固定相位误差为千分之几度,对干涉测高精度影响可以忽略,辅星回波和双星干涉时变相位误差与主星相近。     

捷联惯导系统中加速度计的时延补偿研究

In view of the phase shift characteristic inconsisteny between gyros and accelerometers in actual SINS (Strapdown Inertial Navigation System), it’s found that non synchronization velocity errors are considerable under SINS angular motion. Through SINS systemic test, a simple and convenient way to identify the accelerometer time delay parameter is proposed. In this way, a rolling test in gravity fields is designed and the relations between accelerometer time delay parameter and the system’s velocity error are obtained. Moreover, two kinds of methods for non synchronization velocity error compensation are given: one is the time delay extrapolation based on the transfer function model of accelerometer and the other is the velocity error direct compensation based on SINS velocity update algorithm. Finally, by using fiber optic gyro SINS, some experiments are carried out and the results verify that the navigation system’s accuracy is improved effectively and the theoretical analysis is correct.     

一种宽范围非合作目标中频角跟踪接收机的设计与实现

为实现对非合作星间目标信号的捕获跟踪,提出了一种基于单通道单脉冲跟踪技术的非合作目标中频角跟踪接收机软硬件设计方案。硬件平台设计方案结合了FPGA与DSP在算法处理上的优势,涵盖高速ADC设计、系统时钟设计等。针对非合作星间目标信号的特征,提出了不同调制体制、不同码速率的非合作宽带数据传输信号的检测识别、角误差信号提取与分离方案,涵盖数字预处理、数字信道化、信道判决、信号检测估计、角误差信号提取等处理环节。系统捕获跟踪试验结果表明该非合作目标角跟踪接收机可以完成对多种调制体制(BPSK、QPSK、SQPSK等载波相位调制)、不同码速率(1kbps～300Mbps)的非合作宽带数据传输信号的角误差信号提取与分离,载频估计精度优于100kHz,码速率估计精度优于100kbps。本系统可实现对非合作目标信号的有效跟踪,为开展非合作目标角跟踪接收机的工程化研究奠定了扎实基础。     

基于群相位量子化处理的新型高分辨率相位差测量方法

在群周期相位比对和群相位量子化处理的基础上,提出了一种新型高分辨率相位差测量方法。利用频率信号间群相位重合点的分布规律,在群相位重合点处建立测量闸门,将相位差的测量转化为以群周期为基础的短时间间隔测量,大大提高了系统的测量分辨率。通过公共频率源信号的引入和群相位量子化处理技术,降低了实际计数闸门开启和关闭的随机性,消除了传统测量中±1个字的计数误差,提高了短时间间隔的测量分辨率,从而有效地提高了相位差的测量分辨率。实验结果表明该方法的科学性和先进性,鉴于短时间间隔的测量分辨率可达10 -13 /s量级,通过MCU控制时间--相位差的转换,实际相位差的测量分辨率可达0.0001度,明显优于传统的相位差测量方法,同时该方法电路简单,成本低廉,在卫星导航系统主、备份原子钟之间的无缝切换、1pps信号的相位异常检测及星地间高精度时间同步方面具有广泛的应用。     

Geometry-free linear combinations for Galileo

Global navigation satellites of the European Galileo system transmit code signals on four carriers in the L1, E5a, E5b and E6 band.New geometry-free linear combinations are presented that eliminate the geometry terms (user to satellite ranges and orbital errors), the clock errors of the user and satellites and the tropospheric delay. The remaining parameters of these carrier phase combinations include integer ambiguities, ionospheric delays, carrier phase multipath and phase noise. The weighting coefficients are designed such that the integer nature of ambiguities is maintained. The use of four frequency combinations is highly recommended due to a noise reduction of up to 14.4 dB and an ionospheric reduction of up to 25.6 dB compared to two frequency geometry-free combinations.Moreover, a modified Least-squares Ambiguity Decorrelation Adjustment (LAMBDA) algorithm is suggested, which differs in two points from the traditional approach: the baseline is replaced by the ionospheric delay and the correlation is caused by linear combinations instead of double differences. For correct ambiguity resolution, the ionospheric delay can be determined with millimeter accuracy. This is quite beneficial as the ionosphere represents the largest source of error for absolute positioning.     

星载SAR在轨成像实时处理算法研究

星载合成孔径雷达(SAR)分辨率和幅宽的不断提高,其产生的原始数据率越来越大,采用在轨实时成像处理形成图像,在图像域再进行传统的图像数据处理和传输,有助于降低星-地数据传输速率,为了提高星载SAR在轨成像处理的实时性,文章分析了星上特殊条件对星载SAR处理算法实时性所提出的约束,对RD、波束域、CS等经典的星载SAR成像处理算法的运算量进行了比较,以CS算法为例,研究了相位补偿因子对CS成像处理算法的实时性影响,提出了一种补偿因子区域不变的CS成像算法,它极大地减少了成像处理算法的运算量,并通过仿真实验结果验证了该算法的有效性。     

基于宽带信号的高精度时差估计算法

时差估计精度直接影响测向精度,传统时差估计算法受到采样时间间隔和解模糊算法的限制,无法进一步提高精度。对于宽带信号,通过时－频关系将时差估计转换为频率估计,继而采用基于时差搜索的离散傅里叶变换算法进行时差估计,其估计精度不受采样时间间隔的限制,能够适应较低信噪比。该算法运算简单,适于工程实现,可以实时进行处理。仿真结果表明,在一定的带宽条件下,该算法能达到较高的测向精度。     

导航星座自主导航的时间同步技术

导航星座自主导航能够有效地减少地面测控站的布设数量,减少地面站至卫星的信息注入次数,降低系统维持费用,实时监测导航信息的完好性,增强系统的生存能力。卫星时间同步是实现导航星座自主导航的关键技术之一,而星载原子时钟的频率稳定性能直接影响着卫星时间同步精度。本文基于星载原子时钟频率稳定性的Allan方差表达,建立系统状态方程,并以星间双向测量伪距差作为基本观测量,组成系统测量方程。从而,可以设计适用于导航星座卫星时间同步的Kalman滤波算法。系统仿真结果表明:通过滤波处理星间双向测距数据,不断地更新卫星时钟参数,能够实现星座卫星自主高精度时间同步。     

基于时频二维估计的卫星导航失锁快速重定位技术

卫星导航接收机在天线受到遮挡或者弱信号环境中易出现信号失锁现象,信号恢复后的重定位时间成为接收机的一项重要性能指标。提出一种基于时频二维估计、适用于中低动态应用场景的失锁快速重定位技术,利用信号失锁前测量的载波多普勒频率和码相位等信息对失锁后的多普勒频率及码相位进行估计,信号恢复后直接启用信号跟踪,无需进行位同步和帧同步,即可实现快速重定位。对该技术进行工程实现及试验验证,结果表明信号输入功率高于–145dBm(积分时间为10ms)、失锁时间小于60s时,接收机重定位时间在1s以内。     

星地动态双向时间同步与测距算法

针对卫星运动对星地距离和钟差测量的不利影响,提出一种基于最小二乘拟合的星地动态双向时间同步与测距算法。在建立星地可视模型基础上,仿真了MEO运动卫星与地面时间同步站之间星地距离的变化规律,分析了卫星运动对星地双向时间同步与测距的主要不利影响。该算法首先利用星地双向时间同步数据分别生成星地距离和钟差拟合多项式,然后联合求解出运动卫星误差最小的星地距离与钟差。实验结果表明了该算法的合理性和科学性,在包含仿真误差的条件下,其时间同步精度优于3ns,测距精度优于3m。将其应用到各种空天应用系统的星地时间同步与测距中,可以消除卫星运动对双向时间同步与测距的不利影响,提高时间同步与测距精度。     

一种并行组合采样系统信号重构方法

提出了在并行组合采样系统这种多通道组合采样系统中,对于时基非同步信号,使用插值算法对组合信号进行重构的方法。实际的并行组合采样中,由于各采样通道之间的采样时钟相位控制存在时基偏差,引起了采样信号的时间非同步,导致采样波形非线性失真。为补偿系统的无杂散动态范围和实际信噪比,有效地还原信号原貌,需要对采样序列进行信号重构。提出了用插值算法来重构信号,实现对时基偏差的校正,并通过仿真验证,分析了此方法的可行性。     

Tracking and data relay satellite system: NASA's new spacecraft data acquisition system

The growth in NASA's ground network complexity and cost triggered a search for an alternative. Through a lease service contract, Western Union will provide to NASA 10 years of space communications services with a Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS). A constellation of four operating satellites in geostationary orbit and a single ground terminal will provide complete tracking, telemetry and command service for all of NASA's Earth orbital satellites below an altitude of 12,000 km. The system is shared: two satellites will be dedicated to NASA service; a third will provide backup as a shared spare; the fourth satellite will be dedicated to Western Union's Advanced Westar commercial service. Western Union will operate the ground terminal and provide operational satellite control. NASA's Network Control Center will provide the focal point for scheduling user services and controlling the interface between TDRSS and the rest of the NASA communications network, project control centers and data processing facilities. TDRSS single access user spacecraft data systems should be designed for efficient time shared data relay support. Reimbursement policy and rate structure for non-NASA users are currently being developed.     

基于IM/DD体制的星间激光通信测距技术

随着当前低轨卫星组网星座计划的日益增加，对卫星间高精度校时、测距需求也越来越迫切。提出基于直调直检IM/DD（Intensity Modulation with Direct Detection）的测距技术的实现方法，使其能同时兼顾测距精度及系统成本。基于IM/DD的测距是利用高精度的秒脉冲到达时间来测量距离。使用IM/DD光通信的数据传输方式，在正常的数据帧传输中插入少量的测距信息，无需中断正常的通信模式，也无需网络时钟频率同步，数据帧的发送周期也无需与秒脉冲保持同步关系，即可使用双向单程测距方法进行测距。使用秒脉冲对本地时钟进行频率测量，对测距过程参数进行修正，只需要采用普通晶体振荡器作为本地时钟源，不需要使用高精度测距通常所需的全网络同步时钟信号或者高稳定度时钟源，便可以达到IM/DD通信码元时间量级的测距准确度和精确度，同时降低了时频同步系统的复杂度、对元器件的要求以及整个通信测距系统的成本，解决了现有技术中测距精度及系统成本不易同时兼顾的问题。     

适用于CEI的GEO卫星相时延解算方法及试验

为解决在实际航天任务中利用连线干涉测量(CEI)技术进行高精度GEO卫星定轨以及共位GEO卫星相对定位时面临的载波相位整周模糊度难题,提出了一种基于卫星下行信号的多弧段融合相位模糊度解算方法,它通过相邻多弧段载波相位值和窄带信号群时延值的融合处理可精确获得无模糊载波相时延观测量。对提出的方法进行了性能仿真和实际外场试验验证,结果表明：在20 km基线上,利用北斗GEO卫星的伪码测距信号和天链卫星的测控信号均成功实现了S频段解载波整周相位模糊,相时延测量精度优于0.1ns,对应GEO卫星定轨精度优于54 m。该方法在国内首次实现了在几十km基线量级上利用几百kHz窄带测控信号获得无模糊载波相时延,具有较好的工程应用前景。