卫星双向时间频率传递校准技术综述

卫星双向时间频率传递技术是高精度时间频率远程比对的基本手段,其时间比对A类标准不确定度优于0.1ns,B类标准不确定度主要取决于系统的校准。本文简述了卫星双向时间频率传递的基本理论,着重说明各种卫星双向时间频率传递系统校准方法和硬件实现,对各种校准技术进行评述和比较,总结并展望了校准技术发展的方向。     

一种基于移动参考站的卫星双向时间频率传递系统时延校准方法CSCD

设备时延是卫星双向时间频率传递过程中的主要误差源,对其进行校准是获得高精度时间比对的关键。从卫星双向时间频率传递的基本原理出发,分析了基于移动参考站的卫星双向时间频率传递链路设备时延校准的方法。工程实践中,限于条件对校准方法进行了调整,实现了对两站卫星双向时间比对链路设备时延的校准。     

互联网上计算机时间传递系统设计方案及实验结果分析

计算机互联网的发展,使信息的传递更加方便、快捷。在时间频率用户中,中、低准确度的用户占很大比例,计算机互联网时间传递已经成为一个重要的手段。中国的网络授时系统从２０００年１月开通以来,近万人访问了授时网站ｈｔｔｐ：／／ｋｘｚｈ．ｓｘｓｏ．ａｃ．ｃｎ或其镜像站点ｈｔｔｐ：／／Ｂｅｉｊｉｎｇｔｉｍｅ．１２６．ｃｏｍ。介绍了国家授时中心网络授时系统的设计要点,给出了网络授时传递时间准确度的测量方法,分析了网络授时实验结果。     

国家标准局新的时间、频率服务

一、引言 1983年国家标准局(NBS)建立了两项新的时间和频率服务。这两项服务的建立使得用户能比以前更精确地、更不费力地得到溯源于NBS的时间和频率。这些新的服务可以为那些要求时间传递精度在3毫微秒到1微秒范围内的或要求频率校准性能在10~(-11)到10~(-14)范围内的用户服务。然而,有许多不需要这么高精度的应用,用户也能从这些服务得到好处,这是因为其自动化程度高,使用简单、并有NBS的帮助。     

卫星高度角对GPS单向时间传递性能的影响研究

GPS单向时间传递可用于完成本地时间频率参考的校准及向协调世界时的高精度溯源。然而,卫星高度角的变化对时间频率传递的性能会产生一定的影响。概述了GPS卫星单向时间传递的基本原理,分析了不同卫星高度角对时间频率传递性能产生影响的原因,给出了时间频率传递性能的评估方法。最后,通过实验测试GPS卫星高度角变化对时间频率传递性能的影响,给出了实验结果并进行了分析。实验结果表明,随着卫星截止高度角的增加,GPS单向时间频率传递的性能将会提高,但是可视卫星的数量会减少。工程应用中,如果对时间频率传递长期稳定性要求较高,可将截至高度角设为25°;如只对短期稳定性要求较高,可将截止高度角设为5°。     

北京航天计量测试技术研究所

北京航天计量测试技术研究所成立于1964年8月,是国防科技工业长度、热学、力学一级计量站,电工、无线电、时间频率二级计量站,先后取得国家校准／检测实验室认可、国家商检实验室认可、国防校准／检测实验室认可、军用校准／检测实验室认可和计量资质认定等一系列实验室认可资质,     

功率敏感器核准系数的自动校准系统

本文主要介绍了采用1103型系列同轴射频功率传递标准,实现功率敏感器校准系数自动校准的基本技术:包括核准系统的工作原理、实验系统、实验结果、误差分析和误差的合成、程序与框图。实现功率敏感器核准系数的自动核准的主要特点是方法简便、传递准确、速度快(每点采样时间3～5秒)、效率高,从而节省了大量的时间和人力。该系统传递校准系统的准确度在100兆赫至12400兆赫频率范围内可达±1.5％～±2.5％。     

频率捷变雷达信号源实时校准技术研究

分析了原有频率捷变雷达信号源中频率校准方法存在的缺陷,在此基础上设计了实时校准的频率校准电路,提高了信号源的频率跟踪精度和稳定工作时间。     

北京航天计量测试技术研究所

北京航天计量测试技术研究所成立于1964年8月,是国防科技工业长度、热学、力学一级计量站,电工、无线电、时间频率二级计量站,先后取得国家校准/检测实验室认可、国家商检实验室认可、国防校准／检测实验室认可、     

北京航天计量测试技术研究所简介CSCD

北京航天计量测试技术研究所成立于1964年8月13日，是国防科技工业长度、热学、力学一级计量站，电磁学、无线电、时间频率二级计量站，国家运载火箭产业计量测试中心，国家能源计量中心（航天），国家计量器具新产品定型鉴定单位和国家校准／检测实验室，中国航天科技集团公司节能减排与环保技术服务中心，     

高超声速热流高精度数值模拟方法

通过高超声速下钝锥热流的计算,对影响热流计算精度的因素进行了综合研究.获得了壁面法向网格Re数对热流计算的影响规律.采用边界高阶插值,提高了热流计算精度.用Roe和AUSM(Advection Upstream Splitting Method)+格式搭配minmod和混合limiter两种限制器,探讨了空间离散方法及限制器的耗散性对热流结果的影响.应用五阶WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)方法,对高阶格式计算热流的性能进行了细致研究,最终确立了网格依赖小,热流精度高的计算方法.研究认为:高阶格式不但可以放宽热流计算对网格Re数的限制,同时使得格式对本身计算方法的依赖性也变小.      

火星探测转移轨道初始设计与分析

根据推进方式和是否采用金星借力,火星转移轨道分为大推力直接转移轨道、大推力金星借力转移轨道、小推力直接转移轨道和小推力金星借力转移轨道4类。传统的轨道设计方法只是针对某一类特定的转移方案进行轨道优化,而并未针对不同的转移方案进行详细对比分析。文章以2020/2022年发射窗口为例,针对4类基本火星转移轨道进行研究。首先,基于不同轨道初始设计方法,对4类轨道进行了初始设计,得到了每类转移方案的能量最优转移轨道。然后,基于设计结果和能耗对4类转移方案进行了横向对比分析,得到了不同策略下的转移轨道的特性。基于小推力的火星探测任务轨道对发射能量要求低;大推力直接转移和借力金星的发射窗口交替分布,可以互为备份;基于小推力推进的探测器采用金星借力转移策略相比直接转移能够减少10%的能耗,优势十分明显。     

气动辅助异面变轨在多碎片清除中的应用分析

碎片清除飞行器异面变轨需要消耗大量燃料.从气动辅助异面变轨优化设计及被清除碎片轨道高度差值、倾角差值等参数对变轨性能的影响出发,比较分析了优化气动辅助异面变轨与双脉冲霍曼轨道转移的燃料节约量,研究了不同轨道高度差对于实施气动辅助变轨燃料节约量的影响.当地球静止轨道（GEO）与低地轨道（LEO）间气动辅助变轨优化速度增量约为1.55km·s-1、质量面积比172kg·m-2、比冲310s、轨道倾角变化16°时,燃料节约率约为45%.对比研究了不同轨道高度差LEO轨道间实施气动辅助变轨的燃料节约情况.结果表明:随着轨道高度的增加,气动辅助优化效率逐渐降低;在相同高度轨道间实施异面变轨,随着轨道倾角的增加,气动辅助变轨燃料节约率先增大后减小,倾角改变量约为20°时,燃料节约率最大;当轨道倾角为5°时,采用气动辅助变轨和双脉冲变轨的燃料消耗量相同.      

航天器交会快速接近机动策略

对航天器交会接近段V-bar上保持点间的转移,单向(轨道径向或周向)推力机动的最短转移时间为半个轨道周期(对应双径向推力冲量)。若要求转移时间小于半个轨道周期,须采用双向(径向与周向联合)推力。为此,提出5种机动方案:1)起点双向冲量与终点双向冲量机动;2)途中双向连续推力机动;3)起点双向冲量与途中双向连续推力机动;4)途中双向连续推力与终点双向冲量机动;5)起点切向冲量与途中径向连续推力及终点切向冲量机动(即直线路径转移)。其中,方案1)(冲量机动)的速度增量最小,但轨迹视界角最大;方案5)(直线路径)的视界角最小(近似为零),但当转移时间T>0.292P(P为轨道周期)时,所需的速度增量较大。机动方案的选择应全面考虑转移轨迹安全性、速度增量需求、转移轨迹视界角,以及机动复杂程度等多方面因素。若视界角可满足总体设计要求,宜选择方案1);当T<0.292P时,也可考虑方案5)。     

基于遗传算法的最优Lambert双脉冲转移

研究了初始位置和转移时间不固定的Lambert双脉冲轨道转移的数值解,用三 维图和截面图直观显示了初始位置、转移时间和速度增量的关系,并说明了其在实际工程任 务中的应用价值.基于数值解,提出了Lambert双脉冲轨道转移的优化问题.目标是找到最 优初始位置和转移时间,使燃料和时间的加权和最小.给出了遗传算法求解该优化问题的设 计步骤.该算法应用于2个算例:①平面圆轨道的燃料最优转移,并将遗传算法和Hohmann 转移的结果进行了比较;②椭圆轨道、初始位置有约束的燃料和时间最优转移.结果说明 了遗传算法寻找最优转移解是准确有效的.      

一种小推力借力飞行转移轨道初始设计方法

提出一种基于正弦指数函数的小推力借力飞行转移轨道初始设计方法。建立极坐标形式的正弦指数函数表达式,用于模拟小推力转移轨道,并用绕圈参数和飞行路径角对转移轨道的参数进行表征;在约束条件下对转移轨道参数进行离散化处理,求解转移轨道与目标星投射轨道在参考面内的交点,计算到达目标轨道时刻的极角,进而得出小推力转移轨道的初始设计参数;设计了地球—木星的火星借力小推力转移轨道,仿真结果验证了该方法在小推力转移轨道初始设计中的快速性与准确性。     

气动力辅助椭圆轨道转移技术研究

研究了两种共面椭圆轨道最优转移方法--基于单纯推力的双脉冲对称转移和基于气动力辅助变轨技术的协同机动方法。推导了双脉冲对称转移问题中转移椭圆轨道的求解公式,采用遗传算法求解最优变轨点位置,给出了变轨脉冲的计算方法。将气动力辅助对称转移过程分为3段：真空飞行段、大气飞行段、真空飞行段。以能量最小为性能指标,将大气飞行段轨迹优化问题转化为标准最优控制问题模型,并利用Gauss伪谱法进行求解,得到“巡航+滑行+巡航+滑行”的大气最优飞行轨迹。最后对两种转移方法进行详细比较,指出初始椭圆轨道近地点越接近大气层,气动力辅助对称转移方法比双脉冲对称转移方法越节省能量。     

飞往日-地动平衡点轨道初始误差敏感度分析

对从环月轨道飞往日-地动平衡点轨道的转移轨道初始误差敏感度进行了数值仿真与分析。介绍了两种类型的转移轨道:长转移与短转移。建立初始速度误差与轨道末端偏差之间的数学关系式,采用数值计算获得了初始速度误差与轨道末端偏差量之间的线性关系曲线。通过建立轨道初始状态与末端状态量的一阶变分表达式,来说明始末偏差量呈线性关系的原因以及适用范围。研究表明,长转移轨道相较于短转移,对初始速度误差更为敏感,其始末偏差的线性关系适用范围更小。     

临近空间大气密度扰动对高超声速飞行器气动热环境的影响

基于TIMED/SABER 2002—2018年大气密度观测数据,统计分析了20~80 km大气密度扰动对高超声速飞行器飞行热环境的影响。根据驻点热流估算方法给出的大气密度变化量与热流变化量之间的关系,定性和定量分析了不同月份大气密度相对变化量引起的热流变化量在垂直和水平方向的分布特征。研究表明:SABER大气密度月年均值计算的热流相对USSA76在夏季半球中高纬度地区偏高,在冬季半球偏低。在夏季半球高纬度地区约80 km附近存在热流增量的极大值,南半球夏季的极大值高于北半球夏季,尤其在南半球1月份,热流偏高可达32.2%。在经度方向,热流分布在夏季半球差异较小,冬季半球差异较大;考虑真实大气中存在的扰动时,在南半球和北半球夏季80 km附近,SABER大气密度预测的热流分别比USSA76偏高可达40.7%和36.6%。在经度方向,大气扰动引起的热流经向分布差异显著。在飞行器设计时,大气扰动的影响不能忽略;高超声速飞行器飞行应避免在夏季穿越南半球和北半球,规避热流增加带来的风险。      

地球同步轨道卫星混合推进转移轨道特性分析

以地球同步轨道卫星转移轨道设计为背景，针对全化学推进燃料消耗大和全电推进转移时间长的问题，开展了化学 电混合推进转移轨道优化设计与特性分析。首先，讨论了轨道倾角和近地点幅角变化对混合推进转移轨道的影响。研究表明，在混合推进优化设计中需要将轨道倾角作为优化变量之一。然后，以近地点半径、远地点半径、轨道倾角为优化变量生成搜索网格，得到过渡轨道集。针对每条过渡轨道，构建化学推进转移段和电推进转移段。其中化学推进段采用单圈兰伯特转移解算，电推进段采用混合法优化。最后，以燃料消耗和转移时间为指标，在搜索域内开展解算分析，研究了混合推进轨道在整个搜索域内的变化趋势。该方法可以提供具有不同燃料消耗和转移时间的混合推进转移解集，拓宽了解空间，可供轨道设计人员根据任务约束灵活选用。