GPS伪随机码畸变的建模与分析

建立了全球卫星定位系统(GPS)卫星C/A码畸变数学模型,推导了畸变后的C/A码的相关函数,在Matlab软件中进行仿真。结果表明:该模型能合理解释SVN19卫星的测距码畸变故障,并可作为未来伪随机信号畸变的一个合理模型,为导航信号的完好性监测提供理论支持。     

导航卫星伪码与载波测距观测量偏差机理分析

伪码测距和载波相位测距是卫星无线电导航系统定位、导航与授时(PNT)服务的两个基本观测量,文章针对国外文献所描述的北斗区域系统卫星在轨伪码测距测量值与载波相位观测量出现偏差,并且偏差随用户仰角发生规律性变化的异常现象,用伪码测距测量偏差的方法开展了机理分析,建立了多径效应评估的数学模型。仿真结果表明:导航卫星有效载荷各天线阵元之间时延不一致会导致上述问题,当天线内外圈阵元之间时延差超过10ns时,会引发显著的伪码测距测量值偏离载波相位测量值的现象,当天线内外圈阵元之间时延差达到30ns时,仿真结果与国外文献观测结果高度一致。最后,给出避免此类问题的设计准则:在导航卫星有效载荷天线设计过程中,除了考虑天线阵元载波相位是否符合设计值,还要考虑各阵元间伪码相位的一致性;在后期测试过程中,天线内外圈阵元间时延一致性是必须检测的关键指标。     

一种提高导航卫星星座自主定轨精度的方法研究

针对近地导航卫星仅利用星间测距进行自主定轨时,因无法消除星座整体旋转误差而导致长期自主定轨精度不高的问题,提出了利用拉格朗日导航卫星星座与近地导航卫星星座联合仅利用星间测距进行自主定轨的方法。建立了拉格朗日轨道导航卫星星座和近地导航卫星星座联合仅利用星间测距进行自主定轨的动力学模型和观测模型。利用扩展Kalman滤波（EKF）算法和星间测距信息实现了拉格朗日轨道导航星座与近地导航星座的长期自主定轨。以4颗拉格朗日卫星组成的导航星座与12颗GPS卫星组成的近地导航星座作为仿真对象进行了仿真分析,仿真结果表明本文仅利用星间测距的联合自主定轨方法可以有效提高导航卫星星座的长期自主定轨精度。
     

基于伪相关函数的BOC无模糊跟踪性能分析

BOC(Binary-Offset-Carrier)调制广泛应用于全球导航卫星系统中,但由于BOC自相关函数的多峰导致传统码跟踪环路存在模糊性。伪相关函数(Pseudo Correlation Function, PCF)方法在本地采用两个特殊的参考信号和非线性处理以获得无模糊的相关函数。根据一种PCF方法本地参考波形设计的充分条件,推导了其无模糊函数的数学形式,并着重分析了其跟踪和抗多径性能与本地参考波形的关系。仿真结果表明：该PCF方法解决了跟踪模糊问题,且随着参考信号的宽度因子增加,其跟踪精度逐步改善;该PCF方法对于中长延迟多径干扰抑制能力较好,宽度因子为0.5或1时,其多径误差最小。     

“伽利略”再射两星进行全系统验证

继2011年成功发射两颗“伽利略”在轨验证卫星之后．2012年10月12日18点15分欧洲再次成功发射2颗“伽利略”卫星。此举是欧洲导航系统向前迈进的重要一步。这4颗卫星将组成一个迷你的卫星星座,可对全系统进行验证。4颗卫星是满足导航服务的最小数量,利用卫星信号获得维度、精度、高度及时间参数。     

北斗空间信号质量监测与载荷工作状态评估技术研究

为了实时监测北斗全球系统空间信号质量，评估导航卫星有效载荷在轨工作状态，为后续北斗卫星的持续改进提供依据，文章研究了北斗空间信号质量评估体系，梳理了北斗空间信号质量指标分类，提出了一种北斗全球系统空间信号质量监测系统方案，并利用ADS软件对该系统的性能进行了仿真。同时，为考察电磁环境对该系统的影响，研究了电磁环境对空间信号质量监测的影响，利用地面监测的电磁环境推算被监测北斗导航信号的载噪比恶化。研究结果表明：外部电磁干扰导致信号载噪比恶化10~15dB。北斗空间信号质量监测方案可用于北斗全球系统建设和运营过程中，实时监控北斗卫星对地播发的导航信号质量，若出现信号质量恶化情况，可实时发出告警。     

Galileo L1F信号载波跟踪环中鉴别器组合研究

为了更好地进行载波相位跟踪,Galileo L1F信号相比于GPS信号增加了没有导航数据的导频信道,使数据信道能够使用不受导航数据限制的鉴别器。但是Galileo L1F信号载波相位跟踪环中传统的鉴别器组合方式仍有不足。基于适用于单一导频信道的鉴别器性能优于适用于单一数据信道的鉴别器的原理,提出了新的鉴别器组合方式,并通过仿真实验对比在不同热噪声环境下传统组合方式的两种鉴别器组合和新组合方式的两种鉴别器组合的性能。研究结果表明新的鉴别器组合在Galileo L1F接收信号的抑制噪声和防止失锁控制方面比传统鉴别器组合有明显优势。     

基于高轨导航接收机的自动化地面测试系统

高轨卫星导航接收机是实现高轨航天器自主定轨的核心设备。为在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分高效的验证，亟需设计基于高轨卫星导航接收机的地面测试系统。设计了一种基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统，主要创新点如下：第一，本系统可对高轨卫星导航接收机实际在轨状态下接收到的导航星座信号进行仿真；第二，具有模拟包含北斗三号等多导航卫星星座信号的功能；第三，本系统充分考虑自动化、通用化与一体化设计。提出的基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统能够在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分验证，并充分考虑测试实施，从自动化、通用化、一体化方面提升测试效率，减少人为操作失误导致的质量问题，解决人工判读带来的误判漏判问题。     

一种多速率OFDM测控系统的测距方法

在多速率OFDM测控系统中,提出一种基于FIR实现结构、联合时域与频域定时估计的高精度测距方法。首先,在时域对接收信号自相关,利用FIR滤波器计算定时度量并获得采样定时估计;在频域对包含残留定时偏差的信号消调制,通过FIR滤波进一步提高估计精度。然后,联合时域与频域定时估计进行精确测距计算。最后,给出该测距方法的理论性能表达式和克拉美罗限。方法利用基于FIR结构的相关计算方法进行测距,实现复杂度较低,其中L_0参数可根据性能指标取值。分析结果表明,方法的性能可以达到理论性能限,在高信噪比下的测距精度可达厘米级。     

采用双目视觉的非合作空间目标相对导航与惯性参数辨识方法

针对面向在轨服务的非合作空间目标测量感知问题，提出了一种基于双目视觉的相对导航与惯性参数辨识方法。利用目标表面的特征点建立几何坐标系，并分别设计了姿态测量和相对导航滤波器，实现了目标姿态、角速度、轨道，质心位置与惯量比的高精度估计。在此基础上，通过黏附卫星与非合作目标形成组合体，利用相对导航算法获得的质心位置和惯量比在黏附前后的变化，实现了目标质量和转动惯量的辨识。数值仿真试验证明了算法的有效性。     

一种基于异源状态的星间链路零值标定方法

星间链路分系统零值标定的准确性，直接影响系统在轨星间双向测距和星座高精度时间同步准确度。地面标定通常采用的同源状态需要地面多路输出高稳 10 MHz铷钟源支持，且标定状态与系统在轨应用状态并不完全一致。针对同源标定的局限性，提出一种异源状态星间零值标定方法，构建理论模型并进行了误差分析，异源零值标定的准确度受星座两星参考源(铷钟)的钟漂移特性、卫星遥测下传的时效性以及两星1 PPS状态一致性等因素共同作用。经系统实测验证表明：异源状态下星间零值标定误差约为1.901 ns，能够满足系统标定的精度要求。异源标定简化测试系统，与在轨应用状态高度一致，对工程实践具有一定参考和应用价值。     

中继卫星在轨动态捕获跟踪试验方法研究

针对中继卫星在轨捕获跟踪高速运动目标的动态性能测试难题,提出了一种基于静止目标（中继卫星地面站）,利用中继卫星姿态连续偏置运动模拟中继卫星与用户航天器之间的相对运动,开展中继卫星在轨动态捕获跟踪测试方法的研究。仿真分析和在轨试验结果验证了该方法的有效性,从而为我国首次天基数据中继试验任务的顺利完成奠定了基础。     

基于在轨运行状态的卫星稳定性与可靠性研究

为解决卫星在轨运行故障率较高的问题,文章分析了卫星在轨运行的特点,定义了卫星在轨工作状态及其与系统稳定性变化的关系。研究表明:对在轨运行安全稳定状态进行控制,能使状态保持或向高级跃迁,可提升卫星稳态及可靠性。文章最后提出了提高卫星在轨运行稳定性与可靠性的在轨运行策略与技术方向。     

卫星群时延特性测量新方案的设计和实现

设计并实现了适用于卫星整星综合测试的群时延测量新方案。与传统模拟解调方案相比,此方案对信号采样后直接进行数字信号处理,采用数字解调、估计相位的方式测量群时延,减小了引入的噪声和对信号的畸变,适用于不同卫星的群时延特性测试,省去了时间差测试设备,降低了测试成本。实际测试结果表明,此方案在C频段的测量精度小于1ns,UHF频段的测量精度小于16ns,满足卫星群时延测试要求,为卫星测试的自动化、通用化奠定了基础。     

采用单目视觉的非合作目标星状态估计

针对微小卫星逼近观测未知的空间翻滚非合作目标星任务，提出一种基于单目视觉的目标星相对状态估计方法。在建立追踪星/目标星相对运动模型的基础上，以单目相机识别并测量获得的目标星固有特征的像素位置为观测输入，通过扩展卡尔曼滤波算法实现对目标星相对位置、相对速度、相对姿态、角速度、惯量比和特征位置等状态的估计。仿真结果表明,该方法能够很好地实现对未知非合作目标星的相对状态估计，姿态估计误差小于2°，位置估计误差小于0.1 m，特征点位置平均估计误差小于0.04 m。     

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。     

在轨卫星综合数据库系统的设计与实现

针对卫星在轨相关数据(卫星在轨综合数据)种类繁多,数据量大,查询时效性要求高等特点,对管理卫星在轨综合数据的关键技术进行了研究,提出将卫星在轨综合数据分类处理的方法,即利用遥测数据变化缓慢的特点采取变化存储的方法,压缩遥测数据的存储量,同时图形查询遥测数据时使用特征值提取算法快速完整地绘制遥测曲线;对于计算结果与在轨运行信息,采用数据类型描述的方式实现多类型数据的统一管理,较好地解决了计算结果与在轨运行信息数据管理复杂,数据类型扩展困难等问题。在此基础上,设计并实现了一套卫星在轨综合数据库系统。     

微小卫星星间测距在轨零值标定方法及应用

针对双程伪码辅助载波测距系统零值高精度标定的需求,提出一种适用于微小卫星星间测距系统在轨零值自标定的方法。该方法将测距单板的发射信号转化为接收信号,采用原有的测距算法获取测距单板的自身零值。基于该方法研制了相应的零值标定装置,实现零值测量模式和星间距离测量模式的切换。并采用实验的方法,对比不同信号强度及温度情况下的标定效果。实际测试表明,该方法所测零值稳定、结果可靠性高,同时具有较好的误差补偿效果,可作为一种新的在轨零值标定方法,其零值标定结果的不确定度可达0.18mm(2σ)。     

无人机集群组网高精度测距技术研究

针对无人机组网系统机间测距精度受限于时域采样周期时延估计的问题，本文提出一种联合正交频分复用（OFDM）前导序列和导频序列进行高精度测距估计的方法，利用最大似然估计和双向测距法将参与计算的序列测距估计结果按比例进行加权平均。同时，仿真分析了联合测距估计方法性能。结果表明：联合估计方法的前导与导频序列差分自相关间隔长度取典型值时测距精度能达到0.1 m以下，可在较低信噪比下实现厘米级测距精度，提升了集群组网测距的稳定性。     

一种改进的激光星间链路终端指向误差在轨标定方法

提出一种改进的激光星间链路终端(LCT)指向误差在轨标定方法,对激光星间链路终端指向误差模型和观测数据获取方法进行改进。针对现有的终端指向误差参数模型误差因素考虑不足的问题,引入相应的误差项描述误差因素影响。针对链路观测法中存在的激励信号受限,不能充分激励误差参数的问题,以捕获过程中指向机构主动摆动时的入射光信号作为激励信号,以系统误差参数的可观测度最大为目标优化设计激励信号。仿真结果表明：经过本方法标定的误差参数经修正后, 激光星间链路终端的最大指向误差（方位向）由改进前的867.8 μrad下降到改进后的112.1 μrad;最大指向误差（俯仰向）由改进前的62.1 μrad下降到改进后的51.5 μrad,有效地提高了激光星间链路终端指向精度。