Kalman滤波的铷原子钟控制算法

以GPS接收机输出的1pps信号为参考信号,采用Kalman滤波算法对铷原子钟的参数进行估计,计算铷原子钟的频率调整量,对铷原子钟进行调整,使其和UTC时间保持同步。实验结果表明,受驯铷原子钟输出1pps与UTC（NTSC）钟差的标准差优于3.5 ns,钟差峰峰值优于15 ns,100 s采样的Allan方差为1.83×10 -12 ,10000 s采样的Allan方差为6.1×10 -13 。实验证明了基于Kalman滤波的铷原子钟控制算法,使铷钟获得了较好的准确性和长期稳定性,且对其短期稳定性影响最小,是一种可靠稳定的铷钟控制方法。     

“伽利略”卫星时钟问题原因查明

<正>欧盟委员会7月3日称,欧空局调查人员已查明导致"伽利略"卫星导航系统部分星上原子钟失效的原因。"伽利略"系统迄今已有18颗卫星在轨,但部分卫星星钟出现了故障。每颗"伽利略"卫星上设有4台超高精度的原子钟,其中两台为铷钟,另两台为氢脉泽钟。每颗卫星只需有一台时钟工作即可,另3台作为备份。目前该系统已有3台铷钟和6台氢脉泽钟不能工作,有一颗卫星已有两台时钟失效。欧委会女发言人卡德特说,     

导航卫星铷钟环境温度控制与飞行性能分析

结合铷钟对其工作环境温度的要求,介绍了导航卫星铷钟小舱热控设计中的高精度加热控温方法,并对铷钟小舱在GEO卫星和IGSO卫星上的飞行数据进行分析。导航卫星铷钟工作环境温度控制满足-5～10℃的范围要求,光照期温度控制稳定性达到0.2℃/d,GEO 卫星、IGSO 卫星在阴影期温度控制稳定性分别达到0.8℃/d、0.3℃/d。     

北斗星载铯钟在轨性能评估方法实践

北斗卫星导航系统装备高精度的原子钟为卫星提供高准确度、高稳定性以及低漂移率的基准频率。在某颗卫星上装备了一台铯原子钟，开机作为热备份提供备份的基准频率，在卫星上配备且提供服务的工作钟为一台氢原子钟。通过对2019年12月6日至2020年5月17日此卫星上每秒一次的主备钟相差采样数据测量值的统计、处理，以及对处理结果的分析，完成了对此卫星上星载铯原子钟的在轨性能评估。通过对处理结果的分析得出，星载铯原子钟在轨表现出的频率准确度、10 s以上的频率稳定度以及漂移率等性能与此铯原子钟在地面的测试结果基本一致。使用主备钟相差采样数据的测量值分析备份铯原子钟在轨性能方法的可行性、可信度很高。国内研发的高精度铯原子钟达到了可以为卫星提供服务的水平。     

频率源对雷达测速精度影响分析

针对高稳频率源如何影响雷达测速精度问题,构建基于频率源分析雷达测速精度的理论模型,利用同步校频和互备双锁相环(PLL)改进方案实现了高稳高可靠频率源,然后通过静态模拟试验和动目标跟踪试验,分析频率源幅度、准确度、稳定度及同步校频、锁相环等模块对多普勒和测速精度的影响。结果表明,锁相环能够提升频率源短稳,降低雷达测速随机误差,同步校频能够减小本地铷钟与外部基准的频差,减小雷达测速系统误差,通过双源和双锁相环的设计,频率源切换或锁相环路切换时,也能够保证测速雷达系统正常工作。     

应用星载AIS双天线的舰船快速定位方法

针对仅接收1次自动识别系统(AIS)信号实现舰船快速定位的需求,提出了应用星载AIS双天线的舰船快速定位方法,通过舰船位置与星载AIS接收信号多普勒频率,双天线接收信号时差关系,建立舰船定位解算的线性模型。在此基础上,对影响定位精度的卫星位置速度、时差、天线安装位置等误差因素进行分析。结果表明:为保证定位因子达到0.50,卫星速度精度应小于5 m/s;时差精度应小于1×10~(-11) s;双天线距离大于2 m;双天线优先选择安装在滚动轴正向和负向,滚动轴正向和俯仰轴负向,滚动轴负向和俯仰轴正向。文章提出的方法能够快速解算出舰船位置,为成像载荷与AIS综合的舰船识别提供数据支撑。     

某型号卫星内部磁场分析计算

文章对某型号卫星的磁力矩器在星体内部产生的磁场进行了逐点计算,并提供了大量卫星内部磁场分布图。计算结果表明,卫星内部一些关键磁敏感部件,例如铷钟、行波管等处磁场值较大,尤其是铷钟位置影响更大一些。文中对计算结果进行分析,并给出建议。     

星座时频测量技术研究

在卫星导航定位、天基无源定位等航天器系统构建中,需要星座具有统一的时间频率 系统,即卫星间实现时间与频率同步。在分析系统对星间时间与频率同步需求的基础上 ,提出了在星间建立双向单程测距链路,利用伪码测量获取的星间伪距、载波测相获取的星 间伪距变化率联合处理出时差、频差的算法,克服了一般双向比对方法中需要不断调整星间 时差的不足,工程实现星间时差测量标准不确定度可优于1 ns,星间基准频差测量标准不确 定度可优于1×10 -11 。
     

基于低轨星的通导融合安全定位技术 体制与性能验证

基于低轨卫星L频段通信信号的通导融合安全定位体制，能有效解决卫星导航在抗欺骗性、信号处理、抗干扰及安全性等方面的不足，是对现有北斗卫星导航系统的补充备份，能有效丰富卫星导航系统的应用场景。本文通过设计安全定位技术体制，采用L频段通导融合信号播发导航电文方式实现导航定位与授时。本文仿真研究了不同载噪比和接收机时钟漂移对安全定位精度的影响，结果表明接收机存在时钟漂移且载噪比为60dB-Hz的条件下，定位精度随可见卫星数量增多而得到改善。当可见卫星数为3时，定位精度可达5m，并通过研制硬件样机对实际性能进行了验证。本文设计的通导融合安全定位技术体制对未来我国卫星互联网建设与发展具有重要参考价值。     

微小卫星测控数传功能冗余设计与软件实现

讨论了一种USB发射机和数传发射机功能上互为备份的冗余设计,提高了测控数传功能的可靠性,为卫星工程的备份冗余设计提供了一个新的思路,该设计通过星载软件状态切换的方法实现。该方法已成功应用于某卫星测控数传模块的设计。
     

Design of phase-locked loop for communication system via on-board signal processing satellites

The energy inconsistency for a multiple access system via an active satellite with simple repeating of signals is claimed. The on-board ideal signal processing algorithm resolving this inconsistency is considered and the optimal group signal processing algorithm in a manner of digital signals shape transformation followed by their time compression is suggested. The necessity for individual clock synchronization of ground stations is shown and the synchronous multiple access system block diagram with an optimal on-board signal processing is discussed.A phase disturbance dynamics of a two-loops clock synchronization system with variable time delay is investigated. A nonlinear differential-difference equation is obtained and for the first order PLL with time delay the exact solutions are found in cases of relay and linear shapes phase discriminator's characteristics. Phase errors' expressions are derived and the main factors of accuracy limiting caused by PLL's feedback time delay are established.     

基于OFDM星载交换的星地下行链路子载波分配与峰均比抑制联合优化方法

提出了一种基于OFDM的全新星载交换方案,此星载交换方案可通过星上子载波交 换实现业务交换。以点波束星地下行链路为研究对象,结合跨层设计思想,提出了一种 适用于点波束星地下行链路的子载波分配和峰均比抑制方法。此方法可根据点波束星地下行 链路信号发射功率上限、当前点波束星地下行链路信道状态、每个星地下行链路传输业务目 的地和QoS要求,并结合抑制点波束星地下行链路OFDM信号的峰均比,实现在属于不同地面 设备的各个星地下行链路传输业务之间自适应分配子载波,实现充分利用点波束星地下行链 路资源、满足传输业务的QoS要求,同时抑制星地下行链路OFDM信号的峰均比,而且不会因 抑制星地下行链路OFDM信号的峰均比而增加额外的边带信息和传输功率。
     

卫星S3R功率调节电源系统稳定性分析

针对大功率脉冲型负载应用造成的卫星电源系统运行不稳定问题,依据稳定性阻抗判据,建立以顺序开关分流调节器(S3R)为拓扑的电源系统在正常工作状态时输出阻抗的小信号模型。通过仿真对输出阻抗的影响因素进行分析,采用注入电信号的方法测量卫星电源系统的输出阻抗,并在小卫星平台上进行测试验证。结果表明,通过测试能够有效地获得电源系统的输出阻抗,并可由此确定卫星平台电源系统的稳定性指标要求。     

微小卫星三机异构一体化计算机设计

当前微小卫星的星载计算机与运载计算机多分别采用不同结构的计算机系统设计,导致资源浪费和运载计算机的可靠性较弱。文章提出了一种微小卫星一体化计算机的设计,即采用三机异构备份的设计方案。在发射运载阶段,以数字信号处理器（DSP）为核心的运载计算机作为主机,以高性能FPGA为核心的时变计算机作为备机;在在轨运行阶段,以ERC32处理器为核心的卫星平台计算机作为主机,时变计算机经重构后作为备机。此设计不仅提高了运载计算机的可靠性,而且对卫星平台电子系统在能源、热控、遥测遥控、有效载荷、姿态轨道控制等方面的综合管理能力也有全面提升,并且还具有灵活的扩展性和较强的适应性。     

Research and development of On-Board Processor for advanced mobile satellite communications

This paper describes the research and development of an On-Board Processor (OBP) for a mobile satellite communications system using a geostationaly satellite. The system, which based on Multi-Carrier Time Division Multiple Access, can realize high performance and facilitate the use of miniature hand-held mobile Earth terminals.

Our research and development results indicate as follows.

1. 1) The simultaneous-slot switching method will be the most suitable for an on-board base-band switching with consideration of traffic capacity, time delay, and hardware scale.

2. 2) The OBP performs channel exchange with regeneration that contributes to a reduction in the size of mobile terminals because of the coding gain.

3. 3) Many kinds of Application Specific Integrated Circuits are designed to realize large channel capacity and reduce the size and power consumption of the OBP. These OBP design can increase the channel capacity, which is equivalent to in 5.6kbps voice channel, up to over 500 channels within 5MHz frequency band

Some results are applied to the OBP being developed for the Japanese Engineering Test Satellite VII (ETS-VB).     

以VSCMG为执行器的航天器姿态机动自适应动态滑模控制

针对刚体航天器姿态机动控制问题,结合变速控制力矩陀螺(VSCMG)执行器的特性,提出一种自适应动态滑模控制律,提高了姿态机动控制的扰动抑制能力和鲁棒性。此控制律采用自适应方法对扰动力矩进行估计,通过给出控制力矩变化率并对其积分得到控制力矩,以此削弱切换控制的抖振对控制力矩时间连续性的影响,从而改善系统的动态性能。仿真分析显示该控制律能够在扰动力矩作用下实现刚体航天器的快速姿态机动,并且有效减弱了滑模控制的抖振现象。     

反作用飞轮力矩模式控制系统设计

反作用飞轮是卫星姿态控制系统的重要执行元件，提高飞轮系统的性能对卫星姿态控制系统具有重要意义。介绍了反作用飞轮力矩模式反馈补偿控制系统的设计。首先建立了反作用飞轮数学模型，并分析了摩擦力矩干扰和速率测量噪声的特性，在此基础上进行了反馈补偿控制的设计。理论分析证明，应用反馈补偿控制的飞轮系统能够精确复现力矩输出指令。运行结果表明，在复现力矩输出指令精度方面，应用反馈补偿控制的飞轮系统优于电磁力矩控制的飞轮系统。特别在克服过零力矩干扰上，应用反馈补偿控制的飞轮系统具有较高的性能。     

同步与数据缓冲系统的同步定时器

同步定时器是ＣＤＡＳＳ／ＤＢ系统的重要部件。它用高精度数字锁相环，精确地恢复地球同步气象卫星采集的原始云图数据的同步基准信息。数字锁相环由用高速器件组成的相位比较器和用计算机软件实现的滤波器构成，采用标准频率计数方式，完成对模拟太阳（ＳＰ）和数字太阳（ＳＳＤ）的锁相及卫星上时钟频率测量等任务。