调频调相应答机距离零值测量的理论和实践

调频调相（FM-PM）体制测控系统距离校零是一大关键性技术难题。国外采用宽带调制器（调制频偏在较大范围变化，其时延变化很小）作信号源测量FM-PM应答机的时延，它给出的FM-PM应答机的时延中包括宽带调制器从“测量”调制度（例如为7.2)到“自校”调制度（例如为0.6）的时延变化增量。我们提出的测量FM-PM应答机时延的方法没有这一缺点。1989年以来，我们的FM-PM应答机距离零值测量方法和设备成功地应用于东方红三号、风云二号、烽火一号、北斗一号和神通一号等系列卫星的距离零值测量。实践中形成了一套完整的理论^[1][2][3]，走出了我国自己的路。本文是FM-PM应答机距离零值测量的理论和实践的总结。     

天线选择性幅值扰动形成阵列零陷的技术

首先提出了一种在阵元关于阵列中心对称的线阵中利用幅值扰动形成零陷的新方法,该方法克服了传统幅值扰动方法零陷深度不足、旁瓣水平高的缺陷,且能够在多个强干扰源方向或在较宽的范围形成深度零陷而不影响主瓣。为了减少每次需要控制的阵元数,提高系统鲁棒性,在此基础上进一步提出了利用天线选择性幅值扰动形成零陷的方法。仿真结果表明,其性能可与基于全部天线进行幅值扰动的算法相比,甚至可与复权值控制方法的性能相比。     

扩频测控模拟器高稳零值技术研究

为适应对星载扩频应答机和测控地面站零值稳定性指标的评测需求,对扩频测控模拟器的零值稳定技术进行研究,提出了一种在扩频测控模拟器中通过宽带自闭环校准通道进行零值实时校正的方法。发射通道信号输出功率可数控调节,接收通道通过数字AGC适应接收功率的变化范围,满足不同输出功率下的零值校正。发射功率调节模块和校准通道的零值延时事先标定存储,并通过恒温确保事先标定零值的稳定性。实测结果验证了方法的有效性,实现了小于0.1m的零值稳定性,已成功应用于某航天工程。     

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。     

分布式守时架构下的高精度时间比对技术研究

为了实现分布式联合守时系统建立需求,设计了远程时间比对系统,包含卫星共视、卫星双向和光纤双向三种时间比对手段,系统内使用的国产化设备比对精度与进口设备相当,实现了实验室间多手段、高精度钟差测量。使用移动校准站完成了时间比对设备相对零值校准,在相距50 km的实验室间开展长达20天的时间比对,试验结果表明,三种比对手段测量得到两地钟差均值相差小于1 ns,变化趋势相同,变化幅度相近,均可以准确测量得到两地钟差。     

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)。     

调频调相应答机距离零值测量方法

提出上行大频偏调频、下行调相侧音测距应答机距离零值测试方法。此方法的优点是设备简单，测量精度高。理论和实验证明，这种方法是正确的。     

卫星测距校零中调频信号源大频偏调制与小频偏调制的时延差测量方法

卫星测距校零中,如何测量调频信号源大频偏调制输出与小频偏调制输出的时延差是一个技术难题。文章提出采用程控分数分频器作为调制度变换器,实现对该时延差的测量方法。叙述了调制度变换器原理、测量时延差的方法和研制成功的设备的测量精度试验。     

调频调相转换器相位零值的判断

本文针对目前调频调相转换器相位零值测量中出现的问题,提出了作者的看法。首先,对调频调相转换器内高本振混频、鉴频器鉴频斜率可能为负、视频放大可能为倒相放大器和相位调制器斜率可能为负等四项可能造成侧音倒相进而影响其相位零值进行了分析;接着,对文献[6]所述的调频调相转换器在中频校准中存在的问题进行分析,并指出,这很有可能就是调频调相转换器相位零值是7.5°呢还是187.5°之争的根源所在。文章最后,叙述作者于98年4—5月间形成的在示波器上观察正弦调制信号波形与已调频渡、已调相波之间的对应关系来判断调频调相转换器相位零值是7.5°呢还是187.5°的另一种简便方法。也用这种方法判断证明了天上运行的东三卫星的调频调相应答机的相位零值没有测错。     

BOC导航接收机伪码测距零值分析

伪码测距零值是现代卫星导航领域的重要指标,目前对于高精度BOC导航接收机的信道建模和仿真尚没有一般性的量化分析方法。针对这种情况,提出了基于副载波相位消除跟踪算法的零值估计模型,并推导了任意信道特性滤波器与伪码测距零值的关系式,然后定量地分析了信道特性对于测距零值的影响;最后在软件接收机上进行了仿真检验。     

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。     

卫星导航信号畸变导致的测距偏差的估计方法

为定量评估导航信号的测距性能,本文研究了在轨卫星导航信号畸变导致的测距偏差估计问题。基于Vernier采样原理利用大口径抛物面天线采集在轨卫星导航信号,经数据处理获得一个伪码周期的脉冲波形。在此基础上,对该波形起点位置进行精确估计,然后根据延迟锁定环工作原理产生超前本地波形和滞后本地波形,获得E-L鉴别器曲线,最后估计鉴别器曲线的零交叉点偏差,该偏差即为卫星导航信号畸变导致的测距偏差。利用北斗卫星采集信号,获得了B1频点I支路信号的测距偏差,验证了该估计方法的正确性。     

遥测时间零点的分析

本文分析了引起遥测时间零点延时的各种因素,提出了数据处理中四种时间零点方案,并给出了遥测时间零点之前数字量脉冲的修正方法。用本方法处理的数据,使制导工具误差系数分离结果有了较大改进。     

多径效应对非相干延迟锁定环的影响

多径是影响伪码测距及定位精度的重要误差源之一。研究多径效应对非相干延迟锁定环的影响,给出多径信道下的最大测距误差公式,指出存在多径时的S曲线斜率的变化规律,并分析多径对跟踪环路噪声性能的影响。仿真及分析结果表明,多径引起了鉴相曲线的零点漂移,并导致了更大的噪声抖动。     

北斗卫星导航系统测量误差指标体系

围绕北斗卫星导航系统中的伪距测量误差，全面分析系统的测量原理，提出系统误差指标体系的构建流程，构建基于误差层次分解方法的北斗卫星导航系统测量误差指标体系，指标体系由1个系统层指标、3个准则层指标、11个要素层指标和36个基础指标等51个指标组成。同时，结合实例，从卫星下行链路的绝对时延的测试需求，引出了绝对时延的测试问题，定义星载导航任务处理单元对外1PPS信号的输出口作为卫星的时间零点，给出需要测试的绝对时延的路径组成。根据目前系统的实际情况，通过每一部分的测试误差，求出整个绝对时延的测量误差精度。     

一种利用卫星通信信号实现测距的方法研究

目前我国的测控体制主要分为侧音测距和伪码测距两种，这两种方式都有其各自的特点。文章基于现有的同步卫星传输通信信号实现测距功能的思路，提出了一种测距系统方案。     

一种自适应迭代宽带数字波束成形算法

为了克服传统宽带波束合成要求期望信号垂直入射阵面的苛刻要求,新算法首先利用数字时延滤波器对接收数据的时延进行补偿,使其等效为期望信号垂直入射,然后采用无需计算矩阵求逆的基于LMS的空时自适应滤波算法完成波束形成。方向图仿真表明,新算法能够实现宽带抑制,可高分辨率地使主瓣对准期望,零陷对准干扰;同时通过计算量分析,相对于DMI算法,新算法很大程度地降低了计算复杂度,减小了计算量,易于工程 实现。