载波相位平滑伪码测距技术研究

载波相位平滑的主要目的就是使用精度高的载波相位测量值作为辅助信息,以使码测量值上的大的随机误差得以平均,从而提高伪距观测定位精度。文章介绍了3种载波相位平滑伪距的模型,并对这3种平滑方法进行了仿真分析,得出平滑算法的精度与接收机性能、权重因子和平滑递归的次数有关。     

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。     

伪码辅助载波星间自主测距技术

提出了一种存在弱相对运动的卫星之间基于载波高精度自主相对测距技术,它借助伪码测距技术所得到的粗测距离和cm级测距精度选择载波频率,消除了载波测距中存在的整周模糊度问题,避开了复杂的整周模糊度求解算法;借助伪码高精度时间差测量技术,使不同卫星上面伪码和载波相位观测时间之差的测量精度(标准偏差)优于0.1 ns,并使得星间钟差可忽略不计。最终测距3σ精度有基于伪码的cm级提高到了mm级。文中不仅分析了相对静止时卫星间的距离测量精度,而且分析了存在弱相对运动(相对运动速度不大于10 m／s)时卫星间距离测量精度。理论分析和工程可实现性分析都表明：该技术切实可行且易于实现。     

伪码测距抗干扰容限分析

统一考虑射频干扰对伪码测距系统中码环稳定性能和测距精度性能的影响,推导并定义了系统稳定性能容限和测距精度性能容限,综合这两个容限给出了一定测距精度指标约束下的测距抗干扰容限。同时,设计了容限参考因子以定量分析两个性能容限对测距抗干扰容限的影响,并给出了一定应用场景中的容限和参考因子的快速计算方法。本文还针对窄带干扰环境,给出了更加简捷的分析方法,并通过数值分析进行了具体说明。测距抗干扰容限的分析与设计,科学全面且简捷高效,能够有效指导伪码测距系统的结构参数设计与系统性能评估。     

基于载波平滑伪码的高精度航天扩频体制测距技术

在航天扩频测控系统中,伪码测距技术可以有效避免相位模糊,但是码长也限制了其相位测量精度,而载波测距技术则具有更高的相位测量精度。针对扩频测控体制,提出了一种基于载波平滑伪码的高精度航天扩频体制测距技术,该技术利用锁相环获得的载波相位对伪码值进行平滑,在保留伪码测距无相位模糊特性的基础上进一步提升测量精度,从而减小测距接收机的随机误差。仿真结果和试验数据表明:该方法能有效提高星地测距精度,测量精度达到毫米量级,具有很强的实用价值。     

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。     

伪码测距信号波形设计

在伪码再生测距中，码跟踪环的跟踪性能是决定测距精度的关键，而不同的码片波形对码跟踪环性能的影响存在差异。针对适合再生测距的码跟踪环，并且对波形限定相同带宽的条件下，对不同波形测距信号对码跟踪环跟踪性能的影响进行了分析和仿真，结果显示跟踪性能与不同波形下环路S曲线的特性相关。根据比较结果，提出了最佳的伪码测距信号波形，为实际工程中伪码波形的选用提供了依据。     

CCSDS建议的再生伪码测距性能分析

CCSDS(国际空间数据系统咨询委员会)于2009年3月发布了伪码测距的蓝皮书,规定了再生伪码测距的技术要求。我国正在研制的深空应答机和深空站测控设备要求具备再生伪码测距功能,同时为了实现国际联网,伪码测距系统需满足CCSDS建议的要求。为给我国深空测控设备伪码测距系统的研制提供设计依据,通过分析伪码特性和伪码捕获跟踪方法,推导得到伪码测距的捕获性能和跟踪性能。分析得到的性能与CCSDS建议书一致,可作为我国深空应答机和深空站测控设备伪码测距系统设计的参考。     

伪码调相与PAM复合测距系统研究

介绍了PAM伪随机码的构成原理,推导了PAM伪随机码的自相关函数和功率谱密度。结合图形分析了它们的性质特点。设计了伪码调相与PAM复合测距系统,并分析了在加性高斯白噪声信道中的各个阶段的信号形式。研究了复合测距系统的性能,详细推导了复合测距系统的信噪比增益。结果表明,与单纯的伪码测距系统相比,复合测距系统有更强的抗干扰性能和测距能力。     

再生伪码测距中子码捕获算法的改进

着眼于再生伪码测距的捕获算法,针对现有的最大值搜索法在只有噪声输入(没有测距信号输入)的情况下依旧有最大值输出的虚警捕获情况进行改进,提出基于最大值搜索法和门限比较法的级联子码捕获算法。算法通过将最大值搜索法得出的结果与设置的门限值进行比较,消除了只有噪声输入下的虚警情况,提高了子码捕获的正确概率。利用Simulink对级联算法进行仿真,验证了算法的准确性,实现了子码序列的正确捕获。     

北斗B1/B3频点载波相位和伪码测距精度评估

根据伪码跟踪精度理论,以及北斗二期和三期B1,B3频点的信号设计体制,理论分析了北斗B1/B3频点载波相位测量和伪码测距的精度,并用北斗双频接收机零基线实验对理论精度进行了实际数据验证。研究结果对用B1/B3频点的载波相位和码测量进行精确建模应用有一定的指导意义。     

伪码测距在深空探测任务中的应用

目前深空探测任务中广泛采用的测距体制为宽带转发模式,这种体制在转发有用测距信号的同时将上行信道噪声也转发下来,导致星上功率利用率降低。若采用再生伪码测距体制,则避免了转发过程,极大地提高了星上的功率利用效率,因而代表了未来深空探测任务测距体制的发展方向。CCSDS于2009年3月发布了伪码测距的蓝皮建议书,提供了伪码测距的国际标准。介绍CCSDS建议的伪码测距体制,研究其捕获和跟踪性能,并讨论其在深空探测任务中的应用。     

基于AO S建议的伪码测距研究

在介绍AOS建议的基础上,分析航天测距面临的新问题、新要求和现行测距伪码传输方式的优缺点。提出AOS建议下伪码传输的一种新方案,对该方案的可行性进行详细论证,并设计实现框图。同时对使用该方案可能出现的问题也作了初步的分析,并提出解决途径。     

基于测距观测的静地卫星定轨精度分析

在卫星动力法定轨的协方差分析基础上,提出了一种针对地球静止轨道(GEO)卫星的简化定轨精度分析方法。根据GEO卫星的线性化状态转移方程,通过设定地面跟踪网坐标和卫星星下点经度计算叠加矩阵,由观测弧长和采样间隔直接计算定轨精度评定公式中的主要部分。公式扩展后,能比较各种系统误差源对定轨精度的影响,并将影响较大的作为附加参数纳入估计过程并重新评价定轨精度。用该法对10 m定轨精度的测距跟踪网优化设计和测距偏差对定轨精度的影响特性进行分析的结果表明,测量系统中的系统性误差可能以近20的放大倍率传播到卫星沿迹方向和法向,且不能通过自校准测距常值偏差提高定轨精度。     

基于伪码锁相技术的高精度测距修正方法

双向单程体制星间通信测距接收机中,基带负责通信测量的现场可编程门阵列(FPGA)工作时钟通常与外部时频单元送给接收机的10.23MHz时钟是异步关系,这样会导致FPGA内部产生的测距时刻与10.23MHz产生的测距时刻(即秒脉冲上升沿时刻)不完全同步,为了以时频单元输入的测距时刻为基准,需要对FPGA内部产生的测距时刻与时频单元产生的测距时刻进行同步处理。文章提出一种采用伪码锁相跟踪测量的测距修正方法,用FPGA的工作时钟去采样跟踪时频单元10.23MHz时钟,最终输出测距时刻脉冲和相位差,其中测距时刻脉冲用于采样测距信号,而相位差则转换为时间差用于对测距结果进行修正。经理论分析、仿真及FPGA验证,结果表明:此方法可以实现两个异步时钟测距时刻的高精度同步,测量精度高可达皮秒量级,且实现简单,占用FPGA资源较少。     

北斗2导航卫星星间测距与时间同步技术

针对北斗2导航卫星之间通过星间链路进行距离测量和时间同步以实现星座自主导航功能,提出了一种动态环境下基于伪码高精度距离测量和时间同步技术.它根据狭义相对论中光速不变基本原理,扩展了静态环境下双向测距和时间同步(Two-Way Ranging and Time Transmit,TWRTT)技术,使之适用于北斗2导航卫星这样的动态环境之下.理论、仿真以及工程可实现性分析表明:利用该技术,北斗2导航卫星星间测距精度可达厘米级,时间同步精度优于1ns.     

基于星间无线电测距的卫星自主定轨与导航

提出了在空间数据链中基于星载无线电测距实现低轨卫星的自主定轨方法。通过星上天线发送和接收网内其他卫星的通信数据，从中获取相互间的距离信息，应用推广Kalman算法确定卫星的位置和速度，实现卫星间的互相定位。以铱系统为背景，针对所提出的两种不同组网方式进行了具体的仿真，并与GPS定轨相比较，得出了几点结论。     

一种再生测距伪码的自适应捕获技术

深空探测距离远,适合使用再生伪码测距技术。针对空间数据系统咨询委员会（CCSDS）提出的T2B测距复合伪码,计算了其6个子码在不同延拓周期下的相关值,推导了星上相关运算前信号噪声的分布形式。在对判决量统计特性分析的基础上,采用最大似然估计准则（MLE）对噪声标准差进行了合理估计,通过噪声标准差估计了判决门限,并采用奈曼...     

导航卫星载波相位测量中的相位缠绕研究

文章针对载波相位测量在高精度测量、定位领域中,由于导航信号接收天线与发射天线的非理性因素导致的测量误差问题进行研究。根据载波相位测量原理及导航信号天线的收、发原理,从理论上分析了因导航信号接收天线与发射天线之间倾角的不一致性而导致的载波相位测量中相位缠绕的产生,以及相位缠绕对载波相位测量、定位精度的影响,并通过理论计算得出,载波相位测量中相位缠绕引入的测量误差最大可达厘米量级。计算结果表明,相位缠绕对高精度载波相位测量引入的测量误差不可忽略。在实际的载波相位测量应用中,尽量提高导航信号接收天线与发射天线之间的倾角的一致性,以减小相位缠绕对载波相位测量引入的测量误差,进而获得高精度载波相位测量值。