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。     

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。     

星间自主相对测距中载波相位整周模糊解算方法研究

载波相位整周模糊度解算是利用载波相位进行星间无线电相对距离测量的关键。介绍编队小卫星的工作特点,针对星间相对距离实时、高精度测量的要求,详细阐述利用双频伪码和载波相位观测值解算载波整周模糊度的方法,推导伪码、载波相位测量误差与模糊度解算误差的关系,讨论降低误差的方法。计算机仿真结果表明,该方法可以在单个测量历元获得载波相位整周模糊解算,解算精度与伪码测距精度成正比关系。     

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。     

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。     

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。     

星间链路测量中的载波相位测距算法研究

运用双频伪码/载波相位组合方式求解整周模糊度的方法实现星间链路中的载波相位测距。在双频伪码/载波相位组合原理的基础上,对不同组合方式下的测量误差进行分析,并研究了增大载波频率时的载波相位测距手段。仿真结果表明,算法能得到较准确的整周模糊度值和精度较高的测距值,实现了载波相位高精度测距。     

多径环境下扩频导航接收机信号跟踪性能研究

分析了多径环境下扩频导航接收机信号跟踪性能。主要分析了时延绝对值小于一个码片的多径信号对导航信号伪码相位和载波相位跟踪误差的影响,给出了接收机伪码跟踪环和载波相位跟踪环的结构框图,并建立了两个跟踪环的数学模型,在考虑多径信号的基础上分析了混合信号相位跟踪的数学模型,分析了混合信号下伪码跟踪环和载波相位跟踪环相位跟踪的性能。在数学模型分析的基础上对存在单路多径信号时伪码相位跟踪和载波相位跟踪性能进行了计算机仿真。     

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.     

卫星信号和数据质量监测算法研究

结合卫星导航系统的实际应用,对卫星播发的导航信号和观测数据的质量监测算法进行了研究,可以满足卫星定轨和用户定位精度的要求。文中首先分析了卫星信号出现异常的原因,并有针对性地给出了用于卫星信号质量监测的宽窄相关伪距比较和码-载偏离度计算方法,然后又对用户伪距和载波相位这两个主要测量值的数据突变问题的实时监测方法展开了分析和探讨,最后进行了仿真研究。结果表明,这些算法是可行、实用并且有效的。     

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。     

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 。
     

北斗系统整周模糊度及周跳的确定算法

在进行卫星导航定位时,利用载波相位比利用码相位进行定位拥有更好的定位精度和安全性,并可以提升用户的满意度,然而得到测相伪距的前提是明确载波相位的整周模糊度和周跳数。首先根据三频模糊度分解模型将整周模糊度解算出来;然后利用三频码伪距/载波相位组合法进行周跳数的求解;最后仿真验证了整周模糊度解算方法的正确性,并分析比较多频接收机型号的不同对卫星信号周跳值的影响。     

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。     

载波相位平滑在GPS伪距提取中的应用

GPS卫星导航定位精度的高低很大程度上取决于站星距离(即伪距)的测量误差.载波相位平滑伪距在保证环路参数满足动态应力误差要求的基础上,把从延时锁相码环上提出的伪距,利用载波相位进行多点采样,平滑滤波,大大减小了伪距的随机误差.本文详细论述了载波相位平滑伪距的原理和工程实现方法,并进行了仿真验证.     

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。     

导航卫星天线相位中心及时延测试

导航卫星天线的相位中心及时延稳定度测试准确与否直接关系到导航定位系统的测距精度,最终影响到系统的定位精度。文章从天线相位中心和天线时延定义出发,提出了天线相位中心及天线时延稳定度的测试方法,并给出了相应的测试结果,为下一步的深入研究提供理论和试验基础。     

GPS软件接收机中载波相位测量的实现

GPS接收机载波相位测量的精度优于码相位测量,但却存在整周模糊度。利用码和载波相位测量的组合可以提高伪距的精度,进而改善接收机的定位性能。研究GPS软件接收机中载波相位测量的实现方法。通过处理实际采集的信号,分析码和载波相位测量组合方法的性能。实验结果表明,通过50 s的平滑,伪距误差可以减小到毫米量级。     

基于导航接收机的自旋卫星姿态确定方法

提出了一种基于单天线导航接收机跟踪环路载波相位差的自旋卫星姿态确定方法。以导航接收机锁相环鉴别器输出的载波相位差为数据源,推导了从载波相位变化中获得卫星姿态信息的算法模型。在天线安装半径0.3m,自旋速率20r/min,载波相位测量误差3mm,角速率测量误差0.1(°)/s条件下进行仿真,获得自旋卫星主轴在空间惯性坐标系中的定向精度为2.17°。研究表明用单天线导航接收机确定对低转速、低精度角速率陀螺自旋卫星姿态是可行的,与传统多天线接收机载波相位差测量方法相比,有体积小、低能耗和避免整周模糊度计算等优点。     

GPS技术用于编队卫星状态整体确定方案设计

编队卫星的控制和应用需要确定编队卫星的运动状态,包括卫星绝对的和相对的位置、姿态以及钟差.本文设计联合利用GPS和一种类似GPS的载波相位和伪码交联测距技术的方案,快速实现星间GPS载波相位差分的整周模糊度的确定,进一步提高相对状态确定的精度,使相对位置精度达到厘米级、相对姿态角精度达到角分级.