TDAS时代低地球轨道航天器的导航

九十年代将用跟踪数据采集系统(TDA5)取代现在的跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)。现在正在研究通过该TDAS为用户航天器提供测轨/测时功能的各种方案。TDRSS中所用的双向测距和多卜勒跟踪仍然是TDAS地基导航的一种方案,但本文集中讨论单向测距和多卜勒跟踪的方法,具体说是: (1)正向线路信标跟踪(FLBT)——在用户星上处理由TDAS卫星连续播发的独立的导航信号; (2)正向线路定期跟踪(FLST)——在用户星上处理从TDAS正向线路定期跟踪期间所接收的导航数据; (3)反向线路定期跟踪(RLST)——在地面处理从TDAS反向线路定期接收期间用户星所产生的导航数据。比较了每种方法的系统结构以及要求,给出了导航性能评价的初步结果。该性能是用户航天器轨道、TDAS星座结构和其它参数的函数。接着将这些结果与TDAS任务模型中的精度要求相比较。最后讨论了上述各种方案对TDAS和用户航天器的影响,并指出了需进一步研究的问题。     

GPS在空间领域的应用

一、引言除飞机以外,人造卫星、航天飞机、空间站、自由飞行体等都可以利用GPS作为主要或辅助性的导航系统,也可用作利用直升飞机的搜索营救到达特定位置的导航系统,这些应用近几年来特别发展迅速。至于GPS本身,即使在日本已有不少文章介绍,故不详谈,下面仅叙述GPS在空间领域的应用,现状和将来动向。     

美国国防部有关GPS在试验和训练靶场的应用计划

美国国防部着手组建的NAVSTAR GPS(图1)可为装备用户设备的运动体提供高精度位置、速度和时间信息。该项研究计划一开始注重GPS的战术和战略应用。目前,国防部已认识到GPS应用于靶场跟踪的潜力。本文介绍了GPS应用于国家试验和训练靶场的国防部计划。     

三叉戟Ⅰ型导弹利用转发GPS信号进行实时跟踪的现场试验结果

GPS接收机可以用来跟踪和确定单兵、轰炸机和洲际导弹等一切物体的位置。当体积和成本问题而不宜使用弹载接收机的场合,常利用转发GPS跟踪方案。三叉戟Ⅱ型潜射导弹提出的靶场安全跟踪问题正是这种情况。美国海军签订了一项合同,研制一套验证转发GPS跟踪方案的系统,以此来评价GPS用于靶场安全的技术风险,并检验其跟踪精度。利用预定的三叉戟Ⅰ型(C-4)试验发射,对整个系统进行了现场试验。本文叙述了转发GPS跟踪系统方案,所做的现场试验及其结果。     

利用雷达数据事后确定机动式再入目标的弹道

本文研究出一种利用雷达跟踪数据事后分析确定机动式再入目标的气动参数的技术。本技术使用了加权最小二乘序贯估计器,该估计器在各批处理数据中依次步进移动。观测值为来自分布在落点附近精密跟踪雷达的角度和距离数据。用六维估计器(三维位置和三维速度)来估计再入目标自由飞行段的状态。本文还导出了两种再入估计器:第一个是七维估计器,包括六维自由飞行参数加上一个弹道系数,用来估计弹道再入段的状态,第二个是九维机动再入目标估计器,一旦有机动发生就用这种估计器。研究出一种基于测量残差监视的算法,可以自适应地从六态估计器转换成七态估计器,再到九态估计器。进行了一系列数值仿真,检验了这种技术及其编程。利用蒙特卡罗仿真验证了估计器的协方差矩阵的精度。     

先进的声表面波-大规模集成频率合成器

快速跳频频率合成器是跳频式频谱展宽系统的关键部件。最近,TRW 已研制出最适合于上述用途的直接混频-分频频率合成器样机。该合成器产生的频率为1296兆赫到1536兆赫,步进间隔为3兆赫,能够以低于50毫微秒的速度进行频率转换。在整个设计中均采用声表面波和射频大规模集成器件来生产这种速度极快的小型合成器。     

用互相关法和用三个或多个振荡器法表征频率起伏

一个振荡器自身的稳定度可以用两个辅助振荡器并在这三个振荡器中两两进行比较的方法来加以测定。如果不是同时进行三次比较,直接应用这种原理就会得出错误的结果。然而,这些结果是受了测试系统噪声的影响。为了对三个振荡器进行比较,提出了一些新的方法。这些方法应用方差和互相关的概念,能够单独地表征振荡器的特性,而在不相关时,则可减少杂散噪声源的影响。所以在频率和相位起伏测量中能够得到较好的分辨度。     

NBS/GPS原型接收机的结构和性能特性

利用两个地面站的位置是已知的这个事实,美国国家标准局(NBS)提出了一种全球定位系统(GPS)信号在专用存取信道中的特殊应用问题。因此,如果从这两个地面站观察同一卫星,就有很好的时间传递能力。NBS 研制的一种原型接收机的特点是时间传递精度极高,而且成本低。即使不知道通过接收机的绝对时延值,人们也能通过了解两个接收机之间的时延差而进行绝对的时间传递。从接收到的卫星信号所得到的接收机输出端的均方根时间起伏值好达3.5ns,这是由于使用了平均时间为15秒全向天线的缘故。这噪声被表征为白噪声调相,此噪声经过平均可以低于系统噪声,而系统噪声在环境温度为几度范围内大约为1毫微秒。测量 NBS(博尔德市)和美国海军天文台(USNO,华盛顿特区)之间的时差,得到的天与天之间的时间起伏约为5ns。将软件与接收机组合成全自动的系统,用 Z80A 微处理器来调整接收机锁相环的幅度和调整合成器,对额定的多普勒偏移进行校正。该接收机还有一个突出的特点,就是可以利用微处理器来校准0.1ns 的内部时间间隔计数器。用户所需要的只是一个本地的秒脉冲信号、一个5MHz 的信号及其本地坐标。     

声表面波气体检测器

本文介绍一种利用声表面波的新型气体检测器的试验结果。声表面波(SAW)压电气体检测器由制作在一块压电衬底上的SAW双延迟线组成,每一延迟线都接有一振荡器。在一根延迟线振荡器的传播路径上涂以选择性吸收薄膜,而在另一传播路径上则不涂复而用作稳定参考。由吸附在涂有薄膜的延迟线上的气体所引起的质量负载或应力效应造成的相位延迟变化,导致相对于参考振荡器的频率偏移。这种频率偏移是与气体浓度成比例的。由于SAW能集中在薄膜附近,故检测器的灵敏度很高。另外,只要给SAW压电气体检测器涂以相应的选择性薄膜,就可以检测任何气体。为了证明这一点,现已制成一个利用三乙醇胺薄膜测量空气中二氧化硫(SO_2)的检测器,并且已经证明能够检测出浓度为10×10~(-9)的二氧化硫。对灵敏度、线性、再现性、选择性和可靠性的研究,发现在大多数情况下比其它类型的气体检测器优越。本文讨论器件性能(例如选择性和随时间的稳定性)的主要缺点,以及改善的可能方法和进一步研究的方向。     

国家标准局新的时间、频率服务

一、引言 1983年国家标准局(NBS)建立了两项新的时间和频率服务。这两项服务的建立使得用户能比以前更精确地、更不费力地得到溯源于NBS的时间和频率。这些新的服务可以为那些要求时间传递精度在3毫微秒到1微秒范围内的或要求频率校准性能在10~(-11)到10~(-14)范围内的用户服务。然而,有许多不需要这么高精度的应用,用户也能从这些服务得到好处,这是因为其自动化程度高,使用简单、并有NBS的帮助。