深空测控新技术研究进展

测控系统是航天工程不可或缺的重要组成部分,其导航通信能力在深空探测任务中尤为重要。深空探测任务远距离、长延迟、弱信号、易中断条件下高精度导航测量和高速可靠数据传输始终是深空测控技术需要重点解决的问题。围绕这些问题重点介绍了在天线组阵、再生伪码测距、连接端站干涉测量、相位参考干涉测量和容延迟网络等一系列新技术方面开展的研究工作和部分成果,可以看到,这些成果的应用将丰富深空测控技术手段,在未来更复杂、更遥远的深空探测任务中将会发挥重要作用。     

基于非抽取小波包变换的信号滤波算法

对航天测控信号进行滤波处理,有利于改善信号品质,提高系统的测量性能。针对航天测控信号中的差分单程测距(DifferentialOne-wayRanging, DOR)信标信号等侧音信号,提出了基于非抽取小波包变换（Un-decimatedWaveletPacketTransform,UWPT）的滤波改进算法。该算法以功率平坦度为准则,判断某一节点是否需要继续分解。改进算法克服了以能量聚焦度为准则时算法误判停止分解或多重分解算法复杂、计算量大等的缺点,同时解决了阈值不易确定的问题。仿真结果表明改进算法在降低算法复杂度的同时,滤波性能相对有所提高。最后采用改进算法对仿真信号和在轨卫星数据进行处理,结果表明滤波后仿真信号差分相位估计精度提高约3倍、实测数据差分相位估计精度提高0.72倍。     

多饱和约束拦截弹参数时变系统控制器设计

针对拦截弹参数时变和执行机构饱和非线性影响控制系统性能,提出基于齐次多项式参数相关 Lyapunov 理论和非线性矩阵微分方程凸多面体转换算法相结合的鲁棒最优控制系统设计方案。 通过引入标准饱和约束算子,建立控制系统数学模型并给出控制系统结构;引入饱和归一化因子,把非线性参数时变微分方程转化成线性多胞型微分方程;基于齐次多项式参数相关Lyapunov理论和拓展Pólya’s定理,把参数时变多胞型微分方程转换成齐次多项式参数相关微分方程,并给出齐次多项式参数相关控制器结构;利用迭代算法把非线性矩阵不等式转换成线性矩阵不等式(LMIs),进而基于LMI凸优化理论获得控制器解,设计出的控制器是关于齐次多项式阶次g和Pólya’s松弛度d的函数;通过定点和制导控制系统仿真校验了该算法,仿真结果表明随着齐次多项式阶次g和Pólya’s松弛度d的增加,设计出的控制器在确保系统稳定的前提下改善控制系统性能。     

间断照射码元宽度对导弹截获低速目标能力的影响

对间断照射码元宽度对导弹截获低速目标能力的影响进行了研究。分析了间断照射副载频信号形式和频谱特性,讨论了码元宽度对近载频相位噪声品质的影响。研究发现:码元宽度越窄,近载频一、二次交调谐波对导弹截获低速目标的能力影响就越大。设计间断照射制导系统时应充分考虑间断照射码元宽度的影响。     

基于参数估计的BPSK/PM遥测异常信号识别方法研究

为了对卫星地面测试和在轨运行期间可能发生导致遥测信号异常的偶发故障进行排查,快速精确地定位问题,文章进行了异常遥测信号识别方法研究。针对二进制相移键控/相位调制(BPSK/PM)遥测信号,通过分析信号的特征,总结了遥测接收过程中异常信号可能发生的三种情况及其原因,提出一种基于参数估计的异常遥测信号识别方法,并进行了仿真验证。该方法的应用可以宏观区分遥测调制信号异常与数据异常,并作为异常信号存储和再处理的基础,从而为故障判定提供数据支撑。     

基于全相位FFT的感应式磁力仪频谱校正方法研究

基于法拉第电磁感应定律的感应式磁力仪是用于测量低频磁场的空间探测仪器,常具有在轨FFT频谱分析功能,直接获得波动磁场的频率及幅度等信息.利用FFT方法对截断信号进行计算时,整周期采样会产生频谱泄露和栅栏效应,频谱信息产生偏差,而影响实时监测磁场变化的准确性.全相位FFT与常规FFT相比,有相位不变性和良好的抑制频谱泄露能力.采用基于全相位FFT的时移相位差方法(apFFT/apFFT)校正在研的某卫星感应式磁力仪直接采集的波形数据.仿真和实验结果表明,apFFT/apFFT方法可有效提高感应式磁力仪低频磁场测量的频谱准确性.研究工作为提高感应式磁力仪科学数据的应用水平奠定了基础,为下一代星载感应式磁力仪在轨频谱分析提供了一种可能的新方法.      

一种频域亚像元影像匹配方法

频域相位匹配方法可以分为空域Dirac Delta函数法和频域直接求解法两类,前者一般只能达到整数像元匹配精度,而后者可实现亚像元匹配精度,但算法复杂度高,匹配可靠性较前者低。基于其各自的特点,文章将上述两类方法有机结合,提出了一种可靠、高精度的优化相位匹配法。通过对不同的混叠量、信噪比影像进行匹配实验,验证了文章提出的匹配方法对混叠具有一定的抑制能力,对噪声有较强的鲁棒性。对于纹理丰富、存在少量混叠的影像匹配误差优于1/100个像元。     

多基线组合求解深空航天器载波相位模糊方法

针对深空航天器高精度定位需求,提出多基线组合求解载波相位模糊方法,获得比群时延更精确的相时延,极大地提高无线电干涉测量精度。首先建立多基线组合求解载波相位模糊的数学模型,推导该方法对长短基线组合的约束条件。然后利用美国甚长基线阵(VLBA)对本文方法进行仿真校验,结果表明航天器定位精度可以达到纳弧度量级。最后结合我国已有干涉测量网,分析在我国未来深空探测任务中采用多基线组合测量载波相时延的可行性,给出满足方法约束的站址选择建议,可为我国深空导航无线电干涉测量技术的发展和深空测控网的完善提供参考。     

基于平均相关算法的北斗B2信号快速捕获

以最新公布的北斗B2频点卫星导 航信号为研究对象,针对捕获过程中采样点数过多,计算量大引起的软件接收机捕获速度慢 、不易于硬件实现的缺点,在对传统的并行码相位捕获算法的研究基础上,根据北斗B2信号 的特点提出了一种基于改进的平均相关算法的快速捕获方法。该算法通过平均采样将相关运 算的点数由11 428降至2 048,由于平均采样过程中,叠加的采样点数没有跨越符号位,因此 不会引起信号能量的损耗,采用了最大峰值和次大峰值的比值(Peak-to-peak radio, PPR) 对该算法的捕获性能进行量化分析。利用 仿真信号源对算法进行验证,实验结果表明,该算法和传统的捕获算法相比,两者捕获灵敏 度基本相同,但前者的运算量减少了近一半,而且2 048点快速傅里叶变换（Fast Fourier transform, FFT)比11 428点FFT更利于硬件实现,因此有助于满足软件接收机对实时性的要求。     

一种用于深空导航定位的新型DOR信标

甚长基线干涉测量(VLBI)是深空探测器导航定位的重要手段之一,深空探测器的VLBI观测通常采用差分单程测距(DOR)信标和双差单程测距(Delta-DOR)测量体制,精确地测量深空探测器相对于河外射电源的角距.相位杂散是影响Delta-DOR测量精度的主要误差源之一,针对这项误差研究了一种基于伪随机噪声调制方式的新型...