量子导航定位系统中的捕获和粗跟踪技术

量子导航定位系统需要借助于空间量子卫星信息通信系统来进行信号的捕获、跟踪和对准(acquisition,tracking and pointing,ATP).ATP系统是空间量子卫星信息通信的重要组成部分,涉及到量子通信链路的建立以及中断通信链路的恢复;粗跟踪和精跟踪的相互配合,可以确保通信双方处于通信状态,达到期望的信号跟踪性能.本文详细阐述用于量子导航定位系统的空间量子卫星通信的捕获阶段和粗跟踪的相关技术,重点分析捕获阶段中的初始指向技术、扫描技术、捕获阶段的精度及其性能,以及粗跟踪阶段的精度及其性能指标等关键技术.

量子定位中精跟踪系统状态滤波及控制器设计

量子定位系统中精跟踪系统的跟踪精度是高精度定位的前提。针对卫星平台抖动以及工作环境噪声对量子定位系统跟踪精度的影响,建立了带有卫星平台振动信号模型以及有色噪声信号的精跟踪系统模型;设计了自适应强跟踪卡尔曼滤波器(adaptive strong tracking Kalman filter,ASTKF)算法,对状态扰动和输出噪声进行在线估计;并设计ASTKF对精跟踪系统进行闭环跟踪控制。在系统仿真实验中,对ASTKF进行了数值设计;对带有滤波器和比例-积分-微分(proportion-integration-differentiation,PID)控制器的精跟踪系统的控制性能,与仅采用PID控制方法以及采用自抗扰控制方法进行了性能对比实验。结果表明:采用带有所提出的ASTKF的PID控制的跟踪精度相较PID及自抗扰控制精度均有明显提高,可以达到量子定位的精跟踪系统对跟踪精度±2μrad的要求。

量子定位系统中的精跟踪系统与超前瞄准系统

在描述量子定位系统(QPS)及其捕获、跟踪和瞄准(ATP)系统的工作过程的基础上,对ATP中的精跟踪系统的组成结构进行了详细的设计,并对其中各部件参数与系统性能之间的关系进行分析;对精跟踪系统中的快速反射镜的镜面直径、转角范围、角分辨率、谐振频率、精跟踪探测器的像元尺寸、帧频、像元阵列、灵敏度等参数的合理选择进行详细分析;建立精跟踪控制系统各部分的传递函数及完整方框图;对超前瞄准系统结构以及超前瞄准角与超前瞄准探测器中超前瞄准点的坐标转换关系进行了分析,为超前瞄准角闭环实现提供了一套实施方案。

量子定位系统中捕获与粗跟踪控制研究

首先推导出经过地面站正上方的卫星运行轨道,以及从地面获取的卫星运行轨迹的空间信号函数;然后对整个捕获和粗跟踪过程的控制系统进行离散型模型的建立;采用分行式螺旋扫描捕获策略进行信号捕获,对电流-速度-位置三闭环粗跟踪控制系统进行控制器设计,并在Simulink环境下,对卫星经过地面站可见区域的4个不同阶段,分别进行信号捕获及其粗跟踪两轴信号的系统仿真实验,并对不同情况下的捕获与粗跟踪控制性能进行了对比分析。本文所做研究为后续的精跟踪过程和超前瞄准提供了保障。