弹载天线旋转对接收信号多普勒偏差的影响

由弹体自旋产生的弹载天线的旋转是引起地面测控站多普勒测速误差的一个重要因素。根据线极化信号接收原理,对弹载天线旋转条件下接收的左旋和右旋信号多普勒偏差进行了理论推导和分析。分析结果表明:左/右旋接收信号将产生幅度相等、极性相反的多普勒偏差,多普勒偏差的均值与弹载天线旋转速率在数值上相等,多普勒偏差的方差随着目标视线与天线转轴之间夹角的增大而增大。为验证理论分析结果,开展了天线转台模拟实验,实验测量得到的多普勒偏差的均值和方差与理论分析结果基本一致。最后,根据理论分析和模拟实验结果,提出在实际任务中,可采用左旋和右旋多普勒偏差均值差的一半分别对左/右旋信号的多普勒进行补偿,以减小弹载天线旋转对测速精度的影响。

深空X频段测速数据误差分析

X频段是深空测控的主用频段,其多普勒测速精度远高于S频段,这一结论在"嫦娥二号"任务X频段深空测控技术试验中得到了验证,测速精度约为1mm/s。针对X频段高精度测速,本文分析了目前采用的径向速度近似计算公式,理论分析其产生的误差在地月转移和环月轨道段可达1cm/s。通过"嫦娥二号"任务X频段测控技术试验,以事后精密轨道为基准进行残差分析,结果表明,相比精确公式,近似公式计算测速数据的残差会增加1mm/s,已与X频段测速精度本身相当,因此,多普勒测速近似计算在X频段测量中已不再适用,应使用本文中列出的精确计算公式。

基于角度变化率的机载多普勒直接测距方法

基于角度变化率与多普勒频差之间的关系,提出了一种机载单基线多普勒测距方法,该方法将前置角的正弦变化率引入多普勒频移方程,借助于微分变形所产生的角速度参量就能获得被测目标的距离。模拟分析验证了所导出公式的正确性,同时还分析证明了基于角度变化率的直接测距方法和基于多普勒频移变化率的直接测距方法等效,并基于频率分辨率,给出了前置角的临界值。和基于多普勒频移变化率的机载直接测距方法相比,本文所提出的基于角度变化率的直接测距方法具有仅需一次双通道测量,和时间测量无关,不需要假定探测平台必须匀速运动等特点。

航天器多普勒测速平均误差的分析与修正

对航天器多普勒测速平均误差进行了分析，详细推导了圆轨道和椭圆轨道时该误差的计算公式，计算了不同采样周期和轨道高度时的误差大小。经过分析指出，该项误差对于高轨航天器影响较小，对于低轨航天器可以通过缩短采样周期或利用3个点或多个点的连续测量数据进行修正。

基于轨道器的火星着陆器定位及精度分析

文章结合中国首次自主火星探测任务,提出以轨道器为中继站的火星着陆器测量定位方法,采用双程多普勒测速方式,快速获得着陆点位置坐标,旨在分析轨道器与着陆器间不同测量方式、不同误差源影响下着陆器的定位精度以及位置误差分布情况。该手段充分利用轨道器和着陆器特高频器间通信链路,达到提高着陆器落点精度的目的。分析结果表明:轨道器轨道参数误差是影响着陆器最终定位精度的关键误差源;轨道器的轨道类型不同,着陆器的定位精度也会受到影响,基于非回归轨道的轨道器环绕测量,着陆器的定位精度更高;单个轨道器单轨测量,着陆器定位精度在102km量级;若采用2轨环绕测量,着陆器定位精度可以提高到10km以内,若圈数继续增加,定位精度能提高到5km以内。着陆器最终位置误差呈椭圆分布。基于轨道器的环绕测量方式简单有效,具有一定的实践指导意义。

基于火星轨道器的着陆器定位误差及可观性分析

针对深空探测过程中地面测控数传能力及着陆器星上功率受限等问题,文章提出了以轨道器为中继站的火星着陆器测量定位方法,旨在工程约束条件下分析地面测控站对着陆器的跟踪情况、轨道器与着陆器之间的可观性以及不同着陆点定位精度的差异,并给出相应的误差改善措施。该手段充分利用轨道器星上设备,达到提高定位精度的目的。结果表明,轨道器与着陆器之间通信的可见性要好于着陆器直接对地通信,有利于着陆器位置的确定;此外,通过几何因子和克劳美罗下限分析发现,若着陆器的着陆点位于轨道器星下点区域内,其定位精度较差。该方法充分利用轨道器与着陆器间的UHF通信链路,可为中国首次火星自主探测任务中着陆器的安全着陆提供参考。

相关时延估计误差对测频误差的影响

声学多普勒测速技术采用宽带编码信号进行多普勒频移估计时会产生测频误差,该误差来源主要分为两种:(1)宽带信号频谱不对称;(2)相关时延存在估计误差。文章主要讨论相关时延估计误差对测频误差的影响,分析了其产生的原因以及该误差对测频误差的影响。忽略相关函数简化误差以及滤波后频点不对称,推导得到由相关时延估计误差导致的测频误差的解析式。进行了仿真和湖试数据分析,不同频移下的测频误差与理论测频误差一致,不同填充系数下的实际测速误差与理论测频误差变化趋势相同。该对比结果验证了相关时延估计误差会对测频误差产生影响,证明了由相关时延估计误差导致的测频误差的解析式可信。

单站定位中切向与径向运动测距模型的等价性分析

单站无源定位在电子侦察应用中占重要地位。在对单站无源定位的2种不同理论模型简要回顾的基础上,基于干涉仪测向应用对通道间相位差变化率测量与频差测量过程进行了分析,通过相位差变化率与频差这2个物理量之间的固有关系,从理论上证明了单站无源定位中切向运动测距模型与径向运动测距模型的等价性,并通过仿真对上述理论分析结果进行了验证,揭示了单站无源定位中2种不同理论模型的统一性,从而为上述理论模型的工程应用边界条件分析提供了重要参考。

一种基于信道模拟的测速精度评估方法

为了评估单向多普勒测速动态测量精度,构建了一种基于卫星信道模拟器的测速精度评估系统,通过在卫星信道模拟器装订卫星飞行轨迹,利用卫星信道模拟器对上行信号加入传播时延、多普勒频率,对卫星在轨飞行状态下的单向多普勒测速进行场景仿真,并对场景仿真获取的测速数据进行O-C残差序列分析,得到动态测量条件下的测速精度。给出了O-C残差序列的计算方法,分析了单向多普勒测速体制下时钟偏差对测速结果的影响,并给出了一种简单的时钟误差修正方法。