一种双向测距与时间同步系统的设计与分析

在研究双向单程伪距测量原理的基础上,设计了双向测距与时间同步(DRTS)终端系统总体构架,阐述了在系统中使用的技术,并搭建了基于DSP+FPGA的双向测距与时间同步系统软硬件平台。实验结果表明,此系统的码速率为5 MHz、中心频率为15 MHz时,测距和时间同步的分辨率可达0.15 cm和5 ps(@1 s),采用不同频率源时测距和时间同步的精度分别为1.038 m和3.46 ns,采用相同频率源时分别为0.28 cm和9.43 ps(参考频率稳定度1×10-10/d量级)。与国外同类产品相比具有测量精度优势,但考虑通用性,此系统的硬件仍需进一步优化,软件上需要做到码速率可调。

双向测距与时间同步系统中设备时延标定的研究

双向测距与时间同步系统采用的是双向单程伪距测量机制。因此设备时延包含在伪码测距的测距值与钟差值之中,这对系统的测距精度产生了不良的影响。针对这种设备时延,提出了双向测距与时间同步终端闭环校准方法。实验及分析表明该方法是有效的,并为系统的下一步设计提供了有效的参考。

编队小卫星间相对测距和时间同步方法研究

介绍了编队飞行小卫星的特点,提出采用无线电双向单程测距方法实现星间相对测距和时间同步,计算了伪码和载波相位跟踪环路、星间相对运动、钟差变化、测量设备延迟、天线相位中心误差带来的星间相对测距和时间同步误差,讨论了降低误差的方法.对误差项进行综合分析后,得出星间相对测距误差可达到厘米级,时间同步测量误差优于0.1 ns的结论.

载波相位平滑伪距算法在双向测距与时间同步系统中的应用

介绍了载波相位平滑伪距的算法及其在双向测距与时间同步系统中的应用。对实测数据的计算和分析表明,载波相位平滑伪距的算法在双向测距与时间同步中的应用能提高双向测距与时间同步系统的测量精度。对测量中发生的伪码错误以及载波相位周跳也给出了处理方法,仿真分析表明这些方法能减小伪码错误和载波相位周跳引起的误差。

基于水声链路的UUV之间测距授时体制

给出了一种基于水声链路的水下潜航器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)之间测距与授时的新方法。该方法采用水声双向伪码授时-测距(Two-Way Pseudocode Timing-Ranging,T-WPcT-R)及水下UUV的冲突避免多址接入(Multiple Access with Collision Avoidance,MACA)协议实现UUV之间的交互,利用双向伪距授时-测距(Two-Way Pseudorange Timing-Ranging,T-WPrT-R)体制实现水下UUV间的精密测量及时间同步。首先给出水声链路UUV测距、授时的传输帧协议格式,其次给出水声链路UUV的T-WPrT-R数学模型,最后对相应的测距与时间同步测量误差进行分析。研究表明,所提出的体制信道资源利用率高、工程可实现性强、设备复杂度及成本低,能够满足水下UUV之间的测距及时间同步业务需求。

星间DOWRT中的相对论效应分析与修正

推导了双向单程测距与时间同步(DOWRT,Dual One-Way Ranging/Time Synchronization)的解耦方程,分析了空间动态下DOWRT法的计算方法及相对论效应在测距和时间比对中的影响,提出了带有相对论效应修正的DOWRT算法,最后分别仿真分析了低轨编队飞行卫星和导航星座中的距离与时间同步测量中相对论效应引起的误差.结果表明:卫星间采用DOWRT测量方法时,由相对论效应引起的低轨短基线编队飞行卫星间距离测量误差为米级、时间同步误差为亚皮秒级,而在导航星座测量中引起近百米级距离测量误差和高达微秒级的时间同步误差.因此为了实现导航卫星间高精度距离与时间同步测量,必须进行相对论效应修正.