基于伪随机脉冲估计的简化动力学卫星定轨方法

采用简化动力学模型和星载GPS非差观测值,通过在确定性卫星运动方程中引入伪随机脉冲参数,将确定性参数和伪随机脉冲参数一起估计,对CHAMP卫星进行精密定轨。定轨软件采用自行研制的CASMORD精密定轨软件,定轨结果与GFZ事后定轨结果以及SLR结果进行了比较与分析。结果表明,采用简化动力学方法对CHAMP卫星定轨,在X、Y、Z三个方向的均方根误差(RMS)基本一致,轨道位置精度优于10cm,与SLR比较,测距精度优于5cm,定轨结果可靠,验证了算法的可行性和软件的定轨精度。

伪随机脉冲估计及其在简化动力学定轨中的应用

研究了简化动力学定轨方法中伪随机脉冲的定义、特征及估计的数学模型。结合CHAMP星载GPS实测数据,讨论了不同力学模型及观测值情况下的随机脉冲的估计,并分析了随机脉冲在不同情形下的大小变化及其对定轨精度的调节作用。结果表明,随机脉冲的大小和使用的力学模型、是否估计经验参数及使用的观测值精度有关系。在力学模型误差较大的情况下,随机脉冲的设置能有效地补偿和吸收模型误差,从而提高定轨精度。

优化伪随机脉冲位置调制序列激励的无串扰超声测距系统

超声测距系统中多路换能器同时工作存在的串扰会导致错误的距离测量和降低系统的工作效率。为消除此串扰,提出了伪随机脉冲位置调制(PPPM)法用于构造超声发射序列。PPPM序列中脉宽固定,脉冲位置由伪随机数序列调制。为获得尖锐的自相关函数和平坦的互相关函数,对四种常用的同余法产生的伪随机数进行了定量检验,并选定统计特性最好的乘加同余法用于构造PPPM序列。为提高超声测距系统实时性,采用遗传算法优化较短的PPPM序列中脉冲之间的间隔范围。将所提方法用于多路Polaroid600系列静电型换能器构成的超声测距系统,实验验证了所提方法的可行性。

伪随机脉冲参数对BDS卫星定轨精度的影响分析

采用附加伪随机脉冲参数的动力学定轨方法对BDS卫星进行定轨,分别给出不同时间间隔的伪随机脉冲参数估计方案对BDS卫星常规状态、姿态转换状态以及进入地影状态时定轨精度的影响。结果表明,常规状态下,伪随机脉冲参数对GEO卫星定轨精度改善显著,相对较优的伪随机脉冲参数估计间隔与各类卫星运行周期吻合;对于姿态转换状态以及进入地影状态,6h的伪随机脉冲参数估计间隔有助于提高相应卫星的定轨精度。

伪随机脉冲在北斗卫星精密定轨中的应用

本文首先介绍了伪随机脉冲估计原理；然后利用一组北斗卫星导航系统实测数据，采用动力学法和简化动力学法分别确定导航卫星精密轨道，并对两种方法的结果进行了比较分析；最后讨论了利用伪随机脉冲的简化动力学法在北斗导航卫星定轨中的应用问题。

伪随机脉冲对卫星轨道拟合精度影响分析

研究伪随机脉冲在吸收低轨卫星和4大导航系统卫星未模型化摄动力方面的有效性,分析其对拟合轨道精度的影响。结果表明,伪随机脉冲能够有效吸收低轨卫星及GNSS卫星未模型化的摄动力。对于低轨卫星,伪随机脉冲能够有效模拟大气阻力对轨道的影响,达到mm级拟合精度;对于GNSS卫星,伪随机脉冲能够在一定程度上吸收太阳光压摄动,尤其是与ECOM太阳光压模型联合使用,能够充分吸收ECOM模型未能吸收的摄动力,只需每天设置一组伪随机脉冲参数,其拟合精度能达到mm级。

一种伪随机脉冲的快速参数估计方法

在精密定轨中,附加伪随机脉冲能够很好地弥补力学模型精度不足的问题,然而由于伪随机脉冲数量通常较多,如果利用常规最小二乘方法直接进行参数估计,会严重降低计算效率。针对这一问题,给出了一种基于参数预消除与回代思想的伪随机脉冲参数快速估计方法,实测算例表明,利用本文方法,能够获得与常规最小二乘方法相同的参数估值,但本文方法在计算效率上要明显优于后者。

伪随机脉冲先验值对低轨卫星简化动力学定轨精度的影响

低轨卫星简化动力学定轨中引入伪随机脉冲可有效提高定轨精度,但伪随机脉冲先验值（时间间隔、先验标准差）会影响伪随机脉冲估值大小,进而影响定轨精度。基于GRACE（Gravity Recovery and Climate Experiment）卫星轨道分析伪随机脉冲先验值对单天解简化动力学定轨精度的影响,实验表明,时间间隔从240min减至6min,先验标准差从1×10^-4 mm/s增至1×10^-1 mm/s,伪随机脉冲总的估值大小由1×10^-2mm/s增至1×10^-1 mm/s,定轨精度从几十cm提高到2cm;当先验标准差大于1×10^-1mm/s,继续增加先验标准差,伪随机脉冲估值不变,定轨精度不再提高。因此,对于单天解轨道,时间间隔减小至6min,先验标准差增至1×10^-1 mm/s,伪随机脉冲估值增大,定轨精度提高;继续增大先验标准差,伪随机脉冲估值不变,定轨精度不再提高。利用不同高度的Swarm卫星验证了该结论的有效性。

顾及随机脉冲参数约束的BDS卫星精密定轨

为了进一步完善北斗卫星导航系统(BDS)的动力学模型,提高其定轨精度,提出一种动力学模型的补偿方法来实现对BDS的精密定轨:在原有力学模型的基础上,每隔12h在BDS卫星轨道的径向、切向和法向附加一组随机脉冲参数,使其与确定性参数一起进行参数估计;并分别给出随机脉冲参数对非地影期和地影期BDS轨道精度的影响;最后将定轨结果与武汉大学分析中心提供的事后定轨结果进行分析与比较。实验结果表明,加入随机脉冲参数后,非地影期的北斗卫星导航(区域)系统(BDS-2)地球静止轨道(GEO)卫星、倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星、中圆地球轨道(MEO)卫星以及北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)MEO卫星的轨道精度可分别提升5.1%、14.9%、14.8%、16.4%,对于进入地影期的BDS-2 MEO和BDS-3 MEO卫星,轨道精度可分别提升18.9%、27.3%,说明随机脉冲参数的引入可以在一定程度上弥补力学模型缺陷,进而提高BDS卫星的轨道精度,尤其是BDS-3卫星轨道精度提升更为显著,同时通过对外推轨道精度的分析进一步验证了提出方法的可行性以及定轨精度的准确性。

伪随机码在有损层状介质中的正演模拟及其应用

呈现有损层状介质的频域模型,并结合伪随机码序列的特点,用MatLab软件对伪随机码在有损层状介质的传播进行了正演模拟,其得出的结果与模型理论结果相吻合。此模拟方法为在工业检测、勘探等领域的应用提供了有效手段。

伪随机码在有损层状介质中的正演模拟及其应用

本文给出了有损层状介质的频域模型,并结合伪随机码序列的特点,用matlab软件对伪随机码在有损层状介质的传播进行了正演模拟,其得出的结果与模型理论结果相吻合。此模拟方法为在工业检测、勘探等领域的应用提供了有效手段。

超短基线在低频基阵指向性测量中的应用

随着水声换能器工作频率的降低,实验室空间很难达到自由场和远场测量的要求。而开阔水域的水下环境复杂,基阵很难实现更深层次的吊放,需要安装价格昂贵的吊装平台来获取标准声源与待测基阵之间的相对位姿,效率低且维护成本高。文章采用超短基线定位技术,信号选用线性调频脉冲信号与伪随机编码脉冲信号,并分别基于脉冲压缩法和复相关算法实现距离和相位测量。比对湖上定位精度试验和基阵指向性标定静态试验的结果显示:角度误差为2.5°以内;-6 dB波束宽度在2~10 kHz频率范围内测量误差在5.38%以内。证明超短基线定位在低频基阵指向性标定的可行性。

SWARM卫星简化动力学厘米级精密定轨

联合星载GPS双频观测值与简化的动力学模型,在卫星运动方程中引入适当的伪随机脉冲参数,对SWARM卫星进行精密定轨。采用星载GPS相位观测值残差、重叠轨道以及与外部轨道对比等3种方法对SWARM卫星简化动力学定轨结果进行检核。结果表明：SWARM星载GPS相位观测值残差RMS为7～10mm;径向、切向以及法向6h重叠轨道差值RMS均在1cm左右,3个方向均无明显的系统误差。通过与欧空局（ESA）发布的精密轨道进行对比分析,径向轨道差值RMS为2～5cm,切向轨道差值RMS为2～5cm,法向轨道差值RMS为2～4cm,3D轨道差值RMS为4～7cm;SWARM-B定轨精度优于SWARM-A与SWARM-C。因此,采用简化动力学法与本文提供的定轨策略进行SWARM卫星精密定轨是切实可行的,定轨结果良好且稳定,定轨精度达到厘米级。

北斗卫星多天轨道合成方法及其精度分析

目前,北斗卫星多天解轨道主要是通过常规的数据累积解算获得,处理效率较低。此外,由于开通运行不久,北斗卫星力学模型尚未完善,限制了多天解轨道精度的进一步提高。针对以上问题,本文提出了附加伪随机脉冲的北斗卫星多天轨道合成方法,利用法方程叠加实现北斗卫星多天轨道合成,可有效提高轨道解算效率。同时,利用伪随机脉冲对力学模型的补偿作用,进一步提高了多天轨道合成的精度水平。实测数据分析表明:在多天轨道合成中,单天边界附加伪随机脉冲对北斗卫星轨道精度有明显改进作用。其中,3类卫星切向、法向轨道精度的改善程度大于径向,GEO和IGSO卫星轨道精度的提高幅度大于MEO卫星。一定范围内,随着定轨弧段的增长,北斗卫星定轨精度能够得到不同程度的改善,且主要表现在轨道切向。

低轨卫星激光测距轨道预报方法及精度分析

为了进一步提高卫星激光测距(SLR)站对低轨卫星轨道预报的精度,提出一种低轨卫星轨道预报方法:分析星载全球定位系统(GPS)定轨结果外推和瞬时轨道根数预报2种方法的可行性;并进一步研究常经验加速度和伪随机脉冲对星载GPS结果外推精度的影响,以及辐射压参数和伪随机脉冲参数对瞬时轨道根数预报精度的影响。实验结果表明:星载GPS定轨结果外推采用伪随机脉冲比常经验加速度解算出来的轨道根数外推精度更高,5 d的预报结果为,T方向差值优于350 m,且比瞬时轨道根数预报的轨道精度更稳定;瞬时轨道根数预报添加之前定轨解算出来的辐射压参数拟合轨道,能有效提高轨道预报的精度,2 d的预报结果为,T方向差值整体在300 m之内,符合激光测距要求。

基于星载GPS双频观测值的简化动力学定轨方法

论述了基于低轨卫星星载GPS双频观测值的精密单点定位技术的简化动力学定轨方法的数学模型,分析了简化动力学定轨中的关键问题——伪随机脉冲的设置问题及其对定轨精度的影响。最后结合CHAM P卫星实测GPS数据,利用简化的动力学定轨方法对CHAM P进行定轨。算例结果表明,伪随机脉冲的设置可以有效吸收力学模型误差的影响,因而定轨精度较稳定。根据一个星期的CHAM P星载GPS跟踪数据计算的CHAM P轨道,同德国慕尼黑工业大学TUM计算的CHAM P轨道相比,均方根误差(RM S)在10 cm以内。

三种力学模型对低轨卫星轨道拟合的影响分析

针对低轨卫星的轨道拟合问题，分析了传统大气阻力模型、经验力模型和伪随机脉冲模型的基本特性。以GFZ提供的GRACE—A卫星精密星历作为基本观测量，分别采用上述三个力学模型进行了轨道动力学拟合实验。实验结果表明：采用伪随机脉冲模型得到的轨道精度最高，R、T、N三个方向RMS不超过0．002m；其次是经验力模型，RMS不超过0．004m；大气阻力模型精度最差，R和T方向RMS分别不超过0．02m和0．03m，N方向则基本不超过0．06m。

BDS／GPS联合精密定轨

本文利用MGEX和国内跟踪网双模观测站，采用设置伪随机脉冲参数的简化动力学方法，分别进行了BDS以及BDS／GPS联合精密定轨。通过对轨道重叠弧段结果的分析表明，联合定轨对BDS轨道结果有明显影响，三类卫星的径向分量结果重叠段均在cm级，MEO和IGSO卫星轨道结果有明显提高，GEO卫星的沿迹分量结果有所降低。对有效观测值的统计表明，两个网对BDS三类卫星的跟踪起到不同的作用。

低轨卫星约化动力法定轨参数变换的高效算法

针对低轨卫星约化动力法定轨中分段力学经验参数增多导致执行效率较低的问题,提出了一种基于参数变换的高效定轨算法,并进行了详细理论推导。试验结果表明:采用9参数经验力模型和伪随机脉冲模型对GRACE-B卫星精密轨道进行动力学平滑,R、T、N三方向RMS均不超过0.004m,在执行效率方面,经验力模型高效算法效率提升不明显,但伪随机脉冲模型高效算法与传统算法相比,耗时节约了69%;采用9参数经验力模型和伪随机脉冲模型进行约化动力法定轨,R、T、N三个方向RMS达到0.02m,在执行效率方面,前者高效算法比传统算法耗时节约了21%,后者节约了78%。

低截获概率雷达复合信号设计技术

根据低截获概率 (Low Probability of Intercept)雷达信号应有的特点 ,从分析信号的相关函数和模糊函数入手 ,阐述了具有伪随机码相位调制和伪随机开关脉冲调制的复合信号设计与综合的原理 ,给出了这种信号可能的形式及每一种类型信号的可能应用场合 .