地月空间星地双向单程测量高精度模型

针对使用星地双向单程测量技术实现给定场景下的地月空间高精度测量问题,建立了地月空间纳秒级星地时差解算模型与米级瞬时距离解算模型,定量分析了模型中各因素的量级,并对模型中收发时延、引力时延、定轨误差和大气延迟等多种因素引入的时差和距离估算误差进行了定量分析。仿真数据的处理结果校验了误差量级理论分析的准确性,时差估算的均方根误差优于7.6ns,瞬时距离估算均方根误差优于2.4 m。建立的模型可以对地月空间星地DOWR测量数据进行高精度处理,实现地月空间高精度时间比对,支持未来中国载人登月等任务及地月空间高精度导航技术。

多通道超声的双向单程伪距测量研究

超声波测距是一种非接触测量方式,在工业、交通等行业应用广泛。为提高超声波的测距量程,解决多通道在通道间距离较近时的串扰噪声问题,在不改变电声转换器与发射接收硬件电路前提下,将"双向单程伪距测量技术"应用到超声波测距系统中,利用双向单程测量替代了传统的反射式双程测距,通过无线串口通信进行测距主端与测距从端的时钟同步,提高测距量程,该技术还可消除系统自身的时钟同步误差。同时应用"时分多路复用"技术,通过无线电信号广播进行时隙分配,使任意时刻测距信道中只有单路处于工作状态,实现多通道近距离通道间隔下无串扰测量。实验结果表明,双向单程测量可以将反射测距量程提升1倍以上,探测精度优于1%。时分多路复用技术的引用,可以实现超声多通道近距离通道间隔下测量无串扰。

双向单程伪距测量平滑卫星授时数据

针对双向单程伪距测量(DOWR)精度优于卫星授时,双向路径上多路径时延不一致的问题,提出用双向单程伪距测量平滑卫星授时数据。采用卫星授时数据辅助测量多路径时延差,从而进行授时的初同步,接着用DOWR对卫星授时数据进行多次平滑。仿真表明,利用该算法能满足系统实时性要求,同时使节点间时间同步误差减小为卫星授时误差的1/n。

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。

3种典型地月轨道的天基定轨与时间同步

基于地月轨道天基定轨与时间同步精度协同困难的问题,提出一种地月空间航天器天基测定轨与时间同步的方法。低地球轨道(Low Earth Orbit,LEO)卫星作为“天基测控站”,接收全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)信号实现高精度实时定轨与授时,同时与地月空间航天器建立测量链路,支持地月航天器快速高精度轨道的确定。与地面站相比,LEO卫星运行速度快、绕地周期短,地月空间航天器与其建立的测量链路具有不可见时间间隔短、测量几何较优、测量过程不受大气延迟影响的优点。因此使用LEO卫星可提高定轨的收敛速度和精度。分析了地月空间3种典型轨道的天基定轨与时间同步性能,包括远距离逆行轨道(Distant Retrograde Orbit,DRO)、大椭圆轨道(Highly Elliptical Orbit,HEO)和地月转移轨道。天基定轨仿真结果显示,LEO卫星位置精度较高时,3种轨道定轨收敛时间小于3h,定轨位置精度为50m左右,时间同步精度为数十纳秒级。该方法有望解决中国地面站部署受限、地面测控负担重的问题。