三频载波多普勒组合的北斗星载钟短稳评估方法

针对北斗系统目前尚无公开的精密钟差产品,一般用户无法获取精确的卫星钟短期稳定度参数的问题,提出一种适用于北斗系统的较容易实现的星载钟短稳评估方法。该方法基于单站接收机的观测数据,构建三频无电离层载波多普勒组合量,估算星载钟的相对频偏,并以此评估其稳定度特性。利用北斗观测数据对该方法进行有效性验证,并与通常的精密定轨与时间同步算法(ODTS法)以及平滑广播星历方法(SBE法)进行对比,最后,给出利用该方法对目前在轨的所有14颗北斗卫星(截止至2012-12)星载钟短稳的评估结果:6×10-12(τ=1 s),1×10-12(τ=10 s),4×10-13(τ=100 s)和2×10-13(τ=1 000 s)。该方法与这2种算法的结果一致,10 000 s平滑间隔内相对误差小于10%,三频组合相比单频评估精度大幅度提高,以较简单的方法实现了与复杂算法相当的精度。

应用ARMA模型的辅助载波多普勒精确估计

在GPS和捷联式惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)的超紧组合结构中,惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)和星历信息等估计得到的载波多普勒辅助值是影响跟踪环路性能的主要因素,因此提出一种应用自回归滑动平均(auto-regressive moving average,ARMA)模型对估计过程中存在的随机多普勒误差建模,精确估计载波多普勒方法。通过判定随机多普勒误差序列的平稳性,采用时间序列分析的方法建立数学模型;根据随机误差序列的自相关函数和偏相关函数特性,确定模型类型和阶数;利用Yule-Walker方法估计模型参数,得到符合该随机序列的数学模型。仿真结果表明,该模型具有很好的适用性,能准确拟合随机多普勒误差,为超紧组合系统中的辅助环路提供精确的载波估计。

基于载波多普勒的高稳定度GNSS时钟驯服方法

为了充分利用高精度的GNSS载波相位观测量实现对本地时钟高稳定度的驯服,文章提出一种基于GNSS载波相位观测量的GNSS驯服时钟方法,其驯服后的本地时钟频率稳定度高,长稳接近GNSS卫星的星载原子钟水平。该方法首先利用4颗以上卫星的载波多普勒来估计本地时钟与GNSS卫星时钟的频偏;再用三阶锁频环对频偏进行滤波;最后用滤波后的频偏控制本地时钟的压控晶振或数字控制振荡器,以修正本地时钟的频偏。以氢钟作为思博伦GNSS模拟器和PicoTime阿伦方差测试仪的外参考输入时钟,以高稳晶振为频率源的GPS接收机接思博伦GNSS模拟器的试验结果表明:该时钟驯服方法可将100s后的时钟稳定度从自由运行状态的1×10^(-11)量级,经驯服后优于1×10^(-12)量级,性能比肩GPS星载原子钟,具有较高的工程应用价值。文章所采用的方法可使驯服高稳晶振替代造价昂贵的星载原子钟,作为低轨导航增强星座的高稳定度频率源,且具有低成本、低功耗、轻质量等优势。

无星历条件下的快速频差计算方法设计

在载波剥离前,需对卫星信号进行捕获,捕获后可得到卫星信号多普勒频移、伪码相位的估计值。快速频差获取方法使得在定位解算之前就能完成校频,并很大程度上缩小信号搜索范围,有利于捕获方法的快速收敛。本文设计了无星历条件下的卫星多普勒异常剔除方法,该方法考虑所有卫星载波多普勒都存在一个共同的频差特性,利用该特性可估算出所有卫星载波多普勒粗略值,从而缩小搜索范围,减少捕获时间。通过对本文算法的半实物仿真可知,该算法在无须预先获取卫星星历的条件下,相较于传统的定位后较频方法,算法收敛时间减少约25s,同时频差误差值在±5m/s以内。

INS辅助GNSS高动态捕获跟踪技术研究

在高动态的环境下,由于载体的运动速度及加速度非常大,卫星与载体之间的相对Dopple很大,超出了常规全球卫星导航(GNSS)收机的捕获搜索范围与跟踪门限,因此会造成搜索不到卫星或失锁。针对这一问题开展了利用惯导测量系统(INS)辅助GNSS接收机捕获与跟踪技术研究,GNSS接收机利用INS提供载体的速度、加速度和位置参数,预测载体的多普勒(Dopple)频移,结合接收机的星历及环路信息,共同调节环路中的NCO,及时重新设定环路搜索中心频率,从而解决了高动态引起大的Dopple频移这一问题。仿真结果表明,相比传统的接收机,通过INS辅助的GNSS接收机可以在超高动态模拟环境下,加速度100 g和速度为4 000 m/s时仍可以快速捕获及稳定跟踪信号。

基于同步卫星动态数字中频信号的仿真与实现

对动态数字中频信号的产生进行了研究。精确灵活卫星信号源是测试与研究载波捕获和跟踪的重要工具,而目前中频信号的生成主要以单一以GPS为模型,难以满足多种测试信号源的应用需求。为解决这一问题,提出以同步卫星星座为基础,依据用户设定轨迹,推导卫星信号的信号传播延时,载波多普勒等相关参数,建立卫星信号的动态数字中频信号模型,并在设计中对多卫星系统的组合应用进行了考虑。仿真结果表明了上述方法的有效性,所采用的方式与GPS相比,无需星历支持,简化了计算,并具有可扩展性,从而为相关软件接收机的测试以及与INS的超紧耦合设计提供了支持。

萤火一号火星探测器星地测控对接试验技术

介绍了萤火一号(YH-1)火星探测器星地对接测控试验任务及过程。给出了参与试验的YH-1火星探测器、俄罗斯与欧空局地面站设备等的组成和主要技术指标。介绍了试验项目及其原理,分析了副载波多普勒频移测量和电磁屏蔽等关键技术。列出了试验确定的主要技术指标。试验结果证明YH-1火星探测器星地测控参数匹配,相关技术参数可满足火星探测要求,同时确认了地面改造建设是成功的。

高动态环境下惯组辅助GNSS接收机卫星导航信号的捕获

针对高动态环境下多普勒频移超出了接收机的搜索范围接收机无法捕获卫星导航信号这一问题,提出了利用INS辅助GNSS接收机卫星导航信号捕获的方法。该方法利用INS提供的载体位置、速度信息,并结合通过卫星星历(或历书)得到的卫星位置、速度估算载波多普勒频移,利用估算的载波多普勒频移重新设定GNSS接收机载波搜索中心频率,使GNSS接收机在高动态的环境中仍能实现对卫星导航信号的捕获。仿真结果表明,相比于传统的扩大接收机搜索范围的方法,该方法能明显缩短GNSS接收机在高动态环境中的捕获时间,加快捕获速度。