皮卫星星间高精度载波测距系统研究

高精度微波测距系统依赖于周期大于载波在星间传输时间的长期时钟误差影响的消除,需要超稳晶振源和精确的定时系统作为保障.微小型皮卫星体积小、功耗低的特点无法满足这些要求.我们提出一种基于双向载波测距的系统,同样能够消除长期的时钟误差,但是不需要复杂的定时系统.理论分析和试验表明,利用皮卫星S波段的双向载波测距,其精度可以达到亚毫米级.

伪码辅助载波星间自主测距技术

提出了一种存在弱相对运动的卫星之间基于载波高精度自主相对测距技术,它借助伪码测距技术所得到的粗测距离和cm级测距精度选择载波频率,消除了载波测距中存在的整周模糊度问题,避开了复杂的整周模糊度求解算法;借助伪码高精度时间差测量技术,使不同卫星上面伪码和载波相位观测时间之差的测量精度(标准偏差)优于0.1ns,并使得星间钟差可忽略不计。最终测距3σ精度有基于伪码的cm级提高到了mm级。文中不仅分析了相对静止时卫星间的距离测量精度,而且分析了存在弱相对运动(相对运动速度不大于10m/s)时卫星间距离测量精度。理论分析和工程可实现性分析都表明:该技术切实可行且易于实现。

渐进提高精度的载波相位测距技术

提出了一种静止、可视两目标之间基于载波相位高精度测距技术:第一步,借助GPS、伪随机码相位自主测距或超宽带等辅助测距手段得到一个距离粗测值和测量精度;第二步,基于已有距离粗测值和测量精度选择载波频率对,消除基于载波相位测距时引入的整周模糊度问题,然后基于载波相位双-单边测距技术,并借助伪码相位消除两目标上面载波相位观测时间差,得到一个精度更高的距离测量值;基于新得到的距离测量值和测量精度,重复第二步过程,渐进提高测距精度直到满足需要的精度为止。理论分析和现有工程技术实现表明,最终测距精度可达微米级。

一种利用载波观测优化伪码测距精度的方法

针对伪码测距精度较载波相位观测低,但载波测距又存在整周模糊问题,观测难度较大,提出一种利用载波平滑伪距测量的方法,该方法利用载波测距的载波相位测量值辅助提高伪码测距精度,同时,伪码测距又可以辅助载波相位的锁定,改善载波相位观测的效率和准确性,满足系统对实时性的要求.最后通过仿真实验验证了载波平滑伪距对伪距观测的改善.

导航星座中的载波相位星间精密测距技术

卫星导航系统受到越来越多国家的重视,而自主导航无疑是其中的核心技术之一。基于24/3/2构型的MEOWalker星座,分析了伪码测距技术的原理与局限性,在此基础上探讨了载波相位测距技术,以及其中周跳的检测与修复、整周模糊度求解问题,结合星间链路特点提出了两种相应的解决思路,即载波相位平滑伪码测距技术、双频载波相位联合伪码测距技术,对研究具有自主导航功能的全球导航系统具有一定意义。

北斗系统测距码与载波一致性评估与验证

为验证北斗系统测距码与载波一致性,设计了北斗系统测距码与载波相位一致性监测与评估系统。设计码-载波偏离(Code-Carrier Divergence, CCD)监测器判断电离层异常状态,并基于状态检测结果分别使用Divergence-Free Smoothing (DFree)方法与Ionosphere-Free Smoothing(IFree)方法消除电离层延迟误差;根据三频模糊度分解模型解算整周模糊度,利用三频码伪距/载波相位组合法求解周跳;进行测距码与载波一致性评估与验证。实验数据表明北斗系统大部分卫星不同频率上测距码与载波一致性偏差波动范围较小,不超过6.1 m。

微小卫星星间测距在轨零值标定方法及应用

针对双程伪码辅助载波测距系统零值高精度标定的需求,提出一种适用于微小卫星星间测距系统在轨零值自标定的方法。该方法将测距单板的发射信号转化为接收信号,采用原有的测距算法获取测距单板的自身零值。基于该方法研制了相应的零值标定装置,实现零值测量模式和星间距离测量模式的切换。并采用实验的方法,对比不同信号强度及温度情况下的标定效果。实际测试表明,该方法所测零值稳定、结果可靠性高,同时具有较好的误差补偿效果,可作为一种新的在轨零值标定方法,其零值标定结果的不确定度可达0.18 mm(2σ)。

面向B5G/6G的GFDM信号高精度测距与定位研究

广义频分复用(Generalized Frequency Division Multiplexing,GFDM)技术是在正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术基础上发展而来的一种新的多载波调制技术,其特点是子载波非正交以及具有灵活的时频资源配置.GFDM作为目前研究的主流波形,有望成为B5G(Beyond Fifth-Generation)或者6G(Sixth-Generation)时代移动通信技术的新的波形设计.本文提出了基于GFDM信号的高精度载波测距方法,其主要包括GFDM信号粗同步、导频检测、多径提取、首径获取、延迟跟踪和载波相位测距等步骤.在此基础上,利用GFDM信号测距信息进行了室内定位性能评估.在典型室内会议场景下搭建了实测平台并对上述方法进行了验证.测试结果表明,通过所提方法,利用GFDM信号测距精度达到1.1 m(95%),定位精度优于2 m,相比于相同带宽的OFDM信号测距性能提高了21%.本文研究将为下一代移动通信室内定位技术提供有益参考.