基于CEI的高精度相位干涉测量试验

基于被动式干涉测量的卫星轨道测定在测量精度、星上资源利用等方面具有明显优势。首先阐述群时延辅助的高精度相位干涉测量算法,然后利用连线干涉测量(CEI)系统对地球同步轨道(GEO)卫星实施观测试验,最后对试验数据进行相位干涉测量处理与轨道符合验证。结果表明,相位干涉测量可以获得皮秒量级的随机误差,远远优于群时延随机误差;修正系统性误差后,干涉测量得到的几何时延与卫星精密星历得到的理论几何时延差异仅约0.1ns,为利用干涉测量技术实现高精度卫星轨道确定奠定了基础。

采用天线组阵辅助的连线干涉测量载波相位解模糊

针对航天器初始轨道精度无法满足连线干涉测量(CEI)载波相位解模糊需求的问题,提出了一种采用短基线天线阵辅助的解模糊方法。从理论上分析了载波相位模糊产生的原因以及不同方向角、不同基线长度条件下解模糊对轨道预报精度的最低要求,对具有代表性的1 km短基线天线阵在主站测距加两基线方向角(Rlm)体制下的定位精度进行了仿真,结果表明,方向角越大,该方法的无模糊基线长度扩展能力越强。最后给出了达到最优测角精度的基线长度设置和解模糊流程。

基于频率相位估计的连线干涉测量DOR信号处理与分析

介绍连线干涉测量的测量原理,在分析相位差频率初相估计算法的基础上,指出算法在频率偏差边界处存在频率、相位估计不稳定的问题,采用Rife算法对其进行改进,并应用改进后的频率初相估计算法实现了DOR仿真信号的时延测量。测试信号和实测数据处理结果表明了改进算法的正确性,同时证明了连线干涉测量时延测量精度高的特点。

连线干涉系统测量共位双星宽带信号处理与分析

随着人类空间活动的急剧增加,同步轨道资源已变得十分稀缺。为此人们采用了多星共位技术,来充分挖掘同步轨道资源。多星共位中,由于卫星存在位置漂移的情况,安全问题成为维护卫星正常工作必须考虑的问题之一。考虑到同步卫星的轨道特性,常采用三程测距的方式对卫星进行测轨,而且需要较长时间的测轨弧段。连线干涉测量可以获得高精度的差分相位时延,这对卫星在垂直视线方向上构成了很强的约束。给出了连线干涉测量系统设计及测量数据处理方法,并对测量中的关键技术与设备特性、测量数据精度进行了初步分析。

LMS自适应滤波算法改进及其在连线干涉测量中的应用

对航天测控信号进行滤波处理将有利于提高系统的测量性能。连线干涉测量以载波时延为测量量,所以其测量精度与载波差分相位估计性能直接相关,而该性能主要受近载频噪声的影响。提出采用LMS自适应滤波算法对测控信号进行滤波处理以提高载波差分相位估计精度的思路。首先给出基于LMS自适应滤波算法的相位估计方案,并分析其可行性和存在的问题;然后提出基于余弦函数的改进LMS自适应滤波算法,最后将改进算法应用于CEI测量仿真和观测试验中。蒙特卡罗仿真和实测数据处理表明,改进的LMS自适应滤波算法优于原算法,在同样数据处理长度下,滤波处理后载波差分相位估计精度提高了约一倍,这在航天测控中具有重要意义。

一种基于CEI的GEO目标滑窗式机动探测方法

为了进一步提升地面跟踪站的监视预警能力,提出一种基于连线相位干涉测量(CEI)的地球静止轨道(GEO)目标滑窗式机动探测方法:立足于CEI的GEO短弧段定轨和预报,基于GEO卫星位保机动的持续小推力和轨道缓慢渐变特性,提出一种针对GEO目标尤其是非合作GEO目标的滑窗式准实时机动探测方法;并利用亚太七号和中星十号卫星的CEI仿真和实测数据进行机动探测。结果表明,东西机动和南北机动捕获与卫星发动机的点火时刻基本保持一致,机动探测延迟量均小于10 min;能够实现GEO目标的准实时机动告警。

连线干涉测量扩频测控信号解模糊算法

连线干涉测量通过测量载波相位差实现目标到不同测站的时延差测量,从而实现高精度角度测量,而解载波相位差模糊是计算时延差的关键。提出处理扩频测控信号中解载波相位差整周模糊的方法,用两路信号互功率谱的干涉条纹拟合得到的群时延作为信号到两测站时延的先验值来求解载波相位差整周模糊,给出正确解模糊的条件及不满足解模糊条件时的修正方法。

连线干涉测量宽带信号处理方法改进与验证

为了提高连线干涉测量中两测站接收同一信号的时延差估计精度,提出一种利用宽带数传信号进行处理的新思路。用FX型相关处理算法求两路宽带数传信号互功率谱得到的群时延,解载波相位延迟的整周相位模糊,通过载波的相位延迟求出更精确的时延。针对BPSK调制的宽带数传信号,对信号进行平方变换后分别估计两路信号的载波的频率和相位并求出载波相位延迟。蒙特卡洛仿真验证,该方法在一定信噪比条件下可以提高信号到达两测站时延差估计精度。

基于同波束CEI的GEO共位卫星相对轨道监视

连线相位干涉测量CEI(connected-element interferometry)在同一波束内接收GEO的两共位卫星的下行信号进行互相关计算,直接获取每个卫星信号到达基线两端天线的相位差,再组成差分观测量以进一步削弱公共系统误差项。分析了差分CEI的相对轨道确定原理,讨论了相位整周模糊度的计算方法和精度,指出渐次拉长基线的方法能够同时保证整周模糊度计算值的可靠性和相对轨道滤波的精度。仿真结果初步表明,仅利用差分CEI技术可以进行共位卫星的相对轨道监视。

适用于CEI的GEO卫星相时延解算方法及试验

为解决在实际航天任务中利用连线干涉测量(CEI)技术进行高精度GEO卫星定轨以及共位GEO卫星相对定位时面临的载波相位整周模糊度难题,提出了一种基于卫星下行信号的多弧段融合相位模糊度解算方法,它通过相邻多弧段载波相位值和窄带信号群时延值的融合处理可精确获得无模糊载波相时延观测量。对提出的方法进行了性能仿真和实际外场试验验证,结果表明:在20 km基线上,利用北斗GEO卫星的伪码测距信号和天链卫星的测控信号均成功实现了S频段解载波整周相位模糊,相时延测量精度优于0.1ns,对应GEO卫星定轨精度优于54 m。该方法在国内首次实现了在几十km基线量级上利用几百kHz窄带测控信号获得无模糊载波相时延,具有较好的工程应用前景。

伪码信号辅助的CEI载波时延模糊度解算

针对连线干涉测量系统(CEI)在无模型时延或模型时延不准确条件下相位模糊度解算困难的问题,提出了利用伪码测距信号辅助的载波相位模糊解算方法。在测站距离约束下,根据两站所接收伪码信号的相对位置关系计算得到一个时延差作为解载波相位模糊的时延预报值。为了提高解模糊能力,引入了伪码捕获和跟踪的基本方法。仿真分析了不同信噪比下所能达到的最大精度,结果表明在信噪比高于0 d B时,可直接解算S频段的载波相位模糊;在信噪比较低时,可解算宽带群时延的相位模糊。在0 d B和-30 d B条件下重复试验1 000次,正确率分别达到99.88%和99.91%,证明了算法的有效性。