一种兼顾卫星导航系统星间观测及通信的链路分配算法

卫星导航系统星间采用点波束建立星间链路时,由于星上波束数量小于可建立星间链路的卫星数量,因此便产生了如何有效分配有限波束来建立星间链路的问题。针对该问题首先利用星座运行的周期性提出了一种适用于星间观测及星间通信的拓扑处理方式,并以该拓扑处理方式为基础提出了一种链路分配算法。算法在保证星间观测数量最大化的前提下,以降低整网通信代价为优化目标,尽管为了保证星间观测数量会不可避免地导致通信性能的部分损失,但是仿真结果表明算法的性能整体上优于铱星系统所采用的网状链路分配方法的性能。

基本星座下北斗卫星导航系统服务性能分析

系统服务性能是卫星导航系统的关键技术指标。在分析可见性、几何精度因子等系统服务性能指标的基础上,采用图形显示技术和计算机仿真技术,设计实现了导航系统服务性能分析软件。重点针对现阶段基本星座下3颗地球同步轨道卫星(GEO),3颗倾斜地球同步轨道卫星(IGSO))的北斗卫星导航系统服务性能进行了仿真分析,对比了北斗卫星导航系统(COMPASS)与GPS兼容后在中国地区测量精度的变化。

卫星导航干扰监测技术的发展现状与趋势

对卫星导航系统各工作频段干扰信号进行监测和分析,有助于干扰源定位、系统问题排查及指导抗干扰设备的研制,是卫星导航系统建设发展的重要内容。在分析国内外发展现状的基础上,对干扰监测的关键技术进行了论述和分析,并给出了其发展趋势及应用前景。

卫星导航系统天线阵接收机波束指向误差分析

研究表明:卫星导航系统阵元几何位置误差是影响波束指向误差的主要因素,而卫星和接收机位置误差则影响甚微,其中千米级的卫星位置误差以及接收机位置误差导致的波束指向误差不超过0.1°,而毫米级的阵元几何位置随机误差可导致典型7阵元天线阵波束指向误差达到几度。该研究成果可为卫星导航系统天线阵接收机的设计提供依据。

EOP预报误差对导航卫星轨道预报的影响分析

导航卫星轨道预报是利用精密定轨结果在惯性系下进行轨道外推,再将外推得到的惯性系轨道转换为地固系轨道,然后生成卫星星历数据。由于坐标系转换时使用的是带有误差的地球定向参数(EOP:Earth Orientation Parameters)预报值,转换结果会产生误差,进而影响轨道预报结果的精度。分析了EOP快速预报产品公报A的预报精度,研究了参数预报误差对轨道预报精度的影响。结果表明,对于利用GPS精密星历外推模拟得到的卫星轨道而言,EOP预报1天引起的轨道预报误差大致分布在0.232±0.183 m,参数预报7天引起的轨道预报误差大致分布在0.438±0.356 m。

卫星钟差预报的Kalman算法及其性能分析

钟差预报是卫星导航系统应用中的一项关键技术。Kalman算法作为一种最优预测算法,在原子钟时间尺度、GPS钟差预报中得到了广泛的使用。但是,GPS钟差预报的Kalman模型中通常只考虑了钟差的确定性部分,将随机性部分简单作为白噪声处理。对随机性部分采用幂律谱模型,分析了Kalman算法用于卫星导航系统钟差预报的性能和适用条件。论文首次详细讨论了钟差变化中的确定性部分和随机性部分对钟差预报误差的影响;文中还完善了前人文献中利用阿伦方差计算Kalman预报噪声方差阵的推导;最后利用IGS数据,比较和分析了四种情况下Kalman预报、递推最小二乘和灰色系统GM(1,1)预报精度。结果表明在数据充足的情况下,对于一天内的短期预报,Kalman算法精度最高,预报结果与IGS事后精密钟差的标准差小于10ps。

BOC导航接收机伪码测距零值分析

伪码测距零值是现代卫星导航领域的重要指标,目前对于高精度BOC导航接收机的信道建模和仿真尚没有一般性的量化分析方法。针对这种情况,提出了基于副载波相位消除跟踪算法的零值估计模型,并推导了任意信道特性滤波器与伪码测距零值的关系式,然后定量地分析了信道特性对于测距零值的影响;最后在软件接收机上进行了仿真检验。

基于Kalman滤波器的卫星钟实时异常监测算法

基于卫星钟钟差的Kalman滤波器模型,提出了一种卫星钟实时异常监测算法,对算法原理进行了讨论,并利用IGS精密钟差数据,对算法进行了性能验证。结果表明:该算法对卫星钟的异常情况(包括单点相位跳变与连续相位跳变)可以进行有效监测,同时还可以完成异常数据的剔除与替换,并且具有较小的替换误差。该算法具有显著的实时性,可以应用于星载原子钟的实时异常监测中。

电子对抗环境下AGC设计与实现

自动增益控制电路(AGC)是数字接收机的重要组成部分,用以减小量化损耗。通过分析数控可变增益放大器(VGA)的工作原理,提出AGC工程实现算法。同时分析了算法的稳态误差,给出了误差改善措施。基于AD8348芯片的工程实测结果表明,该算法能够较好地实现增益控制,满足电子对抗环境下的应用需求。

天线相位中心暗室标定法远场条件研究

将有限测试距离引入的测相误差公式由一维辐射源拓展到二维口径辐射源。与传统相位方向图误差分析中只考虑单一方向上测相绝对误差的方法不同,提出全新的基于保证有限测试距离处不同方向相位差与远场相位差一致的有限测试距离相位中心测量误差分析方法。利用文献[6]的天线相位中心暗室测量方法,对有限距离引入的误差进行了数值分析,从而得到满足一定精度要求的远场测量条件。以实际天线相位中心标定例子说明了分析方法的正确性。

基于定点/插值算法的卫星PVT实时计算的优化设计

导航应用终端小型化、高性能的发展需求对导航信息处理算法复杂度也提出越来越高的要求,多星PVT(位置、速度、钟差)的实时计算作为信息处理的重要内容(某类终端中约占40%的计算时间)是制约算法性能的瓶颈。从插值和定点计算两个角度出发,分析了应用拉格朗日插值方法对卫星PVT计算进行实时优化处理的完整策略,并针对定点处理算法改进了插值公式。利用GPS星历数据考察了优化算法的计算精度和计算速度。数值分析结果表明,在对卫星PVT精度要求较低(10-1m量级)的应用场合,采用定点插值的优化计算方法可以使计算时间比传统方法减少75%,从而大大减少采用定点处理器作为计算核心的导航应用终端的硬件开销。

Compass系统导航电文初步设计建议

本文通过对现行GPS系统中使用的导航电文NAV,CNAV以及还处于研制阶段的GPSblockⅢ所采用的导航电文CNAV-2进行了详细的分析和比较,主要从电文的内容结构、电文播发的方式和编码的设计三个方面对导航电文的设计展开论述。在分析的过程中,总结了电文的结构、内容和编码方式的变化,并对这些变化作出了详细的分析,这些变化将大大提高未来GPS系统的性能,同时也对GPS系统电文的演进提出了一些观点和仍需解决的问题。最后,参照上述分析的结果,主要对CP_Ⅲ阶段Compass系统的导航下行电文设计提出了相应的建议,同时也对上行注入电文和星间链路传输电文提出合理的建议。

群时延的新概念、测量方法及其应用

群时延是衡量传输网络对信号传输时间延迟及信号失真影响的重要参数.基于微分(差分)的传统群时定义和测量存在如下缺点:存在分辨率与精度之间的矛盾,不能反映一定带宽内的整体相位特性,难以定量描述相位的非线性畸变.为了解决这些问题,本文从相频特性整体出发,基于Taylor展开给出了一种新的群时延的定义和测量方法.在GPS授时接收机电缆传输特性测试中的实验结果表明,新测量方法测得的群时延达到了0.01ns的测量精度,与GPS授时接收机测得的信号传输时延之间最大偏差不超过0.3ns,具有良好的对应关系.

利用相位估计算法实现ps量级的高精度时间间隔测量

高精度时间间隔测量广泛应用于时间同步、卫星导航、航天测控、激光测距以及核电子等场合。目前主流的时间间隔计数器能达到25 ps分辨率,约100 ps的准确度。本文把被测信号作为采样参考频标信号的触发信号,利用参考频标的相位记录被测信号的触发点,然后利用插值FFT对参考频标信号的采样数据进行相位估计,提出了一种理论上分辨率和精度均优于1 ps的时间间隔测量方法。实验测试结果表明原理样机达到了10 ps的测量精度。进一步改进样机的设计,有望达到1 ps的测量精度。

一阶动态条件下伪随机码信号相关函数研究

在直接序列扩频系统中,受收发两端的相对运动和时钟频率不稳定等因素的影响,接收伪码和本地伪码之间会存在一定的码率偏移.本文首次采用对常规伪码相关函积分的方法推导了一阶动态即恒定码率偏移条件下任意长积分时间伪随机码信号相关函数公式,对所得公式进行了仿真验证,在此基础上分析了一阶动态条件下伪随机码信号相关函数的特征,包括主瓣展宽、峰值移位和损耗等现象.本文结论为高动态接收机伪码同步技术提供了理论基础.

一种短基线GNSS的三频模糊度解算(TCAR)方法

TCAR或综合TCAR是GNSS中常用的快速确定三频模糊度的方法,其原理简单,计算方便。根据不同的噪声背景和多径条件,给出综合TCAR单历元实时解算模糊度的误差分析及仿真结果。针对模糊度估计成功概率不高的情况,结合双频相关法(DUFCOM),并根据综合TCAR的特点,对综合TCAR进行改进。最后,将此方法与基于整数最小二乘准则搜索的LAMBDA方法进行比较。仿真结果表明,利用该方法成功搜索到正确模糊度值的概率与LAMBDA方法相当,但降低计算量,有效提高用综合TCAR单历元实时解算模糊度的可靠性。

一种双频双圆极化层叠结构微带天线的设计

对一种新型的双频双圆极化微带贴片天线进行了研究,该天线可发射L波段的左旋圆极化信号,接收S波段的右旋圆极化信号。天线采用双馈点馈电的层叠结构,利用宽带功分移相器设计馈电网络,为双馈点提供双圆极化所需的激励电流。贴片和馈电网络上附加短截线,通过调整短截线的长度,即可微调谐振频率,使得天线的调试十分方便,又提高了天线的收发隔离度。该天线结构简单,调试方便,为便携式卫星通信机提供了一种实用的小型化收发天线。

多径效应的动态特性对码跟踪环路的影响分析

接收机与卫星之间的相对运动,使得多径效应存在动态特性。针对卫星轨道的不同,分析多径效应对测距误差的影响,着重讨论静止接收机接收GEO卫星信号时出现的固有多径现象,仿真分析多径信号的衰落频率对码跟踪环路的影响。仿真结果表明,当衰落频率接近或大于码环路带宽时,多径对码跟踪精度的影响会在一定程度上被滤除;不同的卫星轨道导致多径效应的动态特性存在差异,会使测距误差在时域上表现出短时快变和长时缓变两种特征。为研究多径效应产生机理与卫星轨道因素的相关性提供了验证途径。

基于平方律检波的二相编码信号分段相关-视频积累方法研究

分析了载波多普勒下基于平方律检波的二相编码信号的分段相关 视频积累检测方法 ,推导了处理损耗公式 .采用最大处理损耗最小化准则 ,分析了总积累时间给定和检测性能指标给定两种情况下最优中频积累时间的计算方法和变化规律 .研究结果可用于指导扩频通信和导航系统接收机的设计 .

小型多馈源宽频微带天线分析与设计

本文着重研究了提高轴比带宽的方法。从多馈源实现圆极化的机理出发,从理论上分析证明了采用多馈源技术可有效展宽轴比带宽。在小型微带贴片天线上,设计馈电网络,采用探针馈电,为贴片提供等幅、相位相差90°的激励,形成圆极化。仿真及实测结果表明,这种天线与单馈点天线相比,展宽了轴比带宽,提高了低仰角不圆度指标。