编队小卫星间精密测距误差研究

论文摘要

随着微小卫星应用技术的不断发展,由几颗甚至十几颗微小卫星构成的编队飞行小卫星星座受到广泛重视,在通信、遥感、导航和电子侦察等领域起到越来越重要的作用。实现星间相对测距并建立信息交互链路是完成编队飞行小卫星星座的协同控制、提高编队小卫星自主生存与自主管理能力的关键。因此对编队小卫星精密测距的误差研究有重要的科学意义和应用价值。本文在现有文献的基础之上,对影响星间精确测距的误差源及相应的补偿措施做了一些研究。本文首先研究了编队小卫星之间精确测距的基本原理。通过对理论的分析和测距过程的研究,分析各种误差源对系统的影响,主要的系统误差有卫星钟差、温度误差和相对论误差,主要的随机误差有多路径误差、采样误差以及跟踪误差。然后,研究各种误差的性质及其对定位精度产生的影响,同时也研究了消弱或者消除这些误差影响的措施,以此来实现编队小卫星星间精确测距,实现导航系统协同控制、自主生存、自主管理的要求。本文在研究测距理论之后,确定误差源,然后各个误差源对系统影响的研究是一个重大问题,有些误差例如伪码相位误差和载波环跟踪误差经过分析计算得到其具体的数值,与最大无模糊距离相比,存在这样的误差是允许的,不足以影响伪码测距值正确的解载波相位模糊。这样就不用对其进行修正。精确的分析研究是对误差进行补偿的前提,也是选择合适的补偿方案的前提。研究对测量精度有影响的误差源以及补偿措施之后,提出了温度误差系数测定方法和星间相对测距的时间对比方法。温度误差系数测定方法通过两颗卫星之间互发互收得到的信息,直接运算得到卫星发射设备和接收设备的温度误差系数,而且同时克服了卫星之间观测等误差对估算结果的影响;时间对比方法是基于TWSTT和自发自收理论的时间对比方法,在设备误差未知和存在钟差的情况下,实现星间相对测距,同时消除了卫星钟差、发射器和接收机时间延迟、多路径误差、观测误差等误差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题国内外研究概况和应用前景
• 1.2 编队小卫星星间测距技术的种类及特点
• 1.3 课题的研究内容
• 第2章 编队小卫星星间精确测距的基本原理
• 2.1 信号和导航数据的产生
• 2.1.1 扩频序列
• 2.1.2 导航数据
• 2.2 基本信号接收机的结构和原理
• 2.2.1 天线
• 2.2.2 射频前端
• 2.2.3 A/D 转换
• 2.2.4 接收通道
• 2.3 信号捕获的理论原理
• 2.3.1 串行搜索捕获
• 2.3.2 平行频率空间搜索捕获
• 2.3.3 平行码相位搜索捕获
• 2.4 信号跟踪的理论原理
• 2.4.1 码跟踪
• 2.4.2 载波跟踪
• 2.5 导航数据的提取和计算
• 2.6 本章小结
• 第3章 星间精确测距误差源的分析和研究
• 3.1 卫星钟差
• 3.2 相对论误差
• 3.3 多路径误差
• 3.4 温度误差
• 3.5 采样误差
• 3.6 跟踪误差
• 3.7 本章小结
• 第4章 误差补偿措施研究
• 4.1 卫星钟差的修正
• 4.1.1 传统的修正方法
• 4.1.2 距离已知情况下的修正
• 4.1.3 卫星双向时间对比修正方法
• 4.2 相对论误差的修正
• 4.3 多路径误差的修正
• 4.3.1 多路径误差修正分析
• 4.3.2 自发自收修正方法
• 4.4 温度误差的修正
• 4.4.1 温度误差修正分析
• 4.4.2 温度误差系数测定方法
• 4.5 星间相对测距的时间对比方法
• 4.5.1 时间对比方法的理论基础
• 4.5.2 时间对比方法的算法实现
• 4.6 本章小结
• 第5章 仿真实现
• 5.1 软件介绍
• 5.2 温度误差系数测定方法仿真实现
• 5.2.1 导航数据的设计
• 5.2.2 算法仿真实现
• 5.2.3 仿真结果及分析
• 5.3 星间相对测距时间对比方法仿真实现
• 5.3.1 导航数据帧设计和时间提取
• 5.3.2 算法仿真实现
• 5.3.3 仿真结果及分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介