导航星座星间链路收发信机时延测量与标校技术研究

论文摘要

导航星座通过星间链路双向测距来完成精密定轨和时间同步。收发信机设备时延零值的变化和通带内群时延的波动直接影响到星间双向测距的精度。因此,收发信机时延的精确测量与标校对于提高星间链路信号测量精度、实现导航星座高精度定轨与时间同步具有重要意义。本文以导航卫星星间精密测距和通信技术课题为背景,对星间链路收发信机时延测量与标校技术展开研究,主要内容包括:(1)在详细阐述时延的基本概念和估计模型的基础上,对星间链路收发信机信道各个组成部分的时延特性及影响因素进行深入分析。具体分析了数字基带和射频通道的时延特性,并对信号传输线和模拟滤波器的参数变化对收发信机时延特性的影响进行了仿真分析。(2)对收发信机时延测量的方法和时延标校技术进行研究。分别阐述了基于矢量网络分析仪的静态测量方法和基于扩频调制技术的动态测量方法的测量原理和测量方案。基于星间双单向测量的原理,分析了时延零值波动对星间相对测量误差的影响,通过对卫星双向时频传递中时延零值校正方法的分析和借鉴,提出了收发信机时延零值闭环自校方案。(3)通过实验测试对收发信机的时延特性指标进行了验证。通过对测试结果进行处理分析,得出被测收发信机射频通道的中频时延零值稳定度优于0.3ns,群时延平坦度优于2ns。验证了收发信机时延指标的合理性。本文针对星间链路收发信机信道的时延特性,对各种时延测量方法进行对比分析,提出了时延零值的闭环自校方案,测试验证了收发信机的时延指标,对实现收发信机时延实时、在线、精确测量和标校,提高星间精密测距和时间同步精度具有积极推动作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 导航星座星间链路发展概述
• 1.3 时延测量与标校技术研究现状
• 1.4 论文研究的主要内容
• 第二章 星间链路收发信机时延特性分析
• 2.1 时延的概念及其估计模型
• 2.1.1 时延的定义和概念
• 2.1.2 时延估计模型
• 2.2 星间链路收发信机时延特性的组成
• 2.2.1 数字基带时延特性
• 2.2.2 射频通道时延特性
• 2.3 时延特性的影响因素分析
• 2.3.1 信号传输线参数变化
• 2.3.2 模拟滤波器参数变化
• 2.4 本章小结
• 第三章 收发信机时延测量方法研究
• 3.1 矢量网络分析仪法
• 3.1.1 测量原理
• 3.1.2 常见测量方案
• 3.2 扩频调制法
• 3.2.1 扩频技术原理
• 3.2.2 时延测量方案
• 3.3 本章小结
• 第四章 收发信机时延零值标校技术研究
• 4.1 时延零值对星间相对测量的影响分析
• 4.1.1 星间双单向测量的基本原理
• 4.1.2 时延零值对测量精度的影响
• 4.2 TWSTFT 中的时延零值校正方法
• 4.3 收发信机时延零值闭环自校方案
• 4.3.1 自校正通道的实现
• 4.3.2 闭环自校正流程
• 4.4 本章小结
• 第五章 收发信机时延特性测试
• 5.1 测试系统总体组成
• 5.1.1 矢量网络分析仪及其软件系统
• 5.1.2 射频通道接口与内部结构
• 5.2 实验测试与数据分析
• 5.2.1 通道时延零值稳定度测试
• 5.2.2 通道带内群延时平坦度测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要研究结论
• 6.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果