GPS可用性建模与仿真

在考虑地球遮挡、导航信号自由空间衰减、导航卫星转发天线波束对地张角、接收机遮蔽角及大气层衰减等因素的影响下,对GPS导航星的空间可见性和信号的可用性进行了分析.分别给出了具体的GPS导航星空间可见性分析模型、接收机遮蔽角约束、信号衰减模型和GPS可用性分析判据,并结合典型应用背景对GPS导航的空间可用性进行了仿真分析.所采用的分析模型、方法及仿真结论对GPS在空间任务中的应用有一定的参考价值.     

编队卫星InSAR空间基线修正的建模与精度分析

星载GPS接收机相对定位获得的编队星间基线,与用于星载InSAR测高的基线并不相同.给出了从GPS测量基线到InSAR测高基线的关联建模,包括天线相位中心与几何中心的偏差修正、GPS接收机到SAR天线的安装部位修正以及基线矢量的坐标系转换等环节.推导了基线的修正和转换公式,并进行了相应的精度分析.对于极限基线之内的宽编队,相位中心变化造成的基线差别在亚毫米量级,一些时刻达到与测高基线精度指标相当的厘米量级,必须加以修正;在编队中由于三轴稳定卫星之间的相对姿态数值通常较小,坐标系转换误差引起的基线修正误差在亚毫米量级.     

运动学辅助GPS实现SAR卫星姿态测量算法

针对姿态对星载SAR成像质量的重要影响,提出一种借助于SAR卫星姿态运动学特性和GPS宽波载波相位信息进行SAR卫星姿态测量的算法。该算法利用SAR卫星运动学模型建立状态方程,借助于GPS宽波载波相位姿态测量方程和SAR卫星姿态矩阵的特性建立观测方程,用卡尔曼滤波算法求解SAR卫星的姿态参量。给出算法的详细描述和仿真,仿真表明算法可以提供高精度SAR卫星姿态测量值。     

GPS接收机的多星盲干扰抑制方法

考虑到GPS接收机需要解算至少4颗卫星的发射信号从而实现定位,而GPS接收机工作在复杂的电磁环境下,受大量人为干扰的影响,无法有效接收多颗卫星的发射信号从而实施解算定位。提出了一种新的用于GPS接收机的多星盲干扰抑制方法。由于接收机对每颗卫星的测距码（如C/A码）已知,采用基于最小二乘法的多目标自适应阵列剔除多颗期望卫星方向外的干扰信号。该方法无需期望卫星的位置信息和估计干扰信号的导向矢量,且期望卫星数目不受阵元数目的限制。仿真结果表明,该算法不仅能有效地抑制多种干扰,而且可以精确估计出多颗期望卫星的方位角。     

基于MATLAB的卫星导航信号仿真和验证平台

提出了一种GPS/Galileo卫星导航信号仿真和验证平台的软件实现方法,给出了基于MATLAB软件的GPS/Galileo卫星导航信号仿真和验证平台的体系架构,详细描述了卫星导航信号仿真和验证平台主要模块的功能,并给出了实现方法.仿真结果和接收机定位结果验证了基于MATLAB的GPS/Galileo卫星导航信号仿真和验证平台的有效性.     

星载GPS低轨卫星跟踪数据的建模与仿真

在研究星载GPS低轨卫星系统的基础上，建立了星载GPS低轨卫星跟踪数据的仿真模型，编制了相应的计算机程序。仿真模型包括卫星参数模型、动力学模型和观测误差模型。仿真计算表明，卫星参数模型和动力学模型真实地反映了卫星的运动规律；误差模型反映了观测环境对信号的传播影响。同时可以调节和选择仿真模型的参数，仿真采用不同高度、具有不同星体参数的低轨卫星和具有不同误差大小的跟踪数据，这对于论证星载GPS定轨方案、评价定轨算法、设计GPS接收机等有一定的实用价值。     

一种高性能GPS抗干扰自适应波束形成算法

GPS因其优越的性能而得到广泛应用,但由于到达接收机的卫星信号相当微弱,所以很容易被外界电磁信号干扰。将智能天线技术应用到GPS系统中以达到抗干扰的目的。针对卫星信号的特点,提出了一种新的波束形成算法-Noise RLS算法。本算法用白噪声代替RLS算法中的参考信号,克服了RLS算法需要参考信号的缺点,仿真结果表明,提出的算法在不牺牲阵列自由度的同时又能获得更高的信干比。     

GPS/SINS全组合系统确定SAR卫星的轨道和姿态

GPS/SINS组合系统因其多方面的优越性而在许多导航系统中使用。不过 ,利用GPS接收机的伪距、伪距率和载波相位双差等所有原始观测信息的全组合系统还处于研究之中。针对全组合系统进行了研究 ,建立了相应的误差模型和系统观测模型 ,特别是组合系统下的GPS载波相位双差观测模型。并以高分辨率SAR小卫星的轨道和姿态确定为仿真对象 ,对该系统进行了计算机仿真。仿真结果表明 ,GPS/SINS全组合系统具有很高的精度和可靠性 ,基本上能满足SAR卫星平台的任务要求     

载体姿态变化对水下磁场定位精度的影响及监测方法

基于地磁异常反演的水下载体定位方法是为解决水下地磁图不易构建而提出的。将水下地磁异常视为偶极子磁性目标,其磁场大小及梯度由捷联于载体的十单轴磁力计测得,再根据磁场大小及梯度确定载体相对于目标的位置。对目标磁场大小及梯度与载体姿态间的关系,及姿态变化对定位精度的影响进行了理论分析与数值仿真,表明姿态变化对磁场大小的测量几乎没有影响,而对磁场梯度影响大,但载体相对于目标的距离却不随姿态改变而变化。根据目标磁矩与载体姿态角的关系,提出了利用磁矩解算载体姿态变化的新方法,对其进行了理论分析与数值仿真,结果表明,该方法原则上具有较高的解算精度,为监测载体姿态变化提供了一种新途径。     

机载雷达相干杂波模型研究

在载机和天线处于任意姿态时,对基于雷达发射信号形式的机载雷达相干杂波模型进行了深入研究,着重分析了任意姿态下的方位角变化量,采用距离环地面散射单元划分方法,得到了载机和天线处于任意姿态下的机载雷达相干杂波模型,仿真给出了典型情况下的距离-多普勒频率二维杂波图,仿真结果证实了该仿真模型的有效性。     

星际链路天线的建模与仿真

理论结合工程实践，介绍了卫星通信网络中的星际链路的特点及各种关键因素，重点讨论了星际链路天线的仿真模型，分别建立了天线方向图模型和天线增益模型，并给出了NS下的仿真分析方法，提高了NS下卫星通信网络的仿真精度。     

机载合成孔径雷达两种天线配置的实现

机载合成孔径雷达中,天线稳定平台用于隔离载机的姿态变化和机械振动对天线指向的影响,并通过伺服系统控制平台支承轴的转动稳定波束指向。仿真了两种不同天线伺服配置对点目标成像的影响,分析了两种伺服方法的实现原理。通过比较两种伺服方法的特点及优劣,对不同机载SAR成像条件下对天线稳定平台控制方式的选择提供参考。     

高分辨率滑动聚束SAR卫星姿态机动策略

提出了实现高分辨率滑动聚束星载合成孔径雷达波束指向控制的卫星姿态机动策略。该策略改进了传统中等分辨率滑动聚束模式(sliding spotlight mode, SSM)成像几何,认为高分辨率SSM天线波束指向的焦点位置随方位时刻变化,同时以多普勒中心距离空变量最小为约束条件,实现对SSM成像时长和姿态角变化的计算。该策略认为卫星通过三轴姿态机动实现波束指向控制,克服了大斜视角时单轴或双轴姿态机动出现的场景弯曲,适用于高分辨率滑动聚束成像模式的姿态设计。卫星仿真工具包(satellite tool kit,STK)仿真实验与点目标回波仿真实验验证了所提方法的有效性和精确性。     

多径效应对航向信标系统电磁环境影响分析

着陆导航是飞行安全中的重要一环,随着机场周边建筑物的密集化,由机场跑道周围地形地物产生的多径效应将影响导航信息的准确性。从天线辐射场型的角度,基于二元天线阵对航向信标天线建模,得到理想天线辐射场型;以建筑物反射为例,结合天线镜像原理得到多径效应下的天线辐射场型。仿真对比结果表明建筑物多径效应造成了航向信号方向性变差,幅值发生剧烈跳变。基于航向信标系统高级仿真(advanced trainer on localizer, ATOLL)分别进行进近飞行与圆弧飞行的信号校验仿真,分析多径效应对航道调制深度差值及航道信号覆盖范围的影响,找出某新建机场存在航向信号不稳的原因。     

具有双陷波特性的小型Vivaldi超宽带天线

设计了一种具有双陷波特性的小型化Vivaldi天线。通过在天线的辐射贴片上开一对E字型结构和在馈电处开电容性负载环路(capacitively loaded loop, CLL)结构,可以有效滤除无线局域网(wireless local area networks, WLAN)(5.15~5.825 GHz)、卫星X波段(7.25~7.75 GHz)的干扰。天线的工作带宽为3.3～12.8 GHz,天线结构简单紧凑,具有非常小的尺寸,仅为26 mm×13 mm×0.762 mm。从天线的表面电流方面,解释了天线的陷波原理,并且加工了天线实物。实测的驻波比、增益和方向图与仿真结果一致,验证了该天线在超宽带波段内具有良好的陷波特性、增益特性和全向性,可以应用于小型化超宽带系统中。该天线对于设计陷波Vivaldi天线也具有一定的指导意义。     

对合成孔径雷达卫星信号侦察建模与仿真分析

根据SAR卫星天线波束方位向方向性图的特点,建立了SAR卫星天线方位向增益模型,并根据SAR卫星的运动规律,推导了对SAR卫星旁瓣进行侦察的侦察方程。建立了对SAR信号侦察场景模型以及算法流程,仿真计算了在给定跟踪时间的情况下,实现对卫星信号侦察对地面侦察设备的要求。     

基于xPC的挠性天线跟踪指向系统半物理仿真

为了实时验证具有星间链路天线的多体结构卫星星体姿态稳定和天线跟踪指向复合控制算法的有效性,借助xPC实时目标环境对某型多体结构卫星的半物理仿真(hardware-in-the-loop simulation,HILS)系统进行了开发,用xPC目标机模拟星载计算机的外部实时仿真环境,与产品级的复合控制器、天线框架驱动机构(an-tenna gimbal drive assembly,GDA)实物组成实时仿真环路。采用Simulink和Stateflow混合建模的方法实现了天线不同模式之间的切换,并用S函数对PCI总线类型的串行接口通信在xPC目标下进行了二次开发。实验结果证明了接口模型建立的正确性、复合控制系统设计的合理性以及该仿真方法的有效性。     

卫星耦合运动姿态对星载SAR多普勒参数的影响

为给SAR成像过程的运动补偿提供依据 ,通过建立卫星姿态的运动学方程和姿态的动力学方程 ,离散后获得卫星的姿态变化规律 ,进而分析卫星三姿态 (俯仰、横滚、偏航 )对星载SAR的Doppler参数的影响。最后得出卫星姿态运动对星载SAR的多普勒参数影响的仿真结果 ,从普遍意义上得出了卫星的姿态对星载SAR成像时的影响。     

分布计算在机载天线辐射特性仿真分析中的应用

一致性几何绕射理论（UTD）结合优化算法分析机载天线的辐射特性,编写了Matlab下的远场方向图计算仿真程序。利用分布式计算引擎DCE及分布式计算工具包DCT,结合计算机网络进行分布式并行程序设计,提高了运行速度,形成了机载天线远场方向图仿真软件。得到了令人满意的远场方向图仿真结果,证明分布式并行程序设计可以应用于大型系统的计算仿真中,并对机载天线辐射特性进行了分析。     

Research on novel multi-layer and multi-polarized slot-coupling planar antenna array

A novel multi-layer planar antenna array to achieve multi-polarized radiation is developed. U-shaped coupling slots are embedded in the ground plane to extend the bandwidth. The phase relation between adjacent elements in the radiation field is analyzed when adjacent elements are fed in opposite phase. Return loss and radiation pattern are measured for a 16-element antenna array at 12.5 GHz. The radiation pattern shows a good agreement with the calculated one in the shape of the main beam. The return-loss of the proposed antenna array is less than -20 dB in the 12.5 GHz frequency band (12.25-12.75 GHz). Because of two feed ports the antenna can transmit arbitrary elliptic polarized waves if the two feed ports have different amplitude and phase. The main factors such as element spacing, substrate medium and manufacturing imperfection are analyzed and the corresponding conclusions are presented.