北斗无线电测定业务机载设备与铱星机载地球站间兼容性分析

推动北斗(Beidou Navigation Satellite System, BDS)机载设备应用于民用航空器,将面临与已装载设备间的兼容性分析。铱星系统已相继在波音、空客等主要机型上集成应用,为航空器提供航空移动卫星服务。铱星系统用户链路与无线电测定业务(radio determination satellite service, RDSS)上行链路频谱重叠,针对北斗RDSS机载设备与铱星机载地球站进性兼容性评估。其中,机载天线间隔离度是评估机载系统电磁兼容(electromagnetic compatibility, EMC)的主要参数之一,将飞机机身理想化为纯金属的光滑圆柱表面,通过调整两系统天线的相对位置,分析天线布局对天线隔离度的影响。同时,收、发天线极化轴比与RDSS发射功率也对两系统的兼容性产生重要影响。仿真结果表明,北斗RDSS机载设备会对铱星机载地球站造成有害干扰,并给出合理的同机安装建议,为北斗RDSS机载设备在民航上的适航装机提供了参考。     

不同干扰对铱星机载导航设备接收信号的影响

铱星是目前使用较广泛的低轨道卫通系统,其机载收发信机已在多种民航客机上应用。由于铱星系统研发较早,未考虑后加入的机载通信系统的干扰,且机载电子环境日益复杂,铱星用户链路信号受到的威胁越来越大,需对其进行更完备的电磁兼容分析。首次建立了铱星下行链路信号的接收模型,分析了天线隔离度和不同干扰下的信号误信率,并用实测验证仿真结果。实验测试了不同频率和占空比的宽带和窄带干扰对铱星机载设备接收的信号质量的影响,与仿真吻合程度较好。结果表明：相同功率水平下,宽带干扰的影响大于窄带干扰;不同种类的宽带干扰造成的影响差异不大;带内和带外的宽带干扰造成的影响差异不大,但窄带干扰的影响呈先减小后增加的趋势;脉冲干扰的影响程度与占空比呈正相关。     

用于北斗有源天线的自适应发射机电路的设计与实现

北斗卫星导航系统可提供(radio determination satellite service,RDSS)短报文通信服务是其独特之处。为适应北斗RDSS短报文通信收发机制,设计了一种可应用于北斗有源天线的自适应发射机电路。提出并验证了使用分段、低成本的线性放大器代替对数放大器,来实现环路控制电路(voltage control amplifier,VCA);通过在传统北斗有源天线发射链路前端增加自动增益控制电路(automatic gain control,AGC)模组,实现了有源天线在0~30 m对不同射频线缆材质、长度造成损耗的自动适应,从而保证了北斗短报文通信设备在天线端的一致性、可靠性与易用性。     

北斗三号GEO卫星的RDSS定轨精度分析

有源服务模式RDSS(Radio Determination Satellite Service)所具备的通信、导航一体化特性是我国北斗卫星导航系统的重要特色之一.为进一步提高RDSS的通信服务能力,并保障RDSS服务系统的健壮性,北斗三号RDSS服务从系统架构到信号体制都进行了很大改进.本文首先分析了新的信号体制下,RDSS测距在测量模型和观测噪声等方面的误差特性,并比较了其与原有信号体制的不同.为了避免在RNSS(Radio Navigation Satellite Service)载荷故障时RDSS不能正常提供导航服务的情况发生,RDSS系统需要能够仅利用RDSS测距完成GEO测轨,以此作为原有RNSS测轨的备份保障.文章进一步分析了这种情况下,仅利用RDSS测距进行GEO定轨的精度.通过实测数据分析,我们发现其精度可优于10 m,利用该轨道信息的定位、定时精度可以满足服务指标要求.     

双TWSTFT链路北斗站间时间频率传递:钟差阿伦方差的置信区间计算

卫星双向时间频率传递(TWSTFT)是我国北斗卫星导航系统(BDS)中实现地面站之间时间频率传递的重要方法.不同于通常的站间时频传递系统,BDS的一些地面站之间通过两颗地球静止轨道卫星实现了双TWSTFT独立比对链路.基于此双链路特征,我们之前的研究表明,通过有效分离钟差阿伦方差与测量噪声阿伦方差,可降低测量噪声对站间钟差频率稳定度评估(阿伦方差表示)的影响.本文在假设测量噪声为相位白噪声,钟差噪声为频率白噪声的情况下,推导给出了BDS双TWSTFT链路分离测量噪声阿伦方差获得的站间钟差阿伦方差置信区间的计算方法.对BDS实测数据分析表明,平滑时间=1 s时,通过双TWSTFT链路可获得的站间钟差的阿伦偏差(阿伦方差的平方根)的置信区间上限为3.2481012(置信度0.95).相比之下,通过单TWSTFT链路直接获得的站间钟差的阿伦偏差仅为(8.59–8.91)×1011(=1 s).本文结果进一步表明,利用两条独立比对链路,可以将测量噪声阿伦方差与钟差阿伦方差进行有效分离,从而减少测量噪声对钟差频率稳定度评估结果的影响.     

应用于数字电视系统的双极化Vivaldi天线

本文提出了一种具有高端口隔离度的双极化正交Vivaldi天线.在没有电流接触的情况下,以十字形交叉的形式将两个Vivaldi天线正交放置来实现双极化天线结构.为了满足低端带宽要求,同时改善低频辐射特性,提出了一种新颖的指数渐变槽边缘(ETSE)结构.两条微带馈线用于实现每个极化端口的独立馈电.测试结果与仿真结果吻合良好.所提出的天线实现了-10dB的回波损耗带宽为470-794MHz,并且在正交方向上显示了稳定的辐射性能.测试显示两个极化之间的隔离度优于25dB,并且在工作频带上的增益在1.57至7.18dBi之间.所提出的天线可以用于数字电视(DTV)系统.     

基于北斗三号DGNSS/RDSS/INS的高性能轻量级导弹编队基线测量方法

在导弹编队基线测量是导弹集群攻击的前提下,针对导弹编队基线测量问题,提出了一种基于北斗三号DGNSS/RDSS/INS的高性能轻量级基线测量方法。以北斗RDSS区域短报文作为编队数传链路,基于北斗三号DGNSS/INS建立伪距单差观测模型,在GNSS信号连续正常或信号中断情况下,进行DGNSS与INS组合导航实现稳定的基线测量输出。仿真结果表明:在GNSS信号连续正常的观测历元中,DGNSS/INS组合导航可以实现稳定的基线测量输出。在GNSS信号中断20 s以内,DGNSS/INS组合导航在东向(E)、北向(N)的基线测量误差小于2.5 m(1σ),天向(U)的基线测量误差小于3.0 m(1σ)。与RTK 算法相比,伪距单差模型对算力的要求降低了70%~80%。     

CAPS导航通信系统的传输链路

中国区域定位系统(CAPS)是不同于全球定位系统(GPS)和国际移动卫星通信系统(Inmarsat)等的新型的转发式卫星导航通信一体化系统. 与GPS等卫星导航系统不同, CAPS系统工作在C波段, 其导航信息不直接由卫星产生, 而由位于地面上的导航主控地球站产生并经卫星转发给用户, 通信系统则采用小倾角倾斜同步轨道(SIGSO)卫星, 这些都增加了系统和终端的设计难度. 从链路预设计的角度对CAPS导航通信系统进行了分析, 研究了导航主控地球站的配置参数, 得到了导航系统的可用性的结论; 研究了通信系统的信息传输能力, 对通信中心站天线口径的选取、扩频增益和卫星参数对整个系统的影响等进行了分析, 结果表明: CAPS入站通信系统形成一类新的低信息速率的卫星通信系统, 每个终端的传输速率在1 kbps以内, 系统可容纳海量通信终端; 系统中通信中心站需要配置大口径天线, 天线口径在10~15 m左右为宜; 系统需采用扩频技术, 扩频增益应在40 dB左右; 减小卫星转发器增益衰减有益于提高系统链路的信噪比, 衰减值在0 dB或者2 dB时效果较好. CAPS导航系统一期已经通过专家验收, 目前运行稳定, 说明所得结果对导航链路的分析是合理的; 根据本研究结果设计的通信系统已经成功地开展了多种卫星通信实验及应用, 证实了所得研究结果的正确性.     

基于最大比传输预编码天线分组技术的大规模多入多出系统能效研究

大规模多输入多输出(MIMO)系统中,大型天线阵列之间的强天线相关性会导致系统性能降低.针对下行链路场景,提出基于最大比传输预编码的联合天线分组和天线选择算法,把大规模天线阵列划分为若干组,在每组中基于信道矩阵最大列范数选择天线,构造所选天线与接收天线间的信道矩阵,并计算对应的预编码矩阵.建立能效模型,分析联合天线分组...     

机载设备数据通信测试系统的设计

针对机载外场可更换单元在内场深度检测和维修中建立相关设备间数据交联的必要性,基于虚拟仪器及模块化的设计方法构建了民用航空机载设备数据通信测试系统,地面测试时,能根据有关需要模拟出满足总线要求和传输协议的信号,从而复现机载设备间的数据交连和通信,提高诊断效率;以某型飞机机载音频管理系统为例讨论了系统设计、人机交互界面、测试软件等;测试结果表明,该系统能缩短机载设备内场检测维修周期,提高维修效率,具有良好的应用前景。     

机载雷达空域稳定算法

为使机载雷达指令克服载机机动而正确控制天线指向,在机载雷达控制回路中加入了空域稳定计算。用载机惯导系统提供的载机姿态数据和雷达数据库提供的雷达安装数据,把基于大地的雷达指令解算为雷达天线控制指令。根据实际工程应用中的情况分析,为提高空域稳定精度,提出了在空域稳定回路中加入补偿措施,即指令前馈、目标前馈、载机前馈和天线罩折射补偿。     

RDSS卫星授时误差建模与仿真测试

RDSS定时终端在不同领域得到广泛应用,终端技术取得日新月异的变化,但是由于RDSS体制的特殊性,相关信号模拟器的国内研制相对滞后,不具备仿真功能,无法满足定时终端定时处理流程和算法的测试需求.因此,研制具有仿真模型的模拟器支持调试研发是当前终端测试的迫切需求.本文详述了基于RDSS卫星授时的原理,分析了动态信号的模拟要求,建立了卫星转发时刻、卫星轨道参数、目标运动轨迹、信号传输误差等仿真模型.信号源实测数据表明,各项指标满足测试需求.     

机载天线的方向图分析

计算了机载单极子天线的辐射方向图,通过与单极子天线在自由空间方向图的比较,分析了飞机对机载天线方向图的影响;在此基础上,计算了飞机盘旋飞行时,机载天线对空间某一固定点辐射场强的变化情况。在给定示例中,飞机盘旋1周时天线在通讯点方向场强变化达6.5 dB。     

基于UKF算法的高机动机载平台多普勒频移估计

针对卫星通信在高机动状态下非线性较强,会引起较大多普勒频移的问题,提出利用无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman Filter,UKF)算法进行多普勒频移估计。依据高机动飞行器飞行特点,建立直线和圆周运动中的UKF多普勒频移估计模型,并进行仿真分析。结果表明,在卫星通信信道模型中,UKF算法能够对高机动机载平台进行更精确的频率估计,实用性更强。     

一种机载综合射频系统兼容能力试验方法

装备射频系统的兼容性是确保装备生存力和战斗力的一项重要综合能力。由于射频兼容涉及众多射频设备,交联关系复杂,对其的试验考核一直是装备综合能力试验的重点和难点。基于此,本文提出了一种机载综合射频系统兼容能力试验方法。本文首先介绍了综合射频系统兼容工作的基本原理,作为兼容能力试验方法设计的基础。进一步提出了基于正交法的射频兼容能力试验内容设计方法,从射频设备、射频设备工作模式进行了多层次的正交矩阵设计,并给出了试验设计结果的一般筛选原则。在此基础上,从功能和性能两个方面研究给出了射频兼容能力的评估准则,进而构建了一套射频兼容能力试验设计与评估方法。本文基于研究方法以某航空装备平台为例进行了案例分析,结果表明本文方法可以有效地支持对机载综合射频系统兼容能力的试验内容设计和兼容能力评估。     

北斗高精度相对定位选星方法研究

针对北斗系统中高轨卫星会带来较全球定位系统（global positioning system ,GPS）更为严重的法方程病态性这一问题,分析了双差载波相位观测方程系数矩阵对整周模糊度浮点解解算的影响,结合北斗系统三轨道星座混合的特点,研究了区域北斗高精度相对定位选星方法,以仰角最高的地球同步轨道（geostationary earth orbit, GEO）卫星作为参考星,优先选取仰角高于10°的中地球轨道（medium earth orbit,MEO）卫星,然后按照均匀分布的原则选取倾斜地球同步轨道（inclined geosynchronous satellite orbit,IGSO）卫星。通过对实测数据进行试验和分析,证明了该方法的正确性和合理性,在进行区域北斗高精度相对定位时,能在一定程度上改善法方程的病态性,使模糊度浮点解较快收敛至真值附近,有利于模糊度的快速正确固定。     

机载雷达天线空域稳定测试系统的设计

为确保空域稳定回路稳定工作,使机载雷达天线锁定的空域不随飞机空中姿态变化而变化,需要设计一个地面测试系统,检测回路是否处于稳定工作状态。在分析了空域稳定回
路功能和性能测试基本要求基础上,设计了天线空域稳定测试系统,给出了测试系统硬件、软件实现方案。采用计算机控制及自动测试技术,实现了测试自动化,并能对故障精准定位。实际应用结果表明,测试系统技术先进、操作简单、易于维护、运行稳定,取得了显著的军事和经济效益。