一种低轨航天器与北斗卫星高精度时间传递方法及其初步试验验证

低轨卫星系统近年来在空间目标探测、手机移动通讯、卫星导航系统增强、载人航天等方面都得到了快速发展和应用.我国载人航天工程近几年取得重大突破,在空间站设计搭载的高精度时频科学实验系统,预计可以建立日稳定度和不确定度在10^-17量级的空间时间频率基准.利用空间站精密时间信号向北斗卫星进行高精度时间传递,可以进一步提升北斗时间系统性能及北斗卫星自主时间维持能力.另一方面,我国北斗三号卫星导航系统具备全球组网星间链路功能,能够实现全星座的高精度定轨和时间同步.本文基于空间站和北斗卫星现有可用资源,提出一种基于双向测量方式的低轨航天器与中高轨卫星高精度时间传递方法.根据低轨航天器运行速度快等特点,给出相对高速运动环境下双向测量链路的运动时延误差修正方法.通过进一步建立仿真模拟平台、搭建真实天地试验场景等方式,对双向时间传递性能进行验证.仿真和试验结果表明,基于双向测量方式的低轨空间站与北斗卫星时间同步精度优于0.3 ns.本文可为实现天基高精度时频传递、空间站精密原子钟授时服务、提升北斗系统自主运行能力等提供理论和工程技术参考.     

北斗全球卫星导航系统专题·编者按

北斗三号全球卫星导航系统于2020年6月23日和7月31日分别完成全球星座部署和正式开通服务公告,这标志着北斗从无到有、从有到优、从区域到全球的“三步走”发展战略圆满完成.北斗三号全球卫星导航系统空间段由24颗中圆地球轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星共30颗卫星组成,具备导航定位和通信数传两大功能,可提供定位导航授时、全球短报文通信、区域短报文通信、国际搜救、星基增强、地基增强、精密单点定位共7类服务,全球范围定位精度优于10 m、测速精度优于0.2 m/s、授时精度优于20 ns、服务可用性优于99%,亚太地区性能更优.     

一种综合性高精度位置服务平台设计

针对目前各行业对位置服务高精度、多元化需求,本文给出一种高精度、综合性北斗位置服务平台设计方案。该方案将北斗高精度定位技术、数据融合分析技术、互联网技术等相结合,集高精度定位、实时监控管理、行业资源共享、交流宣传等多种服务为一体,可为用户提供高效、便捷的多元化服务,并以山东省首个五位一体综合性高精度位置服务平台-青岛北斗数据中心的建设为例,对该方案设计的合理性及可行性进行验证,以期为其他省市北斗位置服务平台的建设提供参考。     

GPS单点测速误差分析与数据处理

GPS因其高精度测量结果,现在广泛用于速度测量.但其计量校准和溯源问题仍是一项空白.本文主要探讨GPS单点测速的原理、观测方程,分析了其误差来源和各误差源对测速精度的影响.通过用3块GPS OEM板对同时汽车进行测速实验,得到3块OEM板的速度数据,对3块接收机的测速平均值,标准差,离散度进行比较分析.并初步提出了GPS测速的校准方法.     

基于GPS芯片的重力加速度测量仪

根据纬度和海拔高度对重力加速度的影响,通过GPS芯片测量,得到高精度的重力加速度值。该仪器具有制作简单,测量精度高,操作方便,价格低廉等优点。     

机动车地感线圈测速仪校准系统的设计与实现

介绍了地感线圈测速原理,提出了一种利用串入电感方式校准地感线圈测速系统的方法.利用单片机测量脉宽的方法精确测量时间间隔,并通过对已测数据进行一次直线拟合产生高精度时间间隔信号,用此信号来模拟标准车速进行校准.最终设计并实现了地感线圈测速仪校准系统,该系统能准确地校准各种型号的地感线圈测速仪,值得推广使用.     

双馈发电机转子位置角及转速的检测

为了达到提高双馈发电机转速测量的高精度目的,提出了一种数字测速方法.介绍了测速原理和TMS320F2812的正交解码电路和捕获单元原理.采用增量式光电编码器,利用TMS320F2812内置的正交编码脉冲电路、外围硬件电路并依设计的测速原理编写相应程序,检测双馈发电机转子初始零位、校正转子位置,进行转子位置角及转速的精确检测与计算.双馈发电机的运行实验结果表明,检测方法正确且转速测量精度高.     

基于北斗的建筑形变监测系统设计

北斗具有全天候、高精度、实时、自动化程度高等特点,相对常规位移监测方法,其具有明显的优越性.基于北斗载波相位差分定位技术,设计一套建筑形变监测系统,系统以处理北斗数据的监测平台为核心,平台数据解算采用北斗双频宽巷模糊度分组的单历元算法.测试结果表明系统能够实现厘米级精度的建筑位移形变监测.     

基于超分辨率重构的航天器位置姿态测量方法

航天器间相对位置和姿态的确定是实现航天器编队飞行的重要基础.为了解决航天器相对位置姿态的远距离测量精度问题,该文提出了基于超分辨率重构技术的测量方法.介绍了由单帧图像求解相对位置姿态的测量原理,研究了图像传感器退化成像模型和基于该模型下的图像配准算法,给出了超分辨率图像重构算法及其算法流程.利用地面试验原型系统的实际测量数据对算法进行了验证,试验结果表明该方法大大提高了高精度测量距离的范围,有效解决了航天器间相对位置姿态的远距离测量精度及稳定性问题.     

转台伺服系统中高精度测速方法的研究与实现

介绍了转台伺服系统主要的两类测速模式：模拟测速和数字测速。详细论述了基于光电编码器的高精度的数字测速方法,及其在转台伺服系统中的实现。     

电子计转数引信设计探讨

高精度引信是控制战斗部精确打击目标的关键。高精度引信主要有计时和计转数2种,而高精度电子时间引信在炮口测速难、时间基难以迅速启动。该文主要探讨用计转数的办法,精确控制炸点位置的可行性,提出一种新型的计转数引信原理方案,这种引信装定过程中不需测速、不同高精度时间基。     

北斗卫星导航系统在土地测绘坐标系选择中的应用研究

就北斗卫星导航系统在土地测绘坐标系选择中的应用进行分析,并与传统测量方式进行精度对比.研究表明:北斗卫星导航系统的应用能够高精度、高效率、更便捷地获得观测量,计算出投影变形,进而判断坐标系的选择是否满足土地测绘的精度需求.     

利用北斗单星三频载波数据估算码偏差的方法

卫星导航系统码间硬件延迟偏差是电离层解算的主要误差来源,在高精度定位时,码偏差需要加以计算和消除.本文提出了通过北斗单星三频无电离层组合、线性回归假设及载波硬件延迟模型进行估算北斗接收机载波相位码偏差的方法,直接计算接收机的码偏差.通过采用实测的北斗单星三频载波数据,验证了该方法对于码偏差大于1μs时是有效性的.此方法提高了北斗二代测试期间数据质量分析水平,增强了北斗接收机软硬件的开发测试能力.     

地球内部密度、重力加速度与压强分布公式的拟合

利用地震学家布伦由地震波速度分布得出的密度、重力加速度、压强的一组典型数据,采用拟合的方法,得出了较简洁的密度、重力加速度、压强分布的近似公式.这些公式对研究地球内部的其他相关性质,具有重要的意义.       

北斗卫星导航系统多路径效应分析

多路径效应对于卫星导航一直是难以有效克服的问题,近年来一直是国内外相关学者们致力研究的重要课题。本文利用某型高精度监测接收机在(23°17′N,116°40′E)对北斗卫星的观测数据,分析了北斗系统IGSO、GEO以及MEO这3种类型卫星观测数据的多路径效应。结果表明:北斗系统的卫星高度角与其多路径值成负相关;北斗系统的卫星频点B1和频点B2的多路径值变化情况基本相同;北斗系统的卫星多路径值在高度角低于30°时波动较大。     

基于多观测方程融合的北斗卫星周跳探测方法

列车在利用北斗卫星载波相位高精度定位时,载波相位数据需要进行周跳的探测与修复.由于载波观测方程受接收机钟差、电离层延迟、对流层延迟和多路径等误差的影响,对一个观测方程使用卡尔曼滤波法探测周跳有其局限性.本文提出多观测方程融合法探测周跳,利用自适应卡尔曼滤波对多观测方程分别进行探测,得到相应的探测结果和协方差矩阵,并通过加权最小二乘法进行融合,求得最优的周跳结果.经实测数据计算,本文提出的方法能够判别北斗卫星的钟跳和周跳,同时具有减小误差影响,提高特殊组合情况下的周跳探测能力,且探测精度高.     

基于星光多普勒的脉冲星脉冲到达时间补偿

为了有效抑制多普勒效应对脉冲到达时间精度的影响,提出了一种基于星光多普勒的脉冲星脉冲到达时间补偿方法.该方法首先根据多颗恒星的星光多普勒频移解算出高精度航天器速度信息,然后利用该速度信息对X射线探测器获得的脉冲光子到达时间进行补偿,最后利用历元叠加法累积脉冲光子获得脉冲到达时间.该方法能有效抑制航天器高速运动对脉冲到达时间的不利影响,理论分析和实验结果表明了该方法的可行性和有效性;该方法的补偿精度比轨道外推方法高出两个数量级,且该方法的鲁棒性比轨道外推方法更强.     

基于FPGA的激光双焦点互相关测速系统

采用常规的机械接触式测量方法,不能满足移动物体表面的特殊状态要求.基于FPGA的激光双焦点互相关测速系统,融合了信号采集与处理、高速逻辑器件FPGA和互相关技术,在各种运动物体的非接触测速上具有高速、高精度的特点,可应用于非接触式固体表面的测量.     

高精度数字测速及动态位置检测算法

为提高伺服系统的反馈精度,讨论了针对增量式光栅编码器的常用数字测速方法的测量精度.提出了基于32位浮点运算和改进的M/T法的高精度数字测速及动态位置检测算法.并以高性能32位浮点型DSP和大容量FPGA实现了算法的软硬件结构和功能.结果表明该算法可以充分发挥增量式光栅编码器的动态连续测量能力和高频时标信号的内插作用,在整个测速范围内获得很高的测速精度和精度一致性,提高位置反馈的动态测量分辨率.对提高速度和位置反馈精度,改善伺服控制系统性能具有实际意义.     

“北斗硅谷”建设如何引领量变到质变？

<正>卫星导航与位置服务已成为全球范围内迅速崛起的新兴产业,预计至2020年,中国将全面建成北斗全球卫星导航定位系统,产业年产值预计将超过4 000亿元人民币。北斗导航产业也是上海市委、市政府确定的科技创新重大方向。《上海市科技创新"十三五"规划》中明确提出,要加强导航与遥感技术的发展,开展新一代导航卫星等前沿技术攻关,掌握未来高精度导航产业技术制高点。