GNSS空间信号质量评估系统接收通道性能测试

GNSS空间信号质量评估系统的接收通道是评估导航信号质量的主要误差源之一。通过分析接收通道特性引起的信号幅度误差、相位失真、频率偏移等现象,研究了接收通道增益平坦度、幅度误差、相位误差、频率偏移、矢量误差幅度、群时延等机理,提出了相应的测试方法,测试结果表明接收通道性能能够满足空间信号质量评估的要求。     

VLBI测控信号群时延及相时延解算方法研究

由于探测器天线没有对准地球,遥测信号时有时无或卫星飞离地球更远,导致地面接收到的测控信号带宽变窄,使VLBI群时延测量误差增大,野值点增多。针对这些情况比较了剔除野值点加权幅度的直线拟合、剔除野值点加权幅度平方的直线拟合、剔除野值点加权幅度3次方的直线拟合和剔除野值点加权幅度4次方的直线拟合在求解测控信号群时延时的优劣,得出剔除野值点加权幅度平方的直线拟合3基线群时延闭合效果最好和可决系数平均值较大的结论,并作为测控信号群时延拟合方法。为了进一步减小VLBI时延测量误差,还研究了将含有整周模糊度的相时延在整个观测期间内进行连接,并整体移至群时延中间位置的处理方法,从而得到了含微小偏移量的相时延数据。含微小偏移量的相时延随机误差与群时延相比大幅降低,系统误差相对来说更易在定轨处理中解算。这为嫦娥二号奔向远方等信号变弱情况下的时延测量精度的提高提供了一种新方法。     

接收机滤波器群时延对CAPS伪距测量影响的优化研究

在中国区域定位系统（Chinese Area Positioning System,CAPS）中,带通滤波器是用户接收机的重要组成部分,对于宽频测距码来说,其群时延特性是测距的重要误差来源之一.分析了接收机码跟踪环路,给出相关函数估算测距偏差,对带通滤波器群时延开展仿真分析,并研究了改进接收机设计以优化群时延特性的方法.研究对GNSS接收机的射频和环路设计有一定借鉴意义.     

月球交会对接VLBI差分时延研究

中国探月3期任务中,月球交会对接技术是任务成功的重要保障.利用嫦娥3号(CE03)绕月飞行的VLBI (Very Long Baseline Interferometry)时延数据,模拟仿真绕月交会对接过程中,同波束VLBI观测模式下,差分群时延的变化情况.仿真结果显示,在远程导引段,轨道器和上升组合体轨道距离保持100 km,持续半小时,差分群时延很好地反映了两者的轨道信息,可以用于定轨定位;自主控制段,上升组合体靠近轨道器,在轨道距离从5 km减小到20 m过程中,上升组合体加速追赶轨道器时,差分群时延快速趋近于0,上升组合体减速远离轨道器时,差分群时延绝对值快速变大.最后,利用嫦娥3号奔月段同时发射两个DOR (Differential One-Ranging)信号的VLBI时延数据,计算差分相时延,初步展示了月球交会对接过程中同波束VLBI差分相时延的误差情况.     

短波时号异常现象研究(摘要)

系统地介绍了相对于短波正常时号而言的异常时号的特征和出现规律,及其对定时精度的影响。通过分析在距离BPM台几十到几百公里处收测到异常时号的统计概率,分析武汉BPM时号群时延数字实时显示系统测量结果和HF多普勒图、频高图以及用斜向返回探测天线接收BPM时号试验,揭示了短波时号异常现象的传播机理:地面后向、侧向散射二次回波经电离层跳距聚焦形成异常时号。同时,对促成BPM异常时号如此之多的特殊成因也作了分析研究。     

嫦娥四号VLBI群时延跳变研究

相时延处理软件是嫦娥四号(CE-4)任务甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)测轨分系统软件配置项之一,利用其处理着陆巡视器X波段DOR(Differential One-way Ranging)信号时,观测弧段(scan)内偶尔存在残余群时延跳变问题.论文主要分为两部分:一是根据VLBI信号接收和数据处理流程,从相关相位、频率、幅度和功率方面进行分析,最终将影响因素定位在昆明测站模拟信号异常;二是以scan内时延跳变影响因素分析为基础,通过修正异常基线相关相位,研究残余群时延跳变事后改正方法,并利用定轨软件验证其有效性,升级了相时延处理软件.     

远程天文台电源集成控制与监控模块的设计与实现

随着多波段时域天文学的快速发展,远程天文台逐渐显露优势,成为时域天文学研究的重要工具。然而,国内还没有自主、成熟、稳定的系统可以应用到远程天文台的建设中,为此,中国虚拟天文台团队提出并设计了一套硬件集成系统,以便于集成控制和扩展移植。电源模块是其中重要的组成部分,实现电源的集成控制将极大地提升整个系统的稳定性。设计了一个闭环的电源集成控制模块,通过嵌入式技术实现了天文台各设备电源的集成控制、平顶的开关控制以及各个设备状态的监测,并提供多种控制模式。通过发送随机网络指令对该模块进行了24小时的连续测试,并测试了网络中断情况下短消息的控制。通过发送与监测数据的对比,结果表明,系统具有良好的稳定性。     

差分VLBI技术在采样返回任务中的应用

针对采样返回任务中多探测器精密短弧定轨问题,研究了甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)技术在两探测器间的交替观测模式、2π模糊度解算方法和数据差分处理方法,给出了星载信标的设计原则和方案。利用日本SELENE探月卫星的两个小卫星R-star和V-star的同波束VLBI相关相位生成了交替VLBI相位观测量,对其进行了差分处理求解差分时延,然后利用差分时延和测速测距数据进行定轨计算。对差分时延的分析表明,交替VLBI差分群时延RMS值为46 mm,测量精度与同波束VLBI差分群时延相当;交替VLBI差分相时延RMS值为1.6 mm,测量精度与同波束VLBI差分相时延相当。定轨结果表明,交替VLBI在进行多探测器的短弧定轨时能达到同波束VLBI相当的精度。     

射电望远镜控制系统中的数据传输序列化分析

控制系统能衔接、集成和管理射电望远镜的软硬件系统。控制系统的序列化工具可以将射电望远镜的不同设备、操作系统、编程语言和网络之间传输的信息进行编码和解码,增强系统之间数据的传输效率。分析和比较了3款二进制序列化工具Msgpack,Protobuf和Flatbuffers的编码原理及特性,并通过一个实例测试了它们的序列化数据大小、序列化时间和中央处理器利用率。结果表明,Msgpack的综合性能优于Protobuf和Flatbuffers,适用于周期长、需求易变的射电望远镜系统之间传输信息的编码和解码。     

嵌入式TCP/IP协议在接收机杜瓦性能参数监测系统中的应用

介绍了射电天文望远镜接收机杜瓦温度与真空度监测系统的设计,具体讨论了监测系统的硬件结构与嵌入式TCP/IP协议在该系统中的实现.针对目前大量使用8位微控制器的嵌入式系统,硬件主控系统芯片采用ATMEL公司生产的8位单片机ATmega16,网络控制芯片采用美国MICROCHIP公司生产的带SPI接口的独立以太网微控制器ENC28J60,设计实现了低成本、高效率、高稳定性的性能参数监测系统.对该系统进行测试分析、数据比对,测试结果表明该系统能够高效与PC机进行通信,PC机所接收到的温度值与标准数据的误差在±0.3 K范围内,接收到的真空值绝对误差在±10 ubar范围内,能够达到系统设计要求.     

网络时延对网上高时间约束业务影响的讨论

给出了一系列的网络测量结果。通过对实测结果的分析，结合图表形象地揭示了网络时延的严重性、随机性和信息路径的不确定性，指出了这种网络现象对具有高时间约束的网络通信业务的严重影响，并阐述了测量和改正网络时延的重要意义。     

高精度时间间隔测量技术与方法

时间间隔测量技术,尤其是高精度的时间间隔测量技术意义重大。不论是电信通讯、芯片设计等工程实践,还是原子物理、天文观测实验等理论研究,以及激光测距、卫星定位等航天军事技术,都离不开高精度的时间间隔测量技术。经过几十年的研究,目前已经有多种测量方法。在阐明插值原理之后,依次介绍了直接计数法、扩展法、时间幅度转换法、游标法、抽头延迟线法和差分延迟线法等主要方法。然后对影响测量的几个因素,包括非线性和不定态作了讨论。针对这些不良影响,还探讨了一些提高精度和稳定度的方法,比如非线性校正、PLL(Phase Lock Loop)和DLL (Delay Lock Loop)技术。最后,对时间间隔测量技术的前景作了展望。     

利用国内VLBI网跟踪大椭圆轨道卫星

2004年7月,昆明VLBI站经过改造,由上海、乌鲁木齐和昆明站组成的中国VLBI网(CVN)采用统一的MARK4格式编制器和CVN硬盘记录系统,对大椭圆轨道卫星“探测1号”的2圈轨道的共同可视弧段进行了跟踪观测．软件相关处理程序已成功地用于检测卫星遥测信号的干涉条纹和数据相关处理．采用基于条纹幅度的加权最小二乘条纹拟合方法,获得了卫星VLBI观测量及其精度估计,完成了卫星VLBI观测量的3基线闭合误差检验．应用河外射电源校准方法和多频点相位校正信号提取方法,进行了台站钟差和仪器延迟等系统误差改正．经系统差改正后的卫星VLBI观测量序列已用于“探测1号”卫星的轨道确定．     

Simulation of precise orbit determination of lunar orbiters

Based on the ongoing Chinese lunar exploration mission, i.e. the “Chang'e 1” project, precise orbit determination of lunar orbiters is analyzed for the actual geographical distribution and observational accuracy of the Chinese united S-band (USB) observation and control network as well as the very long baseline interferometry (VLBI) tracking network. The observed data are first simulated, then solutions are found after including the effects of various error sources and finally compared. We use the space data analysis software package, GEODYN, developed at Goddard Space Flight Center, NASA, USA. The primary error source of the flight orbiting the moon is the lunar gravity field. Therefore, the (formal) error of JGL165P1, i.e. the model of the lunar gravity field with the highest accuracy at present, is first discussed. After simulating the data of ranging and velocity measurement as well as the VLBI data of the time delay and time delay rate, precise orbit determination is carried out when the error of the lunar gravity field is added in. When the orbit is determined, the method of reduced dynamics is adopted with the selection of appropriate empirical acceleration parameters to absorb the effect of errors in the lunar gravity field on the orbit determination. The results show that for lunar missions like the “Chang'e 1” project, that do not take the lunar gravity field as their main scientific objective, the method of reduced dynamics is a simple and effective means of improving the accuracy of the orbit determination of the lunar orbiters.     

A new method for resolving phase ambiguity in radio interferometry using Earth rotation synthesis

As a key technique in deep space navigation, radio interferometry can be used to determine the accurate location of a spacecraft in the plane-of-sky by measuring its signal propagation time delay between two remote stations. To improve the measurement accuracy, differential phase delay without phase ambiguity is usually desired. Aiming at the difficulties of resolving phase ambiguity with few stations and narrowband downlink signals, a new method is proposed in this work by taking advantage of the Earth rotation. The high accurate differential phase delay between the spacecraft and a calibrator can be achieved not only in the in-beam observation mode but also in the out-of-beam observation mode. In this paper we firstly built the model of phase ambiguity resolution. Then, main measurement errors of the model are analyzed, which is followed by tests and validations of the model and method using the tracking data of the Cassini mission and Chang'E-3 mission. The results show that the phase ambiguities can be correctly resolved to generate a 10-picosecond level accuracy differential phase delay. Angular measurement accuracy of the Cassini reaches the milli-arc-second level, and the relative position accuracy between the Chang'E-3 rover and lander reaches the meter level.     

关中平原大地等效电导率的间接测量

为准确预报地波传播时延,用电波传播法对关中平原的大地等效电导率进行了间接测量。阐述了电波传播法的测量原理和方法,第一次给出关中平原大地等效电导率的间接测量结果,同时,给出了中国科学院国家授时中心临潼科研楼参考点的BPL信号传播时延测量结果,并对这些测量结果进行了精度分析。     

测定天文大气折射和建立电磁波折射延迟实测模型(Ⅰ)-观测原理和可行性

简述了天文大气折射和电磁波中性大气折射延迟的成因,以及不同观测站、不同方位的折射值存在差异的事实;根据测定瞬时天文大气折射、建立本地实测模型的观测原理和要求,分析了长期以来不能直接测定天文大气折射的几个主要障碍,介绍了现已具备的排除这些障碍的必要条件,为建立天文大气折射实测模型,和随观测站、随方位而异的电磁波折射延迟改正模型提供了保证。     

Relativistic Gravitational Experiment in the Earth Orbit: Concept,Technology, and Configuration of Satellite Constellation

An arrangement of the orbital experiment on the measurement of the light propagation delay in the gravitational field of the Earth (Shapiro effect) using laser interferometry based on a cluster of small spacecraft (SC) is proposed. SC layouts, launch technology, and high-precision measurements of their orbital parameters are considered.     

非坐标方法确定卫星时间信号的传递时延

在卫星电视授时系统方案中，为确定标准秒信号从发射站经卫星到用户接收站的传播时延值，需要知道收、发地面站及卫星的坐标，所以，在高精度的卫星电视授时系统中，需要建立高精度的同步卫星定位同。本文提出在没有卫星定位同的条件下，用非坐标方法来确定卫星时间信号到用户的传递时延，其授时精度为几μｓ。     

The Study on the Group Delay Jumping of CE-4 VLBI System

The phase delay software is a key component of VLBI (Very Long Baseline Interferometry) orbit determination system in CE-4 mission, which is critical to deep space exploration. When processing X-band DOR (Differential One-way Ranging) signals of probes in the past, the group delay jumping occasionally occurred in the observed scan. This paper consists of two parts. First, according to the VLBI station signal reception and VLBI center data processing steps, we analyzed the frequency, phase, power, and self-correlation spectrum of the signal, and located the influencing factor at the abnormal analog signal of Kunming (KM) station. Second, the group delay jumping was revised by the post-correction method, which was based on the analysis of the abnormal unwrap phase. We used the corrected phase to get the new group delay, and used orbit determination software to verify the effectiveness of the post-correction method, which upgraded the phase delay processing software.