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高精度卫星测距技术研究与实现

罗柳镇  
【摘要】:航天测控技术是航天技术中非常重要的一项技术,它是航天飞行器正常运行的保障。其中高精度的卫星测距技术是衡量卫星导航系统性能优劣的重要标志。实现卫星测距的各种方案中,伪码测距相比其它传统的测距技术有着测距精度高,抗干扰性强,可以实现码分多址等诸多优点而被广泛采用。本文针对某卫星高精度的测距需要,研究和实现了星上测距应答机。测距方案便采用伪码测距,并且采用非相干转发的方式。对于伪码测距,距离的测量精度主要取决于伪码的相位测量精度。而伪码相位的测量精度又取决于伪码的同步。所以本文研究重点在于测距系统接收机的同步技术,包括伪码捕获与跟踪环的设计与实现,其中跟踪环又分为伪码跟踪环和载波跟踪环。对于伪码捕获本文采用基于伪码相位的FFT算法,因为这种捕获算法运算量小,捕获时间短。为了解决伪码序列长度和FFT算法所需序列长度不匹配的问题,本文对捕获算法进行了改进,通过仿真表明改进后的算法相比于直接补零的方法没有降低系统的捕获性能。伪码跟踪环采用载波环辅助伪码环技术,其相比于直接跟踪的伪码环,动态范围大,跟踪精度高。同时为了实现低功耗设计,减少硬件资源使用率,本文采用了一种改进的伪码环结构,通过仿真表明伪码环能满足系统的精度要求。为了实现载波环对载波相位的精确跟踪,同时又能容忍比较大的动态应力,载波环采用二阶锁频环辅助三阶锁相环架构。同时本文采用了一种高效的鉴相器和一种高效的鉴频器,减少了硬件资源使用率。通过仿真表明载波环能满足系统指标要求。最后本文采用FPGA硬件实现了星上应答机,进行了测距实验,统计方差值为厘米级,实现了高精度测距。


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