专利名称：基于双程转发测量体制和载波相位平滑伪码的编队小卫星星间测距方法
技术领域：
本发明涉及无线电测量领域，具体涉及基于双程转发测量体制和载波相位平滑伪码的星间测距方法。
背景技术：
无线电测量技术是一种有源探测技术，将其应用于编队卫星的相对状态测量中， 主要有以下两种模式第一种是利用微波测距和比相测角法分别测量卫星间的距离和方位。第二种则是通过在卫星上安装多个无线电收发设备，测量各测量设备之间的伪码距离和载波相位值，解算卫星的相对位置和相对姿态。由于无线电的波束宽、作用距离远，因此实时性强，可全天候工作，且在测量的同时具有信息通信功能，能够满足小型化、低功耗、多航天器相对测量的要求，实现全天空覆盖仅需少量的发射和接收天线，因此对于多星编队的应用，相比其他测量手段具有一定的优势。但是现有采用无线电测量技术的编队小卫星星间测距方法的星间测距同步误差较大，测距精度较低。
发明内容
本发明是为了解决现有的编队小卫星星间测距方法的星间测距同步误差较大，测距精度较低的问题，从而提供一种基于双程转发测量体制和载波相位平滑伪码的编队小卫星星间测距方法。基于双程转发测量体制和载波相位平滑伪码的编队小卫星星间测距方法，它由以下步骤实现步骤一、主星向副星发射测距信号，副星接收所述测距信号并对所述测距信号进行捕获，将捕获后的结果加入到副星的数据序列中，形成伪随机测距序列；步骤二、选取载波频率分别为1. 5GHz和1. 2GHz的两个载波信号，将步骤一中形成的伪随机测距序列分别采用移相键控方式调制到所述的两个载波信号上，并经信号合成器合成后发射至信道；步骤三、主星接收所述步骤二发射的信号并进行下变频率处理，获得中频信号；步骤四、将步骤三获得的中频信号进行伪码捕获，获得伪随机测距序列；将所述伪随机测距序列与本地伪码产生器产生的本地伪随机序列进行码同步，并进行载波跟踪和伪码跟踪，获得双频双程测距信号；步骤五、对步骤四获得的双频双程测距信号进行整周�：冉馇螅⒓扑愀盟邓绦藕诺奈甭胂辔徊睿竦迷夭ú饩嘀岛臀甭氩饩嘀担徊街枇�、将步骤五获得的载波测距值和伪码测距值同时送入星间测距信息校正器中进行校正，获得主星和副星的星间距离值。步骤五中所述对双频双程测距信号进行整周模糊度解求，获得载波测距值是根据宽巷载波相位观测和窄巷载波相位观测理论进行的，所述宽巷载波相位观测的观测量为
( Δ Φ d+Nd) λ d = (Δ Φ「Δ Φ2+Ν「Γ^2) λ d = P +c Δ t式中λ为载波波长；Δ φ为载波相位的观测值；N为整周�：龋籔为所测得的距离观测值；c为光速；Δ t为时钟不同步误差；下标d表示宽巷；下标1、2表示双频载波；窄巷载波相位观测的观测量为(Δ Φ3+Ν3) λ a = (Δ Φ「Δ Φ2+Ν「Γ^2) λ a = P +c Δ t式中下标a表示窄巷；则两个主星与副星之间的载波测距值为Γι = (N1+Δ φ ^XA1= Δ T1Xcr2 = (Ν2+Δ Φ2) X λ 2 = Δ τ 2Xc式中，Δ τ为信号在空间传输经历的时间。步骤六中所述将步骤五获得的载波测距值和伪码测距值同时送入星间测距信息校正器中进行校正的具体方法是首先根据载波测距值和伪码测距值对整周�：冉醒橹ぃ橹し椒ㄎ柙夭ú饩嘀滴猺。，3 ο精度为p0 ；伪码测距值为rp，3 ο精度为P1，贝U rc = (r!+r2) /2 ；rp = c τ ；其中c为光速，τ为伪码传输的延迟；将计算得到的载波测量值r。和伪码测量值rp代入不等式|r。-rp| < Po+Pl中，如果不等式以99. 7% X99. 7%的概率成立，则整周�：鹊慕馇笳罚环裨颍蚪姓苣：鹊髡髡椒ㄊ堑髡苣：萅分别为N-2、N-U N+1和N+2，并分别进行验证，并分别判断验证结果是否以不等式|r。-rp| < P0+Pl以99. 7% X 99. 7%的概率成立，如果判断结果为是， 则将该验证结果对应的取值作为整周�：龋⒅匦录扑憔嗬牍鄄庵挡⒆魑钪盏男羌渚嗬耄蝗绻卸辖峁瘢蛉衔竦玫牟饩嘈畔⒉豢煽浚刂浦餍嵌愿毙侵匦路⑺筒饩嘈藕�。有益效果本发明首先进行载波频率和伪码速率的选�。竦煤鲜实脑夭ê臀甭耄� 将其作为测距信号，然后在接收端提取的测距信号并进行星间距离校正，有效减低了星间测距同步误差，获得的星间距离值精度较高。
图1是本发明方法的信号处理流程图。
具体实施例方式具体实施方式
一、结合图1说明本具体实施方式
，基于双程转发测量体制和载波相位平滑伪码的编队小卫星星间测距方法，它由以下步骤实现步骤一、主星向副星发射测距信号，副星接收所述测距信号并对所述测距信号进行捕获，并将捕获后的结果加入到副星的数据序列中，形成伪随机测距序列；步骤二、选取载波频率分别为1. 5GHz和1. 2GHz的两个载波信号，将步骤一中形成的伪随机测距序列分别采用移相键控方式调制到所述的两个载波信号上，并经信号合成器合成后发射至信道；伪码速率为10. 23MHz，选取码长为1023，则最大无�：嗬胛�30Km ；
步骤三、主星接收所述步骤二发射的信号并进行下变频率处理，获得中频信号；步骤四、将步骤三获得的中频信号进行伪码捕获，获得伪随机测距序列；将所述伪随机测距序列与本地伪码产生器产生的本地伪随机序列进行码同步，并进行载波跟踪和伪码跟踪，获得双频双程测距信号；步骤五、对步骤四获得的双频双程测距信号进行整周�：冉馇螅⒓扑愀盟邓绦藕诺奈甭胂辔徊睿竦迷夭ú饩嘀岛臀甭氩饩嘀担徊街枇⒔街栉寤竦玫脑夭ú饩嘀岛臀甭氩饩嘀低彼腿胄羌洳饩嘈畔⑿Ｕ髦薪行Ｕ竦弥餍呛透毙堑男羌渚嗬胫�。步骤五中所述对双频双程测距信号进行整周�：冉馇螅竦迷夭ú饩嘀凳歉菘硐镌夭ㄏ辔还鄄夂驼镌夭ㄏ辔还鄄饫砺劢械模隹硐镌夭ㄏ辔还鄄獾墓鄄饬课�( Δ Φ d+Nd) λ d = (AcD1-AcDjN1-N2)Xd= ρ +c Δ t式中λ为载波波长；Δ φ为载波相位的观测值；N为整周�：龋籔为所测得的距离观测值；c为光速；Δ t为时钟不同步误差；下标d表示宽巷；下标1、2表示双频载波；窄巷载波相位观测的观测量为( Δ Φ a+Na) λ a = (Δ Φ1-Δ Φ^^-Ν；,) λ a = ρ +c Δ t式中下标a表示窄巷；则两个主星与副星之间的载波测距值为Γι = (N1+ AO^XX1= Δ T1Xcr2 = (N2+ Δ Φ2) X λ 2 = Δ T2Xc式中，Δ τ为信号在空间传输经历的时间。步骤六中所述将步骤五获得的载波测距值和伪码测距值同时送入星间测距信息校正器中进行校正的具体方法是首先根据载波测距值和伪码测距值对整周模糊度进行验证，验证方法为设载波测距值为r。，3 σ精度为ρ0 ；伪码测距值为rp，3 σ精度为P1，则rc = (r!+r2) /2 ；rp = c τ ；其中c为光速，τ为伪码传输的延迟；将计算得到的载波测量值r。和伪码测量值rp代入不等式|r。-rp| < Po+Pl中，如果不等式以99. 7% X99. 7%的概率成立，则整周�：鹊慕馇笳罚环裨颍蚪姓苣：鹊髡髡椒ㄊ堑髡苣：萅分别为N-2、N-U N+1和N+2，并分别进行验证，并分别判断验证结果是否以不等式|r。-rp| < P0+Pl以99. 7% X 99. 7%的概率成立，如果判断结果为是， 则将该验证结果对应的取值作为整周�：龋⒅匦录扑憔嗬牍鄄庵挡⒆魑钪盏男羌渚嗬耄蝗绻卸辖峁瘢蛉衔竦玫牟饩嘈畔⒉豢煽浚刂浦餍嵌愿毙侵匦路⑺筒饩嘈藕�。在双程转发模式下，主星发射的信号经过传输时延τ至副星，副星收到后并不立即转发，而是进行解扩、解调，提取相关信息，实时放入副星独立形成的数据�。俜⑺偷街餍恰Ｖ餍墙饫⒔獾髦蠡竦盟邓痰牟饩嘈藕牛蠼庹苣：戎蟮玫降氖侵餍谴臃⑸涞浇邮盏叫藕诺氖奔溲映伲鄢巧洗硎奔洌⒊�2得到距离观测值。该方法可以消除同步误差并简化设备。
本发明利用载波相位平滑伪码测距，可以让载波相位测距和伪码测距的优势互补；伪码测距精度低但是不存在整周�：任侍猓冶Ｃ苄愿撸垢扇拍芰η浚夭ㄏ辔徊饩嗑雀叩姓苣：�。把伪码测距和载波相位测距结合起来可以优势互补，提高测距精度。
权利要求
1.基于双程转发测量体制和载波相位平滑伪码的编队小卫星星间测距方法，其特征是，它由以下步骤实现步骤一、主星向副星发射测距信号，副星接收所述测距信号并对所述测距信号进行捕获，将捕获后的结果加入到副星的数据序列中，形成伪随机测距序列；步骤二、选取载波频率分别为1. 5GHz和1. 2GHz的两个载波信号，将步骤一中形成的伪随机测距序列分别采用移相键控方式调制到所述的两个载波信号上，并经信号合成器合成后发射至信道；步骤三、主星接收所述步骤二发射的信号并进行下变频率处理，获得中频信号； 步骤四、将步骤三获得的中频信号进行伪码捕获，获得伪随机测距序列；将所述伪随机测距序列与本地伪码产生器产生的本地伪随机序列进行码同步，并进行载波跟踪和伪码跟踪，获得双频双程测距信号；步骤五、对步骤四获得的双频双程测距信号进行整周模糊度解求，并计算该双频双程信号的伪码相位差，获得载波测距值和伪码测距值；步骤六、将步骤五获得的载波测距值和伪码测距值同时送入星间测距信息校正器中进行校正，获得主星和副星的星间距离值。
2.根据权利要求1所述的基于双程转发测量体制和载波相位平滑伪码的编队小卫星星间测距方法，其特征在于步骤五中所述对双频双程测距信号进行整周�：冉馇螅竦迷夭ú饩嘀凳歉菘硐镌夭ㄏ辔还鄄夂驼镌夭ㄏ辔还鄄饫砺劢械模隹硐镌夭ㄏ辔还鄄獾墓鄄饬课�(Δ Φ,+Ν,) λ d = (Δ Φ1-Δ Φ2+Ν「Ν2) λ d = ρ +c At式中λ为载波波长；△ Φ为载波相位的观测值；N为整周�：龋籔为所测得的距离观测值；c为光速；Δ t为时钟不同步误差；下标d表示宽巷；下标1、2表示双频载波； 窄巷载波相位观测的观测量为 (Δ Φ3+Ν3) λ a = (Δ Φ1-Δ Φ2+Ν「Ν2) λ a = ρ +c At式中下标a表示窄巷；则两个主星与副星之间的载波测距值为Γ! = (N1+Δ O^XX1= Δ T1Xcr2 = (N2+ Δ Φ2) X λ 2 = Δ T2Xc式中，Δ τ为信号在空间传输经历的时间。
3.根据权利要求1所述的基于双程转发测量体制和载波相位平滑伪码的编队小卫星星间测距方法，其特征在于步骤六中所述将步骤五获得的载波测距值和伪码测距值同时送入星间测距信息校正器中进行校正的具体方法是首先根据载波测距值和伪码测距值对整周�：冉醒橹ぃ橹し椒ㄎ确植挤痈咚狗植迹讲钗遥柙夭ú饩嘀滴猺。，3 0精度为p。；伪码测距值为rp，3 ο精度为Pl， 则rc = (r!+r2) /2 ；rp = c τ ；其中c为光速，τ为伪码传输的延迟；将计算得到的载波测量值r。和伪码测量值rp代入不等式|r。-rp| < P(1+Pl中，如果不等式以99. 7% X 99. 7%的概率成立，则整周模糊度的解求正确；否则，则进行整周�：鹊髡髡椒ㄊ堑髡苣：萅分别为N-2、N-1、N+1和N+2，并分别进行验证，并分别判断验证结果是否以不等式|r。-rp| <P(1+Pl以99.7% X99. 7%的概率成立，如果判断结果为是，则将该验证结果对应的取值作为整周�：龋⒅匦录扑憔嗬牍鄄庵挡⒆魑钪盏男羌渚嗬耄蝗绻卸辖峁瘢蛉衔竦玫牟饩嘈畔⒉豢煽浚刂浦餍嵌愿毙侵匦路⑺筒饩嘈藕�。
全文摘要
基于双程转发测量体制和载波相位平滑伪码的编队小卫星星间测距方法，涉及无线电测量领域，它解决了现有的编队小卫星星间测距方法的星间测距同步误差较大，测距精度较低的问题。其方法首先将伪码调制在双频载波，双频已调载波作为测距信号发射；然后，根据双程转发测量体制在发射主星提取测距信号；最后，经过解求整周�：龋约凹扑阄甭胂辔徊睿玫皆夭ú饩嘀岛臀甭氩饩嘀担⒔街痔逯频牟饩嘟峁煌腿胄羌洳饩嘈畔⑿Ｕ鹘行Ｕ么蟾怕释臣颇Ｐ投圆饩嘈畔⒔醒橹げ⒒竦眯羌渚嗬胫担佣岣卟饩嗑群椭眯哦�。本发明适用于星间距离在0～10km的编队小卫星的星间测距。
文档编号G01S19/39GK102226844SQ20111007714
公开日2011年10月26日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者吴芝路, 宗志远, 尹振东, 庄树峰, 杨柱天 申请人:哈尔滨工业大学
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