卫星跟踪测量技术研究 文集PDF电子书下载

第一部分 锁相环和AGC环的分析 2

一、VCO噪声对锁相环的影响 2

1 问题的提出 2

2 频率稳定度的定义及表征 2

2.1 长期稳定度和短期稳定度 2

2.2 频域表征——相对频率起伏的单边功率谱密度Sy（f） 3

2.3 时域表征——阿仑方差σ2 y（τ） 3

2.4 频域表征量和时域表征量的互换 4

3 VCO短期稳定度与环路相位抖动的关系 5

3.1 VCO的噪声模型 6

3.2 二阶环中VCO短期稳定度与环路相位抖动的关系 6

3.3 三阶环中VCO短期稳定度与环路相位抖动的关系 10

4 结语 13

二、宽频带频率引导捕获方法和装置 14

1 引言 14

2 组成及工作原理 14

2.1 扫描搜索 15

2.2 VCO频率粗置 15

2.3 VCO频率细调整 15

2.4 环路锁定 16

2.5 监视环路工作及失锁再捕获 16

3 技术要点 16

三、自动增益控制环路的线性分析和设计 17

1 引言 17

2 AGC环路的线性分析 17

2.1 AGC环路的传递函数 17

2.2 AGC环路的稳定性 20

2.3 对输入噪声的过滤性能 20

2.4 AGC环路的噪声带宽 21

2.5 AGC环路的跟踪误差 22

3 设计举例 22

4 环路频率响应的测量 23

4.1 利用调幅信号发生器测量环路频率响应 23

4.2 对环路加低频调制信号测量环路频率响应 23

5 结语 24

第二部分 舰载测量设备分析 26

四、舰摇对多普勒测速精度的影响 26

1 引言 26

2 大地坐标和甲板坐标的关系 26

2.1 坐标系的规定 26

2.2 空间任一点的甲板坐标转换为大地坐标 28

3 两个矢量的数积 29

4 舰摇引起的测速误差 30

5 双频测角精度对修正量的影响 31

6 结语 32

五、修正舰摇引起多普勒测速误差的实验研究 33

1 实验目的 33

2 原理简述 33

2.1 舰摇引起测速误差的分析方法 33

2.2 天线在摇摆台上跟踪固定信标修正测频公式 35

2.3 实验中？和？数据的获取 35

3 结果分析 36

六、舰摇对侧音测距精度的影响 39

1 引言 39

2 大地坐标和甲板坐标的关系 39

2.1 坐标系的规定 39

2.2 空间任-点的甲板坐标转换为大地坐标 40

3 两个矢量的数积 42

4 舰摇引起的测距误差 43

5 结语 44

七、多径反射对卫星多普勒测速的影响 45

1 引言 45

2 线极化波多径信号的影响 45

2.1 光滑平面镜反射 45

2.2 粗糙面镜反射 47

2.3 粗糙面漫散射 47

3 圆极化波多径信号的影响 50

3.1 光滑平面镜反射 50

3.2 粗糙面镜反射 52

3.3 粗糙面漫散射 53

4 结语 54

八、多径反射对卫星侧音测距的影响 59

1 引言 59

2 光滑平面镜反射多径信号对测距的影响 59

3 粗糙面镜反射多径信号对测距的影响 62

4 粗糙面漫散射多径信号对测距的影响 64

5 结语 65

第三部分 空间交会对接 70

九、空间交会对接微波雷达 70

1 引言 70

2 交会对接的阶段划分 70

2.1 远距离引导段 71

2.2 近距离引导段 71

2.3 逼近段 71

2.4 对接段 71

3 国外交会对接测量系统简况 71

4 交会对接微波测量系统方案 73

4.1 RVD测量敏感器组合形式 73

4.2 微波测量系统的功能和测量要求 73

4.2.1 各阶段RVD过程中，微波雷达系统的功能 73

4.2.2 RVD各阶段中，微波雷达系统的主要测量系数及其精度 74

4.3 微波雷达频段选择 74

4.4 微波雷达测量系统的组成及工作原理 75

5 追踪飞行器和目标飞行器的微波雷达测量兼容性考虑 78

6 结语 78

第四部分 双星定位系统 80

十、双星定位入站信号快捕系统研究 80

1 引言 80

2 同步码（速率为8 Mb/s）输入信噪比为-20 dB的快捕系统 81

2.1 技术指标要求 81

2.2 快捕系统的原理 81

2.3 获得的成果及重要意义 83

2.3.1 获得的成果 83

2.3.1 重要意义 84

3 同步码（速率为8 Mb/s）输入信噪比为-22 dB的快捕系统 84

3.1 技术指标要求 84

3.2 快捕系统的原理 85

3.2.1 输入信号格式和同步码信号格式 85

3.2.2 捕获系统的原理 85

3.3 实验结果 87

4 同步码（速率为4 Mb/s）输入信噪比为-22 dB的快捕系统 87

4.1 技术指标要求 87

4.2 快捕系统的原理 88

4.2.1 输入信号格式和同步码信号格式 88

4.2.2 快捕系统的原理 88

4.3 实验结果 90

第五部分 调频调相应答机距离零值测量 94

十一、调频调相应答机距离零值测量方法 94

1 概述 94

2 PM-PM应答机的R0测量方法 94

3 FM-PM应答机的R0测量方法 95

3.1 为什么不能用PM-PM应答机的R0测量方法 95

3.2 FM-PM应答机的R0测量方法 95

3.3 应答机时延τ0的计算方法 96

4 方法正确性的证明 96

4.1 三个基本概念 96

4.2 已调频信号通过恒幅线性相位系统的时延 97

4.2.1 群时延和相位时延 97

4.2.2 已调频信号通过系统的时延 97

4.3 混频器和倍频器的时延测量 98

4.3.1 混频器的时延测量 98

4.3.2 12倍频器的时延测量 98

5 结语 99

十二、调频调相应答机距离零值分析 100

1 概述 100

2 自校状态的分析 101

2.1 主侧音 101

2.2 次侧音 102

3 主侧音和次侧音通过12倍频器的分析 103

4 应答机的低通滤波器的影响 106

4.1 主侧音 106

4.2 次侧音 106

5 主侧音与次侧音测量时τ0的计算公式 106

5.1 主侧音（27.7 7 kHz）测量时τ0的计算公式 107

5.2 次侧音测量时τ0的计算公式 107

6 结语 107

十三、调频调相应答机距离零值测量的理论与实践 108

1 引言 108

2 FM-PM应答机R0测量的若干基本概念 108

2.1 测量任务 108

2.2 测量原理 108

2.3 用微波倍频器（例如12倍频器）作调制度变换器 109

2.4 自校信号的调制方式对时延的影响 109

2.5 载波初始相位和副载波初始相位对时延的影响 110

2.6 混频器高本振和低本振对时延的影响 110

2.7 应答机是否造成测距信号倒相的判断 110

2.8 主侧音与次侧音的时延计算公式 111

3 某宇航局校验调频调相转换器的时延 111

3.1 某宇航局校验调频调相转换器时延的过程 111

3.2 某宇航局校验调频调相转换器时延的疑问 112

4 FM-PM转换器的距离零值测试 112

5 结语 113

十四、调频调相转换器相位零值的判断 114

1 问题的提出 114

2 调频调相转换器中的测距音倒相分析 115

3 参考文献［6］中调频调相转换器相位零值校准的疑问 116

3.1 参考文献［6］中调频调相转换器相位零值校准的过程 117

3.2 参考文献［6］中调频调相转换器相位零值校准的疑问 117

3.3 看法 118

3.4 初步思考 118

4 调频调相转换器相位零值的另一种判断方法 119

4.1 正弦调制信号与已调相信号、已调频信号的波形关系 119

4.1.1 理论上f（t）与uPM（t）…uFM（t）的关系 119

4.1.2 实验结果 119

4.2 调频调相转换器相位零值的判断 121

5 结语 122

十五、卫星测距校零中调频信号源大频偏调制与小频偏调制的时延差测量方法 124

1 引言 124

2 调频信号源大频偏调制和小频偏调制两种状态下时延差的测量方法 125

3 分频调制度变换器的工作原理及时延测量 126

4 对调制度变换器时延测量的进一步验证 127

5 结语 128

十六、调频调相应答机距离零值测量新方法 130

1 问题的提出 130

2 分频调制度变换器 130

2.1 工作原理 130

2.2 分频调制度变换器的时延测量方法 131

3 调频信号源大频偏调制和小频偏调制两种状态下时延差的测量方法 132

4 恒时延FM调制器法测量应答机距离零值 133

5 分频调制度变换器法测量应答机距离零值 135

6 结语 135

第六部分 中继星星间链路天线跟踪指向系统 138

十七、TDRS天线捕获跟踪指向系统设计中的几个问题 138

1 概述 138

1.1 APS的特点 138

1.2 APS的方案 138

1.3 天线跟踪指向控制系统和姿态控制系统的关系 139

2 APS模型 139

2.1 APS的组成 139

2.2 功能及指标 139

2.3 动力学方程 140

2.4 天线指向控制系统框图 140

3 天线指向控制系统的设计考虑 140

3.1 卫星姿态控制系统（ACS）和天线指向控制系统（APS）的相互影响 141

3.2 控制系统带宽的考虑 141

3.3 结构参数变化的考虑 142

4 结语 142

十八、对宽带数据传输信号的角跟踪理论 143

1 引言 143

2 单通道跟踪接收机方案 143

3 取数传信号频谱主瓣的小部分带宽内信号实现角跟踪理论的数学推导 144

3.1 宽带单通道信号通过窄带带通滤波器的求解方法 144

3.2 宽带单通道信号的指数傅立叶级数表示式 145

3.2.1 BPSK数传信号的表示式 145

3.2.2 天线输出信号的表示 145

3.2.3 单通道信号的表示 145

3.3 窄带带通滤波器的频率特性 146

3.4 宽带数传信号通过窄带带通滤波器的输出表示式 147

3.5 跟踪接收机中频带宽的选择 147

4 取数传信号频谱主瓣的小部分带宽内信号实现角跟踪理论的物理解释 148

5 实验验证 149

6 结语 150

十九、再论证“对宽带数据传输信号的角跟踪理论” 151

1 引言 151

2 单通道跟踪接收机方案 152

3 取数传信号频谱主瓣的任意部位小部分带宽内信号实现角跟踪理论的数学推导 153

3.1 宽带单通道信号通过窄带带通滤波器的求解方法 153

3.2 宽带单通道信号的指数傅立叶级数表达式 153

3.2.1 BPSK数传信号的表达式 153

3.2.2 天线输出信号的表示 154

3.2.3 单通道信号的表示 154

3.3 窄带带通滤波器的频率特性 155

3.4 宽带数传信号通过窄带带通滤波器的输出表达式 155

4 取数传信号频谱主瓣的任意部位小部分带宽内信号实现角跟踪理论的物理解释 157

5 实验验证 158

6 结语 159

二十、星间链路角跟踪系统校相分析 160

1 引言 160

2 相位校准的指标要求 161

3 用户星角跟踪系统交叉耦合分析 161

3.1 分析依据 161

3.2 交叉耦合源 161

3.3 分析简述 162

3.4 计算例 164

4 用户星角跟踪系统校相方案选择 164

4.1 引起和差通道相移变化的4个环节 164

4.2 角跟踪系统校相方案选择 164

5 结语 165

二十一、中继星天线程控指向用户星的方位角和俯仰角计算 166

1 卫星轨道的6个轨道根数 166

2 坐标系定义及坐标转换矩阵 167

2.1 地心惯性坐标系O-XIYIZI 167

2.2 地心轨道坐标系O-XoYoZo 168

2.3 质心轨道坐标系S-XoYoZo 169

2.4 中继星星体坐标系SD-XbYbZb 169

2.5 中继星天线坐标系Sa-XaYaZa 169

2.6 坐标转换矩阵 169

3 中继星到用户星的位置矢量在地心惯性坐标系中的表示 171

3.1 中继星在地心惯性坐标系中的位置矢量 171

3.2 用户星在地心惯性坐标系中的位置矢量 172

3.3 中继星到用户星的位置矢量在地心惯性坐标系中的表示 172

4 中继星到用户星的位置矢量在中继星质心轨道坐标系中的表示 172

5 中继星到用户星的位置矢量在中继星星体坐标系中的表示 173

6 中继星天线指向用户星的方位角和俯仰角计算 174

7 计算例 175

8 结语 176

二十二、星间链路天线扫描捕获方法 178

1 概述 178

2 中继星天线程控指向用户星的方位角α和俯仰角β的计算 178

3 阿基米德螺旋线方程 179

4 中继星天线恒角速度螺旋扫描捕获方法 179

5 中继星天线恒线速度螺旋扫描捕获方法 181

5.1 螺旋线长L的近似表达式 181

5.2 等线速螺旋线的极角θ的表达式 181

5.3 天线方位轴转角α和俯仰轴转角β的数学表达式 181

5.4 扫描轨迹恒线速度V与天线方位轴、俯仰轴的角速度（α′，β′）的关系 182

5.5 计入用户星运动参数的恒线速度螺旋扫描天线转角表达式 183

5.6 扫描参数选择 183

5.6.1 扫描参数及单位 183

5.6.2 扫描参数选择 184

5.7 信号判决门限设置 184

5.8 计算例 184

6 结语 185

附录A 出版论文的刊物目录 186

附录B 天线指向系统的数学模型框图绘制 188

附录C 论文评审意见表 192