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统一扩频测控体制下的星地时间同步技术研究

作　者: 陈莉
导　师: 王跃科
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 扩频时间同步测距测控应答机
分类号: V556
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 211次
引　用: 5次
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内容摘要

卫星与地面跟踪测控站之间的高精度时间同步对卫星的编队组网运行等任务具有重要意义,是实现卫星之间时间同步的重要手段。本文立足于我国在建的卫星扩频测控网,对统一扩频测控体制下的星地时间同步技术展开研究,主要内容包括:1.根据星地时间同步原理推导了统一扩频测控体制下的星地时差测量公式,并介绍了一种基于扩频测距通道的测量方案,该方案能够与现有统一扩频测控体制良好兼容。2.研究了方案实现中的关键技术,包括对上行测距信号伪码相位的精确跟踪和对星上时间的高精度测量。采用一种基于FFT的快速捕获算法实现对扩频信号的快速捕获;采用载波辅助的DLL环实现大多普勒条件下对伪码相位的高精度估计,并送出对星上时间采样的采样脉冲;利用FPGA的DCM产生四个相位移动分别为0°、90°、180°和270°的时钟测量星务1PPS信号和采样脉冲之间的时间间隔,从而精确测量星上时间。3.研究了星地时间同步关键技术在FPGA和DSP平台上的实现,从而设计出了星地时间同步系统的关键部分——卫星对时扩频应答机。4.在研制的对时扩频应答机基础上,分析了该星地时间同步技术的误差,并通过实验对其进行了验证。分析和验证证明,本文研究的星地时间同步技术可以实现对星地时差的高精度测量,测量的1σ误差为6.6ns。本文研究的星地时间同步技术在对时扩频应答机中得到了实现,并取得了良好的测试效果,具有一定的实用价值。

全文目录

图目录  7-9
摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-17
  1.1 研究背景与意义  11-13
    1.1.1 卫星测控技术的发展现状和趋势  11-12
    1.1.2 星地时间同步的意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-15
    1.2.1 国外星地时间同步技术研究的现状  13-14
    1.2.2 国内星地时间同步技术研究的现状  14-15
  1.3 论文研究的主要内容  15-17
第二章星地时间同步的基本原理  17-23
  2.1 星地时间同步的概念  17-19
  2.2 统一扩频测控体制下的星地时间同步  19-21
  2.3 基于测距通道的星地时间同步方案  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章星地时间同步关键技术研究  23-37
  3.1 上行扩频信号的快速捕获  23-27
    3.1.1 扩频信号捕获原理  23-25
    3.1.2 基于FFT的快速捕获算法  25-27
  3.2 大多普勒动态范围下的高精度码相位估计  27-34
    3.2.1 扩频信号载波和码跟踪原理  27-29
    3.2.2 环路总体结构  29-30
    3.2.3 载波环路的设计  30-33
    3.2.4 码跟踪环路的设计  33-34
  3.3 星上时间的测量  34-35
  3.4 本章小结  35-37
第四章对时扩频应答机设计  37-51
  4.1 对时扩频应答机的总体结构  37-38
  4.2 对时扩频应答机硬件设计  38-43
    4.2.1 接收通道设计  38-39
    4.2.2 发射通道设计  39
    4.2.3 数字基带设计  39-43
  4.3 对时扩频应答机软件设计  43-49
    4.3.1 系统时钟管理模块  44
    4.3.2 扩频信号的快速捕获模块  44-46
    4.3.3 伪码的高精度跟踪模块  46-48
    4.3.4 1PPS时延测量模块  48
    4.3.5 下行信号扩频调制模块  48-49
  4.4 本章小结  49-51
第五章星地时间同步误差分析及验证  51-63
  5.1 星地时间同步误差分析  51-57
    5.1.1 星上时间的测量误差  51-52
    5.1.2 地面站的伪码相位测量误差  52-53
    5.1.3 地面时间的测量误差  53
    5.1.4 上下行链路不对称引起的误差  53-54
    5.1.5 对时扩频应答机的处理延迟误差  54-57
    5.1.6 星地时间同步总的误差  57
  5.2 实验验证  57-60
    5.2.1 测试系统介绍  57-59
    5.2.2 测试数据分析  59-60
  5.3 本章小结  60-63
第六章总结与展望  63-65
  6.1 论文总结  63
  6.2 后续工作展望  63-65
致谢  65-67
参考文献  67-69
攻读硕士学位期间发表的学术论文  69

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