[发明专利]深空X频段测距和干涉一体化信标装置、测量方法和系统

说明书

本发明属于航天器测控技术领域，特别涉及一种深空X频段测距和干涉一体化信标装置、测量方法和系统，主要适用于在深空探测的远距离、弱信号场景下地面站对深空航天器的X频段无线电双向测距和干涉测量，提高功率的综合利用效率，获取更高精度的地基测量数据。本发明利用了再生测距模式无转发噪声、残留遥控等无用损耗以及测量精度高的优势，复用伪码测距的单音信标辅助干涉测量的群时延解模糊，实现测距和干涉测量信标一体化。相比当前主用的经典信标，本发明的一体化信标的功率利用效率明显提高；双向测距精度显著提升，可改善双向测速精度、时延测量精度，提高可支持的遥测码速率。

技术领域

本发明属于航天器测控技术领域，特别涉及一种深空X频段测距和干涉一体化信标装置、测量方法和系统，主要适用于在深空探测的远距离、弱信号场景下地面站对深空航天器的X频段无线电双向测距和干涉测量。

背景技术

目前，我国月球和火星探测的X频段测轨采用基于500kHz侧音的转发测距、基于2对DOR(Differential One-way Range，差分单向测距)音的干涉测量分别获取测距、时延观测量，进而用于航天器导航。X频段典型测距精度优于1m，时延测量精度优于1ns，有效支持了历次月球和火星探测任务的圆满成功。

随着后续载人登月、探月四期、行星际以及太阳系边际探测的逐步推进，测控系统需要在更短弧段、更多目标、更弱信号的测量条件下实现高精度测定轨，这对现有测量精度和模式提出了新的挑战。为此，除提升航天器和地面测控的收发性能外，应进一步考虑采用更高精度的测量体制，对测量信标进行一体化设计，挖掘功率利用潜力，实现测量精度的有效提升。

发明内容

针对上述问题并综合CCSDS建议的再生伪码测距、ΔDOR测量的技术特点，本发明提出一种深空X频段高精度无线电测距和干涉测量一体化信标装置、测量方法和系统，主要适用于在深空探测的远距离、弱信号场景下地面站对深空航天器的无线电双向测距和干涉测量，提高功率的综合利用效率，获取更高精度的地基测量数据。本发明利用再生测距模式无转发噪声、残留遥控等无用损耗以及测量精度高的优势，复用伪码测距的单音信标辅助干涉测量的群时延解模糊，实现测距和干涉测量信标一体化。

为实现上述目的，本发明提供了一种深空X频段测距和干涉一体化信标装置，包括模型模块，所述模型模块包括如下信标模型：

其中，s(t)为下行信号；P_T为下行信号功率；f_d为下行载波频率；t为时间；m_PN为测距调制度；c_k为测距伪码序列，T_c为测距伪码序列c_k的码片宽度，所述测距伪码序列c_k及其码片宽度T_c通过对上行测距伪码的捕获及同步得到；m_DOR为DOR音调制度；f_DOR为DOR音的频率；h(t-kT_c)为基带成形滤波器的时间波形，其基本构造形式h(t)如下：

进一步，上行测距伪码选取T4B码或T2B码。

进一步，上行测距伪码的码片速率其中，l、k为常数；f_u为上行载波频率。

进一步，DOR音的频率f_DOR＝f_d/440，测距调制度m_PN和DOR音调制度m_DOR的取值如下：

0.4rad≤m_PN≤1.0rad

0.2rad≤m_DOR≤0.8rad。

本发明还提供了一种深空X频段测距和干涉一体化信标测量方法，包括如下步骤：

S1：地面站端与深空航天器端完成载波双向捕获；