[发明专利]一种基于扩频体制的高精度测距方法

说明书

本发明公开了一种基于扩频体制的高精度测距方法，涉及航天测控领域。本发明包括：地面站发送上行测量信号，经卫星相干转发形成下行测量信号，卫星在相干转发过程中完成上行测量信号的载波伪码的捕获跟踪；地面站接收下行测量信号，进行下行测量信号的载波伪码捕获跟踪；地面站对载波伪码稳定跟踪后，分别获得上行测量信号和下行测量信号在同一时刻的伪码相位，两者做差得到星地距离值，同时利用由载波多普勒频率值转换得到的速度值对距离值进行平滑处理，得到高精度测距结果。本发明具有相位跟踪性能稳定、测距精度高、系统兼容性强的特点。

技术领域

本发明涉及航天测控技术领域，特别是指一种基于扩频体制的高精度测距方法。

背景技术

在航天测控领域，常用的测距体制包括侧音测距、伪码测距、音码混合测距等。例如，侧音测距采用100kHz主侧音常发，多级次侧音轮发的机制，通过测量地面站收发端侧音相位差得到星地距离。该方法的测距精度由100kHz主侧音跟踪精度决定，可达到的测距精度仅为十米量级。现有技术中其他常用测距体制的测距精度也仅为米量级、甚至十米量级，已无法满足日益提高的卫星定轨精度要求。

为进一步提高卫星定轨精度，需有效提高测控系统的测距精度，达到厘米级测距精度。但是，现有技术中尚未公开这样的测距方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于扩频体制的高精度测距方法，能够有效提高测控系统的测距精度，实现厘米级测距精度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于扩频体制的高精度测距方法，包括以下步骤：

步骤1，地面站发送上行测量信号，经卫星相干转发形成下行测量信号，卫星在相干转发过程中完成上行测量信号的载波伪码的捕获跟踪；

步骤2，地面站接收下行测量信号，进行下行测量信号的载波伪码捕获跟踪；

步骤3，地面站对载波伪码稳定跟踪后，分别获得上行测量信号和下行测量信号在同一时刻的伪码相位，两者做差得到星地距离值，同时利用由载波多普勒频率值转换得到的速度值对距离值进行平滑处理，降低测距随机误差，得到高精度测距结果。

进一步地，步骤2的具体方式为：

步骤201，采用并行捕获方式捕获载波伪码，在多普勒捕获范围内对载波进行N段FFT分析，并将伪码在1023个码片内分为M段，从而同时在载波多普勒频率和伪码码片相位两个维度上进行信号能量最大值搜索，即，在M×N个点上搜索最大值，完成载波多普勒频率和伪码码片相位的初始捕获；N≥1，M＝1～9；

步骤202，采用抑制载波锁相环进行载波相位跟踪，使用跟踪得到的多普勒频率辅助伪码跟踪环路进行伪码相位的跟踪；伪码相位跟踪采用超前滞后环路，通过窄相关运算实现伪码相位的稳定跟踪。

进一步地，步骤202的具体方式为：

本地载波数字控制振荡器产生I\Q两路载波，分别与下行测量信号相乘完成下变频，产生I\Q两路零中频信号；

本地伪码产生器产生3路伪码，分别为超前支路、滞后支路和对准支路；其中，超前支路比对准支路的伪码相位提前1/L₀个码片，滞后支路比对准支路的伪码相位延迟1/L₀个码片；

3路超前、滞后和对准支路伪码分别与载波I\Q零中频信号相乘以完成解扩，输出超前、滞后和对准支路解扩信号；

对准支路解扩信号进入载波环路滤波和鉴相过程，完成载波锁相环的稳定相位跟踪；在载波环路滤波过程中，环路带宽B_L采用逐步缩小的策略，第n步的环路带宽B_Ln是前一步环路带宽B_L(n-1)的一半：