双光束激光多普勒转速测量系统的实验验证

激光多普勒测速技术具有非接触、无磨损、精度高等优点,被广泛应用于工业、航海、航天等领域的高精度速度、加速度、长度测量。双光束激光多普勒测速技术作为其中的一个分支,具有结构简单、抗干扰强的特点。为提升双光束激光多普勒测速技术的测量精度,搭建一种测量圆周转动线速度的轴对称型双光束激光多普勒系统,采用高速响应的探测器观测差频信号。当目标的线速度为1 596.6 mm/s时,激光多普勒差频信号理论值是0.975 MHz,测量角度为0°,实验观测到的差频信号是1.013 MHz,与理论值相比误差约为3.8%;进而变换观测器的不同角度位置,测量得到的多普勒频移和0°的频移误差在0.8%以内。结果表明,该测量系统能够测量到运动物体的多普勒频移信号,同时更改双光束激光多普勒测速的观测器角度,不影响测量结果。该实验系统为后续进一步进行激光多普勒测速技术的研发打下了良好的基础。     

一种GPS高精度测速方法

GPS技术的发展对GPS接收机的测速精度提出了更高要求,普通测速算法中采用的多普勒为平均多普勒,已不能满足观测时刻高精度测速的需求。针对这一问题,提出了一种改进的GPS高精度测速方法,通过推导观测时刻的多普勒和对接收机运动状态的估计来达到高精度测速结果的输出。将改进算法移植到接收机中对接模拟器进行速度精度测试,结果表明该算法相较于普通测速算法能够提高测速精度,证明了提出算法的有效性和可实现性。     

基于北斗三号卫星非差多普勒观测信号的优化测速模型

针对运动载体速度估计方法精度不足、模型复杂等问题,提出了一种精度高、模型复杂度低的基于北斗三号卫星非差多普勒观测信号的优化测速模型。该模型利用北斗三号卫星原始数据,使用复杂度低的多普勒测速模型估计载体速度。为提高测速精度和解算效率,首先对原始模型线性化处理,然后依据载体航向与其速度矢量的相关性增加松约束。用北斗三号卫星实测数据验证了该模型的测速精度,评估了该模型的适用性。实验结果表明,载体静止时,优化多普勒测速精度可达cm/s级甚至mm/s级,在与原始多普勒测速的对比中,水平方向测速精度提高60%左右,解算时间缩短24%;载体运动时,增加航向约束的多普勒测速精度与原始多普勒测速相比,北、东方向测速精度可提高14%～21%,解算效率提升大约20%。     

雷达高度表进行多普勒测速系统仿真

为了使雷达高度表在利用宽波束测高的同时增加测量飞行器自身速度的功能,达到一表多用的目的,提出了一种利用宽波束雷达信号进行多普勒测速的方法。采用对高度表的回波信号进行时域和频域相结合的处理方法,利用多普勒公式实现测速功能。通过建立测速仿真系统,对宽波束测速算法进行仿真,得到的测速误差小于1m/s,达到一般测速精度的要求。     

星载GPS定轨中精密GPS卫星钟差的改正和应用

低轨道卫星星载GPS精密定轨的最主要的误差源是在SA影响下GPS卫星钟的高频抖动。为了克服这一误差,本文分析了在SA影响下GPS卫星钟差变化的特性,探讨了利用GPS地面跟踪站的观测数据估算GPS卫星钟的可行性,建立了相应的算法和软件系统,并把由地面跟踪站的实测数据估算的GPS卫星钟差应用于星载GPS定轨计算,得到1m的定轨精度。     

大气折射引起的卫星测控系统速度误差分析

由于大气各高度层介电特性的不均匀性,无线电波沿地空链路传播时会产生折射效应,为卫星的定轨测控系统引来不同程度的折射误差. 针对单频单站卫星系统的定轨方式,给出了基于多普勒频移测速原理的高精度速度误差修正算法,并与基于距离误差变化率原理的测速算法和实测数据进行了比较,验证了算法的准确性. 利用修正算法分别仿真计算了大气折射时延效应和弯曲效应导致的速度误差;基于不同频段、不同轨道高度的卫星系统参数,比较分析了对流层、电离层折射效应造成的速度误差变化特性. 分析结果可为当前地空链路的卫星测控系统提供准确的速度误差修正量参考,进而合理准确地评估大气折射对星载单频接收机测速误差的影响.     

一种顾及载体运动速度的平滑滤波方法

大众用户对于手机的定位要求,不仅要求高精度、平滑连续的位置结果,还有手机测速的精度。基于此,文章提出一种顾及载体运动速度的平滑滤波算法,以载体位置和速度为待估参数,引入多普勒观测值进行抗差卡尔曼滤波,以提升手机定位和测速的精度。实测结果表明,引入多普勒观测值的滤波算法的定位精度与传统伪距滤波结果相比提升了50%左右,测速精度与伪距滤波结果相比提升了80%左右,达到分米级测速效果。     

激光相干多普勒测速精度实验

激光相干多普勒测速雷达由于测量精度高、测速范围广、功耗体积小等优势广泛应用在风场测量、导航及飞行器着陆等方面。为了测试其测速精度,本文研制了速度发生器,搭建了高精度大速度范围的精度测试平台,利用搭建的测试平台对激光多普勒测速精度进行测量,在105.8266 m/s的速度下测得的精度为0.0383 m/s。对激光多普勒测速的精度进行了分析,提出了插值校正FFT频率、采用流水线的FFT处理方法、增加采样位数和提升采样频率等方法来提高测速精度。     

基于多普勒频差的无源雷达测速精度分析

为了提高无源雷达系统的测速精度,研究了基于多普勒频差的速度测量.利用典型航线的仿真试验结果表明,相比传统的位置差分测速,基于多普勒频差测速性能有较大提高.同时,给出四站时差系统的测速精度理论推导,并且仿真分析Y型布站时,不同多普勒频差测量误差情况下的速度精度分布规律.仿真结果为无源雷达系统设计和应用提供了理论依据.     

基于卫星无源探测的空间飞行器轨道估计

为了定量分析卫星无源探测技术的定位方式和精度, 对某空间飞行器主动段的轨道估计和误差分析问题进行了研究。基于卫星简化运动方程, 采用四阶龙格-库塔算法对观测卫星任意时刻位置进行解算; 利用最小二乘法对观测数据进行拟合, 保证仿真过程数据的时间一致性; 选取合适的质量和速度模型, 建立空间飞行器基于双星无源探测的主动段三维交汇定位模型和运动方程模型; 基于模拟数据给出估计轨道曲线并对三轴指向误差进行分析, 提出采用改进粒子群算法对差量进行实时计算和空间飞行器轨道修正。仿真结果表明, 经过系统误差修正, 空间飞行器轨道误差降低到1 m级水平。     

GPS系统多普勒频移估算的研究

在GPS导航定位系统中,多普勒频率偏移直接影响接收机性能。为了克服多普勒频率偏移的影响,提高接收机的GPS信号捕获速度,对多普勒频移估计算法进行了研究。推导了导航卫星运行参数的数学模型,给出多普勒频移估算的数学模型,对导航卫星运行参数及多普勒频移特性进行了MATLAB仿真。结果表明,卫星与接收机之间的相对位置对信号的多普勒频移特性有着较强的影响。仿真结果可以为多普勒频移的估计和补偿提供先验信息。     

一种基于星间光链路的帧同步与频偏估计方法

为了解决星间激光通信不同步导致的信息质量差与解调难度大等问题,针对滑动互相关算法帧同步易受载波频偏影响的不足,采用计算仿真的方法分析了星间多普勒效应引起的载波频偏程度,提出差分相关算法以实现帧同步与载波频偏估计,并给出硬件实现方案,分析了差分相关算法的帧同步与载波频偏估计性能。结果表明,差分相关算法能够实现大载波频偏影响下的帧同步,且具有较强的频偏估计性能,采用差分相关算法后系统的误码性能提升近3dB。此结果说明,差分相关算法是解决星间激光链路同步问题的有效方法。     

GPS‐Based Orbit Determination for KOMPSAT‐5 Satellite

Korea Multi‐Purpose Satellite‐5 (KOMPSAT‐5) is the first satellite in Korea that provides 1 m resolution synthetic aperture radar (SAR) images. Precise orbit determination (POD) using a dual‐frequency IGOR receiver data is performed to conduct high‐resolution SAR images. We suggest orbit determination strategies based on a differential GPS technique. Double‐differenced phase observations are sampled every 30 seconds. A dynamic model approach using an estimation of general empirical acceleration every 6 minutes through a batch least‐squares estimator is applied. The orbit accuracy is validated using real data from GRACE and KOMPSAT‐2 as well as simulated KOMPSAT‐5 data. The POD results using GRACE satellite are adjusted through satellite laser ranging data and compared with publicly available reference orbit data. Operational orbit determination satisfies 5 m root sum square (RSS) in one sigma, and POD meets the orbit accuracy requirements of less than 20 cm and 0.003 cm/s RSS in position and velocity, respectively.     

基于多个多普勒雷达的加速度和速度估计

目标的加速度估计在自适应目标跟踪算法中具有十分重要的作用。文中通过推导多普勒速度观测量和笛卡尔坐标系下加速度的关系,利用多个多普勒雷达的观测量,将目标的加速度估计转换为一个线性加权最小二乘问题。同理,此方法可以推广到目标速度估计问题中。通过仿真实验表明,文中方法能准确及时的估计出目标的加速度和速度。     

Neural Technologies for Precise Timing in Electric Power Systems with a Single-Frequency GPS Receiver

The global positioning system (GPS), with its ability to provide time synchronization with accuracy to 200 ns over the wide area, provides an ideal tool for performing time tagging in electric power systems. The observed GPS pseudo-range varies from the true range because of range measurement errors. GPS errors sources are ionospheric delays, atmospheric delays, troposphericelays, multi-path effects and dilution of precision etc., affecting the GPS signals as they travel from satellite to user on Earth. In this paper neural models has been presented are for more accurate GPS timing in electric power systems with a single-frequency GPS receiver. The proposed methods use back-propagation (BP), extended Kalman filter (EKF) and particle swarm optimization (PSO) training algorithms, which achieves the optimal training criterion. We use actual data to evaluate the performance of the proposed methods. An experimental test setup is designed and implemented for this purpose. Results using the three methods are discussed. The experimental results obtained from a coarse acquisition (C/A)-code single-frequency GPS receiver are provided to confirm the efficacy of the approaches to give high accurate timing. The GPS timing RMS error using neural network based on PSO learning algorithm reduces to less than 105 and 36 ns, before and after SA, respectively.     

基于无人机与空间稀疏性的卫星干扰源定位方法

经典的卫星干扰源定位是基于TDOA/FDOA参数测量的双星定位,包含信号参数估计和目标干扰源定位两个阶段。在参数估计阶段,该方法并没有考虑到所有的信号参数测量都是相对于同一位置的干扰源,因此该定位算法并不优化。此外,卫星星历的精度不高尤其是星历中卫星速度难以精确预测,导致了较大的多普勒频差参数估计误差,从而制约了卫星干扰源的定位精度。本文提出使用单个无人机代替卫星来接收干扰信号,利用干扰源在地面空间分布的稀疏性,求解满足目标信号多普勒频移关系的凸优化问题来实现干扰源定位。该定位方法融合了所有测量信号的信息,在一个阶段中完成定位,蒙特卡洛仿真证实该方法能实现高精度卫星干扰源定位。      

FastICA算法在雷达快扫描中的应用

对于现代多普勒雷达来说,相关数据的计算精度依赖于估计单体内的独立样本数,独立样本数越多,精确度越大。为了增强雷达精确度和提高扫描速度,文中采用独立成分分析技术来增加独立样本数。独立成分分析算法通过迭代估计逐步逼近分离矩阵,从而得到所需的相对独立的因子。其中,快速不动点算法能在根本上显著提高计算方法的在线学习速度和可靠性,不仅收敛速度较快,而且收敛性不易破坏。利用基于极大似然估计的快速不动点算法先后对瑞利信号和模拟雷达信号进行了独立成分分析处理,并与常用的主成分分析技术进行了对比,获得了较好的试验结果,证实了独立成分分析技术的良好处理效果,为进一步应用于实际的多普勒雷达信号的处理奠定了基础。     

基于激光多普勒测速雷达自相关检测算法研究

为提高车载激光多普勒测速低信噪比时的测速精度,同时保持较好的实时性,基于自相关检测算法在车载激光多普勒测速中的应用进行了理论与实验研究.从速度估计的克拉美罗下限(CRLB)出发,将自相关后信噪比与采样点数的关系和频域内信噪比估计相结合;不同原始信号的信噪比,可以选取最优重数和采样点数以便对信号进行自相关处理,从而减小计算量,实现系统信噪比和探测概率的提高.仿真和实验结果表明,在信噪比不低于-10 dB时,二重自相关可以使系统速度估计精度接近CRLB.