嫦娥五號(hào)飛行試驗(yàn)器搭載星載多模接收機(jī),驗(yàn)證星載接收機(jī)接收導(dǎo)航星旁瓣信號(hào)的能力,首次實(shí)現(xiàn)了利用旁瓣信號(hào)對(duì)大橢圓軌道航天器的導(dǎo)航定位。理論分析了導(dǎo)航星旁瓣信號(hào)接收的可行性,基于嫦娥五號(hào)飛行試驗(yàn)器軌道特性研究了接收機(jī)接收信號(hào)功率及可視導(dǎo)航星數(shù)目與地心距變化的關(guān)系,并給出了理論幾何定位因子。分析表明,接收機(jī)靈敏度達(dá)到-160dBm條件下,可具備6×104 km以下高度的定位能力。對(duì)獲取的導(dǎo)航解數(shù)據(jù)及偽距進(jìn)行了處理分析,利用導(dǎo)航解進(jìn)行定軌計(jì)算,導(dǎo)航解的噪聲水平優(yōu)于10m。利用差分偽距數(shù)據(jù)進(jìn)行定軌計(jì)算,殘差噪聲約為8.5m,使用1h數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)定軌預(yù)報(bào)1h優(yōu)于百米的精度,達(dá)到地基數(shù)據(jù)長(zhǎng)弧條件下定軌預(yù)報(bào)精度水平。 

【文章來(lái)源】：系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2016,38(05)北大核心EICSCD

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圖１導(dǎo)航衛(wèi)星可視性判別

航衛(wèi)星可視性判別根據(jù)ＧＰＳ衛(wèi)星的功率方向圖，其下行信號(hào)的主瓣內(nèi)功率最強(qiáng)，覆蓋范圍為±４５°，副瓣功率則隨著夾角的增加呈下降趨勢(shì)［６］�？紤]到ＣＥ５Ｔ接收機(jī)預(yù)期的靈敏度為－１４０～－１６０ｄＢｍ，分別針對(duì)－１４０ｄＢｍ，－１５０ｄＢｍ，－１６０ｄＢｍ３個(gè)檔次對(duì)任務(wù)期間的衛(wèi)星可視性進(jìn)行了分析�？梢曅l(wèi)星數(shù)分為完全不可見(jiàn)、１～３顆、４～８顆、８顆以上４類(lèi)。在地心距的劃分上，從０～８×１０４ｋｍ之間每隔２×１０４ｋｍ劃分１檔。圖２給出了相應(yīng)的結(jié)果：０～２×１０４ｋｍ之間，３種靈敏度設(shè)置的可視衛(wèi)星數(shù)均大于４；當(dāng)靈敏度高于－１５０ｄＢｍ時(shí)，在４×１０４ｋｍ以下可視衛(wèi)星數(shù)始終大于４顆，對(duì)于４×１０４～６×１０４ｋｍ高度，靈敏度需達(dá)到－１６０ｄＢｍ方能始終保持４顆以上ＧＰＳ衛(wèi)星可視，可視衛(wèi)星數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖２所示。接收機(jī)靈敏度的提高雖然增強(qiáng)了信號(hào)接收能力，但多徑效應(yīng)以及背景輻射等都會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾，對(duì)接收機(jī)性能及整星設(shè)備的要求也會(huì)更為苛刻。圖２可視衛(wèi)星數(shù)統(tǒng)計(jì)２在軌數(shù)據(jù)分析受限于試驗(yàn)任務(wù)事件的安排，星載接收機(jī)在軌期間共開(kāi)機(jī)兩次，分別是地月轉(zhuǎn)移段的初期與月地返回段的末期。為確保接收機(jī)開(kāi)機(jī)能正常工作，ＣＥ５Ｔ接收機(jī)開(kāi)機(jī)的一個(gè)重要約束條件是距離地球６×１０４ｋｍ之內(nèi)。第１次開(kāi)機(jī)時(shí)間２０１４年１０月２４日２∶５４，持續(xù)時(shí)間約３小時(shí)，第２次開(kāi)機(jī)為１１月１日３時(shí)～６時(shí)。兩次試驗(yàn)非常圓滿，成功獲取了導(dǎo)航解（地固坐標(biāo)系位置、速度）以及偽距測(cè)量數(shù)據(jù)，本節(jié)對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行

第５期曹建峰等：ＣＥ５Ｔ星載ＧＰＳ數(shù)據(jù)的定軌分析·１１２３·??????????????????????????????????????????????????圖３地月轉(zhuǎn)移段ＰＤＯＰ值計(jì)算圖４月地返回段ＰＤＯＰ值計(jì)算在正常工作弧段內(nèi)，雖然可視導(dǎo)航衛(wèi)星數(shù)變化不大，但隨著地心距的增加，偽距數(shù)據(jù)的噪聲逐漸變大，ＰＤＯＰ值更是顯著增加，因而單點(diǎn)定位的精度會(huì)隨著地心距的增加而顯著降低。另外，ＣＥ５Ｔ星載接收機(jī)鐘的穩(wěn)定度稍差，根據(jù)初期設(shè)計(jì)，如接收機(jī)鐘差超過(guò)０．５ｍｓ，則需要進(jìn)行一次校準(zhǔn)。利用單點(diǎn)定位解的數(shù)據(jù)進(jìn)行定位計(jì)算，一并解算接收機(jī)鐘差，大約每１０ｍｉｎ鐘差就會(huì)發(fā)生一次跳變（見(jiàn)圖５）。圖５鐘差變化信息２．２導(dǎo)航解精度評(píng)估星載接收機(jī)具有濾波功能，因此下傳的導(dǎo)航解非純單點(diǎn)定位。在濾波收斂不穩(wěn)定的條件下，直接下傳單點(diǎn)定位解，否則下傳濾波結(jié)果，文中統(tǒng)稱(chēng)為導(dǎo)航解。濾波解相對(duì)于單點(diǎn)定位更為平穩(wěn)，通常精度也更高。但是，接收機(jī)未考慮軌道機(jī)動(dòng)及姿軌控力的影響，星上干擾力會(huì)直接影響濾波結(jié)果，因而濾波解對(duì)軌道機(jī)動(dòng)信息的反映會(huì)有延遲。如果星上干擾力較大，則可能會(huì)導(dǎo)致濾波重起步。另一個(gè)問(wèn)題是，濾波處理開(kāi)始需要一定的測(cè)量數(shù)據(jù)使得濾波趨于穩(wěn)定，如果觀測(cè)幾何不好，可能會(huì)導(dǎo)致濾波收斂異常，其結(jié)果卻不如單點(diǎn)定位結(jié)果。評(píng)估導(dǎo)航節(jié)精度的直接方法是將導(dǎo)航解的位置、速度分量作為獨(dú)立測(cè)源進(jìn)行定軌計(jì)算，相應(yīng)的觀測(cè)偏導(dǎo)數(shù)為單位陣，導(dǎo)航解分量對(duì)改進(jìn)歷元航天器狀態(tài)量的偏導(dǎo)數(shù)即為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。在月地返回階段，接收機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)刻可視衛(wèi)星數(shù)少，接收信號(hào)弱，該狀態(tài)下偽距數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，因而濾波起步階段存在異常，但是

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3336494