[发明专利]双向测距与时间比对处理终端

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种双向测距与时间比对处理终端，属于航天测控通信技术领域。

(二)背景技术：

基于扩频技术的航天测控通信系统的核心是将伪码扩频、伪码测距、码分多址等数字通信技术引入到测控系统中，实现对卫星的遥测、遥控、测距、测速、跟踪、测角、数传等功能，完成测控任务，靠码分多址实现多目标测控通信。

无线电测距原理是测量无线电波的传输时延。首先发射无线电波，然后测量返回信号相对于发射信号的时延τ，从而计算出目标距离R。R与τ的关系为：R＝τc/2，其中，c为无线电传播速度(光速)。因此，测距就是测传播时延τ。

伪码测距是根据伪码可复制且其自相关函数为冲击函数这一特点，来测定电波传播时延τ的。接收机在本机产生与发射信号相同的测距伪码，不断改变其相位，与带有噪声的接收信号进行相关计算，当相关函数出现尖锐的相关峰时，本地伪码就可完全替代接收信号，此时测量收发测距伪码之间的时延，就是电波传播时延τ。

相关的关键技术如下：

测距模式(方法)：收发端的时钟存在时间和频率差，必须首先获得和(或)消除这一误差，才能得到正确的电波传播时延τ。通过采取选择不同的时差/频差处理方法，可以得到基于扩频技术的不同测距模式(方法)，并显示出各自的优缺点。

扩频信号的同步和电波传播时延的测定：接收机需要在本机产生与发射信号相同的本地载波和本地伪码，并进一步从本地复现伪码的相位值中提取时延信息。可以利用锁频环、科斯塔斯环、延迟锁定环等方法实现扩频信号的同步。接收机在本地历元时刻采样本地复现伪码的码相位值，可以得到本机接收信号时刻相对于对方信号发射时刻的伪时延值，进一步处理后得到真正的传播时延。

测距精度误差及其测试：测量设备钟差及其变化、测量设备距离变化、测量设备固有的电波传播和信号处理时延、天线相位中心误差、以及接收机热噪声和动态应力等因素都会给最终的距离测量精度带来误差，在这些误差因素中，前4项属于系统误差，后一项属于随机误差。由于误差因素较多，很难一一分析，对于各种误差因素给距离测量带来的总误差的评估，可以利用相应的方法和检定设备进行测试，以确定该测量设备的测距精度等指标。

与本发明相关的现有技术：

1、基于扩频技术的相干测距模式

如图1所示，在相干测距模式下，由测量设备A实现双程距离测量。在设备A和设备B的信号正常同步的情况下，在某一时刻，设备A产生测距伪码，调制到载波f1向设备B发射的同时，锁存该测距伪码的初始相位值；该时刻所发射的测距伪码由设备B接收，并在本地生成同步于接收信号的测距伪码，调制到载波f2后转发；设备A对由设备B发来的测距伪码进行跟踪复现，并将复现伪码的相位与锁存的发射伪码初始相位进行比较，根据二者的相位差获得电波传播时延。这里设备B的接收伪码与转发伪码相参，二者的码钟频率同步变化，即相干测距模式。

这种基于扩频技术的相干测距模式的缺点如下：

(1)由于采用相干测距，两条链路的信号相关，当从设备A到设备B的链路信号不稳定时，会引起另一条链路的失锁，从而无法正常测距，并且调制在测距伪码上的遥测、遥控等数据信息也无法正常传送。

(2)这一方法最初只能在设备A这一端获得测距结果，只有通过采用附加信息帧或在已有信息帧中添加额外信息的方法将测距结果传送到设备B，才能实现测距结果的共享。

(3)这一方法要求两条链路的测距码速率、调制方式等参数保持一致，否则两条链路间的时间同步较难实现。在数据速率不对称的双向测控链路中，这给系统设计带来了很大的不便。

(4)当电波传播媒介不均匀，或当电波通过电离层时，该方法中两条链路的电波传播时延同向变化，无法对消其带来的时延测量误差。

2、传统的测距精度误差检定方法

如图2或图3所示，检定某一系统的测距精度误差时，传统的方法是将测量设备A和测量设备B装载在实际的载体上，或者将二者通过信道模拟器相连，用来模拟两台测量设备间的信噪比变化、初始距离差和相对运动等情况；并将实际载体或信道模拟器的模拟值和设备A的测距结果连到数据记录设备，对各次测距结果进行统计处理，以对系统的动态性能和测距精度等指标进行检定。

这种传统的测距精度误差检定方法的缺点是：

(1)各设备相互独立，系统复杂，集成度低。

(2)测距精度误差的检定精度受限于对实际载体运动情况的模拟精度，或者信道模拟器的信号时延模拟精度，误差检定精度一般不高。

(三)发明内容：