內容簡介
本文集共收錄22篇論文，分六個部分。第一部分講述鎖相環的捕獲、VCO噪聲分析和AGC環分析；第二部分講述艦載測量設備中艦搖對跟蹤測量的影響和多徑反射對跟蹤測量的影響；第三部分講述空間交會對接微波雷達方案；第四部分講述雙星定位入站信號快速捕獲攻關研究結果；第五部分講述調頻調相應答機距離零值測量理論和方法；第六部分講述中繼星星間鏈路天線跟蹤指向系統中幾個技術難題的解決途徑。
本文集內容豐富，系統性和可讀性較強，可供高等院校跟蹤測控工程專業本科生和研究生學習參考，也可供相關專業的科研工程技術人員參考。
目錄
第一部分 鎖相環和AGC環的分析
一、VCO噪聲對鎖相環的影響 2
1 問題的提出 2
2 頻率穩定度的定義及表征 2
2.1 長期穩定度和短期穩定度 2
2.2 頻域表征——相對頻率起伏的單邊功率譜密度Sy(f) 3
2.3 時域表征——阿侖方差σ2y(τ) 3
2.4 頻域表征量和時域表征量的互換 4
3 VCO短期穩定度與環路相位抖動的關係 5
3.1 VCO的噪聲模型 6
3.2 二階環中VCO短期穩定度與環路相位抖動的關係 6
3.3 三階環中VCO短期穩定度與環路相位抖動的關係 10
4 結語 13
二、寬頻帶頻率引導捕獲方法和裝置 14
1 引言 14
2 組成及工作原理 14
2.1 掃描搜尋 15
2.2 VCO頻率粗置 15
2.3 VCO頻率細調整 15
2.4 環路鎖定 16
2.5 監視環路工作及失鎖再捕獲 16
3 技術要點 16
三、自動增益控制環路的線性分析和設計 17
1 引言 17
2 AGC環路的線性分析 17
2.1 AGC環路的傳遞函式 17
2.2 AGC環路的穩定性 20
2.3 對輸入噪聲的過濾性能 20
2.4 AGC環路的噪聲頻寬 21
2.5 AGC環路的跟蹤誤差 22
3 設計舉例 22
4 環路頻率回響的測量 23
4.1 利用調幅信號發生器測量環路頻率回響 23
4.2 對環路加低頻調製信號測量環路頻率回響 23
5 結語 24
第二部分 艦載測量設備分析
四、艦搖對都卜勒測速精度的影響 26
1 引言 26
2 大地坐標和甲板坐標的關係 26
2.1 坐標系的規定 26
2.2 空間任一點的甲板坐標轉換為大地坐標 28
3 兩個矢量的數積 29
4 艦搖引起的測速誤差 30
5 雙頻測角精度對修正量的影響 31
6 結語 32
五、修正艦搖引起都卜勒測速誤差的實驗研究 33
1 實驗目的 33
2 原理簡述 33
2.1 艦搖引起測速誤差的分析方法 33
2.2 天線在搖擺台上跟蹤固定信標修正測頻公式 35
2.3 實驗中φ1和φ2數據的獲取 35
3 結果分析 36
六、艦搖對側音測距精度的影響 39
1 引言 39
2 大地坐標和甲板坐標的關係 39
2.1 坐標系的規定 39
2.2 空間任一點的甲板坐標轉換為大地坐標 40
3 兩個矢量的數積 42
4 艦搖引起的測距誤差 43
5 結語 44
七、多徑反射對衛星都卜勒測速的影響 45
1 引言 45
2 線極化波多徑信號的影響 45
2.1 光滑平面鏡反射 45
2.2 粗糙面鏡反射 47
2.3 粗糙面漫散射 47
3 圓極化波多徑信號的影響 50
3.1 光滑平面鏡反射 50
3.2 粗糙面鏡反射 52
3.3 粗糙面漫散射 53
4 結語 54
八、多徑反射對衛星側音測距的影響 59
1 引言 59
2 光滑平面鏡反射多徑信號對測距的影響 59
3 粗糙面鏡反射多徑信號對測距的影響 62
4 粗糙面漫散射多徑信號對測距的影響 64
5 結語 65
第三部分 空間交會對接
九、空間交會對接微波雷達 70
1 引言 70
2 交會對接的階段劃分 70
2.1 遠距離引導段 71
2.2 近距離引導段 71
2.3 逼近段 71
2.4 對接段 71
3 國外交會對接測量系統簡況 71
4 交會對接微波測量系統方案 73
4.1 RVD測量敏感器組合形式 73
4.2 微波測量系統的功能和測量要求 73
4.2.1 各階段RVD過程中，微波雷達系統的功能 73
4.2.2 RVD各階段中，微波雷達系統的主要測量係數及其精度 74
4.3 微波雷達頻段選擇 74
4.4 微波雷達測量系統的組成及工作原理 75
5 追蹤飛行器和目標飛行器的微波雷達測量兼容性考慮 78
6 結語 78
第四部分 雙星定位系統
十、雙星定位入站信號快捕系統研究 80
1 引言 80
2 同步碼(速率為8 Mb/s)輸入信噪比為-20 dB的快捕系統 81
2.1 技術指標要求 81
2.2 快捕系統的原理 81
2.3 獲得的成果及重要意義 83
2.3.1 獲得的成果 83
2.3.1 重要意義 84
3 同步碼(速率為8 Mb/s)輸入信噪比為-22 dB的快捕系統 84
3.1 技術指標要求 84
3.2 快捕系統的原理 85
3.2.1 輸入信號格式和同步碼信號格式 85
3.2.2 捕獲系統的原理 85
3.3 實驗結果 87
4 同步碼(速率為4 Mb/s)輸入信噪比為-22 dB的快捕系統 87
4.1 技術指標要求 87
4.2 快捕系統的原理 88
4.2.1 輸入信號格式和同步碼信號格式 88
4.2.2 快捕系統的原理 88
4.3 實驗結果 90
第五部分 調頻調相應答機距離零值測量
十一、調頻調相應答機距離零值測量方法 94
1 概述 94
2 PM-PM應答機的R0測量方法 94
3 FM-PM應答機的R0測量方法 95
3.1 為什麼不能用PM-PM應答機的R0測量方法 95
3.2 FM-PM應答機的R0測量方法 95
3.3 應答機時延τ0的計算方法 96
4 方法正確性的證明 96
4.1 三個基本概念 96
4.2 已調頻信號通過恆幅線性相位系統的時延 97
4.2.1 群時延和相位時延 97
4.2.2 已調頻信號通過系統的時延 97
4.3 混頻器和倍頻器的時延測量 98
4.3.1 混頻器的時延測量 98
4.3.2 12倍頻器的時延測量 98
5 結語 99
十二、調頻調相應答機距離零值分析 100
1 概述 100
2 自校狀態的分析 101
2.1 主側音 101
2.2 次側音 102
3 主側音和次側音通過12倍頻器的分析 103
4 應答機的低通濾波器的影響 106
4.1 主側音 106
4.2 次側音 106
5 主側音與次側音測量時τ0的計算公式 106
5.1 主側音(27.77 kHz)測量時τ0的計算公式 107
5.2 次側音測量時τ0的計算公式 107
6 結語 107
十三、調頻調相應答機距離零值測量的理論與實踐 108
1 引言 108
2 FM-PM應答機R0測量的若干基本概念 108
2.1 測量任務 108
2.2 測量原理 108
2.3 用微波倍頻器(例如12倍頻器)作調製度變換器 109
2.4 自校信號的調製方式對時延的影響 109
2.5 載波初始相位和副載波初始相位對時延的影響 110
2.6 混頻器高本振和低本振對時延的影響 110
2.7 應答機是否造成測距信號倒相的判斷 110
2.8 主側音與次側音的時延計算公式 111
3 某宇航局校驗調頻調相轉換器的時延 111
3.1 某宇航局校驗調頻調相轉換器時延的過程 111
3.2 某宇航局校驗調頻調相轉換器時延的疑問 112
4 FM-PM轉換器的距離零值測試 112
5 結語 113
十四、調頻調相轉換器相位零值的判斷 114
1 問題的提出 114
2 調頻調相轉換器中的測距音倒相分析 115
3 參考文獻[6]中調頻調相轉換器相位零值校準的疑問 116
3.1 參考文獻[6]中調頻調相轉換器相位零值校準的過程 117
3.2 參考文獻[6]中調頻調相轉換器相位零值校準的疑問 117
3.3 看法 118
3.4 初步思考 118
4 調頻調相轉換器相位零值的另一種判斷方法 119
4.1 正弦調製信號與已調相信號、已調頻信號的波形關係 119
4.1.1 理論上f(t)與uPM(t)、 uFM(t)的關係 119
4.1.2 實驗結果 119
4.2 調頻調相轉換器相位零值的判斷 121
5 結語 122
十五、衛星測距校零中調頻信號源大頻偏調製與小頻偏調製的時延差測量方法 124
1 引言 124
2 調頻信號源大頻偏調製和小頻偏調製兩種狀態下時延差的測量方法 125
3 分頻調製度變換器的工作原理及時延測量 126
4 對調製度變換器時延測量的進一步驗證 127
5 結語 128
十六、調頻調相應答機距離零值測量新方法 130
1 問題的提出 130
2 分頻調製度變換器 130
2.1 工作原理 130
2.2 分頻調製度變換器的時延測量方法 131
3 調頻信號源大頻偏調製和小頻偏調製兩種狀態下時延差的測量方法 132
4 恆時延FM調製器法測量應答機距離零值 133
5 分頻調製度變換器法測量應答機距離零值 135
6 結語 135
第六部分 中繼星星間鏈路天線跟蹤指向系統
十七、TDRS天線捕獲跟蹤指向系統設計中的幾個問題 138
1 概述 138
1.1 APS的特點 138
1.2 APS的方案 138
1.3 天線跟蹤指向控制系統和姿態控制系統的關係 139
2 APS模型 139
2.1 APS的組成 139
2.2 功能及指標 139
2.3 動力學方程 140
2.4 天線指向控制系統框圖 140
3 天線指向控制系統的設計考慮 140
3.1 衛星姿態控制系統(ACS)和天線指向控制系統(APS)的相互影響 141
3.2 控制系統頻寬的考慮 141
3.3 結構參數變化的考慮 142
4 結語 142
十八、對寬頻數據傳輸信號的角跟蹤理論 143
1 引言 143
2 單通道跟蹤接收機方案 143
3 取數傳信號頻譜主瓣的小部分頻寬內信號實現角跟蹤理論的數學推導 144
3.1 寬頻單通道信號通過窄帶帶通濾波器的求解方法 144
3.2 寬頻單通道信號的指數傅立葉級數表示式 145
3.2.1 BPSK數傳信號的表示式 145
3.2.2 天線輸出信號的表示 145
3.2.3 單通道信號的表示 145
3.3 窄帶帶通濾波器的頻率特性 146
3.4 寬頻數傳信號通過窄帶帶通濾波器的輸出表示式 147
3.5 跟蹤接收機中頻頻寬的選擇 147
4 取數傳信號頻譜主瓣的小部分頻寬內信號實現角跟蹤理論的物理解釋 148
5 實驗驗證 149
6 結語 150
十九、再論證“對寬頻數據傳輸信號的角跟蹤理論” 151
1 引言 151
2 單通道跟蹤接收機方案 152
3 取數傳信號頻譜主瓣的任意部位小部分頻寬內信號實現角跟蹤理論的數學推導 153
3.1 寬頻單通道信號通過窄帶帶通濾波器的求解方法 153
3.2 寬頻單通道信號的指數傅立葉級數表達式 153
3.2.1 BPSK數傳信號的表達式 153
3.2.2 天線輸出信號的表示 154
3.2.3 單通道信號的表示 154
3.3 窄帶帶通濾波器的頻率特性 155
3.4 寬頻數傳信號通過窄帶帶通濾波器的輸出表達式 155
4 取數傳信號頻譜主瓣的任意部位小部分頻寬內信號實現角跟蹤理論的物理解釋 157
5 實驗驗證 158
6 結語 159
二十、星間鏈路角跟蹤系統校相分析 160
1 引言 160
2 相位校準的指標要求 161
3 用戶星角跟蹤系統交叉耦合分析 161
3.1 分析依據 161
3.2 交叉耦合源 161
3.3 分析簡述 162
3.4 計算例 164
4 用戶星角跟蹤系統校相方案選擇 164
4.1 引起和差通道相移變化的4個環節 164
4.2 角跟蹤系統校相方案選擇 164
5 結語 165
二十一、中繼星天執行緒控指向用戶星的方位角和俯仰角計算 166
1 衛星軌道的6個軌道根數 166
2 坐標系定義及坐標轉換矩陣 167
2.1 地心慣性坐標系O-XIYIZI 167
2.2 地心軌道坐標系O-XoYoZo 168
2.3 質心軌道坐標系S-XoYoZo 169
2.4 中繼星星體坐標系SD-XbYbZb 169
2.5 中繼星天線坐標系Sa-XaYaZa 169
2.6 坐標轉換矩陣 169
3 中繼星到用戶星的位置矢量在地心慣性坐標系中的表示 171
3.1 中繼星在地心慣性坐標系中的位置矢量 171
3.2 用戶星在地心慣性坐標系中的位置矢量 172
3.3 中繼星到用戶星的位置矢量在地心慣性坐標系中的表示 172
4 中繼星到用戶星的位置矢量在中繼星質心軌道坐標系中的表示 172
5 中繼星到用戶星的位置矢量在中繼星星體坐標系中的表示 173
6 中繼星天線指向用戶星的方位角和俯仰角計算 174
7 計算例 175
8 結語 176
二十二、星間鏈路天線掃描捕獲方法 178
1 概述 178
2 中繼星天執行緒控指向用戶星的方位角α和俯仰角β的計算 178
3 阿基米德螺旋線方程 179
4 中繼星天線恆角速度螺旋掃描捕獲方法 179
5 中繼星天線恆線速度螺旋掃描捕獲方法 181
5.1 螺旋線長L的近似表達式 181
5.2 等線速螺旋線的極角θ的表達式 181
5.3 天線方位軸轉角α和俯仰軸轉角β的數學表達式 181
5.4 掃描軌跡恆線速度V與天線方位軸、俯仰軸的角速度(α′，β′)的關係 182
5.5 計入用戶星運動參數的恆線速度螺旋掃描天線轉角表達式 183
5.6 掃描參數選擇 183
5.6.1 掃描參數及單位 183
5.6.2 掃描參數選擇 184
5.7 信號判決門限設定 184
5.8 計算例 184
6 結語 185
附錄A 出版論文的刊物目錄 186
附錄B 天線指向系統的數學模型框圖繪製 188
附錄C 論文評審意見表 192
