USO—KBR测距系统建模与仿真

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1、第21卷第5期航天器工程Vo1．21NO．52012年1O月SPACECRAFTENGINEERING91USO—KBR测距系统建模与仿真辛宁邱乐德张立华丁延卫覃政(1航天东方红卫星有限公司，北京100094)(2中国空间技术研究院，北京100094)摘要K频段微波测距(KBR)系统是低一低卫星跟踪卫星(SST—LL)重力测量卫星的关键栽荷之一，其性能直接影响地球重力场空间变化率的测定结果，而KBR系统中超稳振荡器(USO)的稳定度对KBR系统整体测距精度有着重要影响。文章根据双向测量载波相位对比原理和US0幂率谱模型，对

2、KBR系统进行了建模。首先，描述了测距系统的基本原理、系统功能组成及适用于KBR系统的数学模型；然后，利用Matlab软件对“重力恢复和气候实验”(GRACE)卫星的KBR系统进行了仿真。仿真结果表明，采用该模型和方法后获得的双向测距中误差(RMSE)为9．81m，与公布的GRAcE卫星KBR系统10I上m的中误差相符。文章为KBR系统的工程设计提供了仿真分析工具，可为工程应用提供设计参考。关键词重力测量卫星；低一低卫星跟踪卫星；K频段微波测距系统；超稳振荡器；仿真中图分类号：V412．4文献标志码：ADOI：10．396

3、9／j．issn．1673—8748．2012．05．015ModelingandSimulationforUSO—KBRRangingSystemXINNing’QIULedeZHANGLihuaDINGYanweiQINZheng(1DFHSatelliteCo．Ltd，Beijing100094，China)(2ChinaAcademyofSpaceTechnology，Beijing100094，China)Abstract：TheKbandranging(KBR)systemisoneofthemostimpor

4、tantinstrumentsofthelow—lowsatellite—satellitetracing(SST—LL)gravitymeasurementsatellitewhichdirectlyaffectstheEarthgravityfieldspaceresolution．Thestabilityofultrastableoscillator(USO)hasagreatinfluenceonthewholeperformanceoftheKBR．Basedonthedualone—wayrangingprin

5、cipleandUSOpowerlawmodel，asystemstructureispresentedforhighprecisionKBRmeasurementsire—ulation．Thebasicprinciple，functioncompositionandappropriatemathematicalmodelsusedinthesimulationarestudied，andasimulationsystemisproposedtosimulateKBRofGRACEwithMatlab．Theresult

6、showsthattherootmeansquareerror(RMSE)ofdualone—wayrangingis9．81／,m，whichiSthesameasthatofKBRinGRACE(10um)．Themode1canbeconsideredasasimulationandanalysistoolforKBRsystemdesignandareferencefortheprojectapplication．Keywords：gravitymeasurementsatellite；low—lowsatelli

7、te—satellitetracing；KBRsystem；USO；sim111ation收稿日期：20120524；修回日期：2012—08—23基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：辛宁(1982一)，男，博士研究生，研究方向为重力场卫星总体设计。Email：xinning7@sohu．CO1TI。航天器工程21卷FA()一MACOS(2~fAt+声0A)(1)1引言FB()一Mucos(27rfBt+B)(2)在t时刻，A星接收到r时问(B星到A星的低低卫星跟踪卫星(SST—LL)重力测量卫星传播时间)前B星发射的

8、微波信号与本地发射信号是利用卫星测量地球重力场的主要方法之一，对混频，相乘得测绘、地震、海洋、水文、地球物理、资源勘探和军FA(￡)FB(—a)一事等均有着非常重要的意义。2O02年3月，美德MAMBcos(2~fAt+A)cos(2afB(—a)+oB)===成功发射了基于SST—II的“重力恢复和气