基于低轨稀疏星座的蓝绿激光对潜定位研究

发布时间：2021-11-05 12:41

　　潜艇只在必要时刻才浮出水面,对实时通信和导航定位造成极大制约。蓝绿激光具有深水穿透性高、衰减系数低等优势,已在机载和星载平台对潜艇通信中得到验证。借鉴GNSS导航信号产生原理,结合蓝绿激光通信测距一体化与低轨卫星自身精密定轨,提出了基于蓝绿激光通信的低轨卫星对潜定位算法。通过在激光通信中增加载波相位调制,实现潜艇激光接收器的伪距测量,联合其高程测量信息实现水下定位。以一带一路海域,特别是中国南海区域为服务对象,优化星座参数设计了3颗卫星组成的低轨稀疏星座。潜艇在星座覆盖区域内保持静态,间隔1～3 min完成至少两次通信测距和导航电文接收,联合两组观测数据、精密星历及高程测量信息进行定位解算。仿真结果显示,在卫星过境期间,考虑卫星定轨精度,激光在空气、水下传播误差等因素,潜艇可在水下实现X、Z方向定位误差优于100 m,Y方向误差约100～150 m的高精度定位,对提升潜艇的战场作战能力具有意义。 

【文章来源】：中国空间科学技术. 2020,40(05)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

星潜激光通信示意

激光通信测距一体化技术以激光光束为载体,将测距和通信信息共用同一束激光和硬件平台,同步完成通信和测距双重功能[9,15]。传统激光测距是通过激光发射器将序列码进行相位调制后发往被测目标,捕获目标反射回来的激光信号并解调恢复出序列,比对相位序列以确定相位时延差,进而确定激光往返时间间隔来实现测距[15]。考虑到低轨稀疏星座的过境窗口、潜艇的隐蔽性和水下工作环境需求,本文采用双向单程测距体制来实现潜艇伪距测量。其中双向单程测距体制如图 2所示[15]。M,N表征了潜艇和卫星两个测距对象,RNM,RMN为测距对象即卫星和潜艇的距离,卫星与潜艇间存在时差Δt,激光通信均存在发送时延τt、接收时延τr,若时差满足[15]:

在单程测距体制基础上,采用码元相位同步测距,其工作机制如图3所示,低轨卫星激光发射器基于星钟倍频产生工作时钟,在同步脉冲时刻,由测距编码模块产生基带数据,调制后作为测距标识,数据帧插入“计时”信息。潜艇接收激光信号并进行采样、码同步、帧同步等处理,解调出测距标识,并在数字控制振荡器(numerically controlled oscillator,NCO)时标模块比对,完成高精度“计时”,进而结合本地“计时”信息计算测距值[15]。1.3 低轨星座定位算法

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于低轨移动星座的高速星载路由器设计[J]. 吕原草,王凤春,徐楠,韩笑冬,冯彦君,邢川.  中国空间科学技术. 2019(06)
[2]单星测频静态目标无源定位研究[J]. 黄静,赵薇薇,陈雪华,刘喆,王刚.  中国空间科学技术. 2019(04)
[3]激光测距通信一体化技术研究及深空应用探索[J]. 刘向南,李英飞,向程勇,谌明,李晓亮.  深空探测学报. 2018(02)
[4]基于拖曳浮标的潜艇自主导航定位系统设计[J]. 向春清,陈永强.  舰船电子工程. 2017(01)
[5]基于主动取报方式的蓝绿激光星潜通信研究[J]. 徐涛,温东,姜波,陈晓露.  光通信技术. 2016(11)
[6]基于低轨道卫星的激光星潜双向通信研究[J]. 徐涛,温东,陈晓露.  通信技术. 2016(06)
[7]GPS/伪卫星组合定位中伪卫星改进选址模型[J]. 刘超,林鹏,张敬霞,赵兴旺.  中国空间科学技术. 2015(01)
[8]激光对潜通信的发展及存在的问题[J]. 周亚民,刘兵.  数字技术与应用. 2014(08)
[9]激光通信测距技术发展现状及趋势研究[J]. 李玮.  激光与红外. 2013(08)
[10]星座通信系统中单星定位研究[J]. 张计全,吕晶,于永.  遥测遥控. 2009(01)



本文编号：3477816