星载GPS大气掩星开环跟踪技术的设计及验证

摘要

低轨LEO大气掩星探测系统可以反演得到地表～80km高度范围的大气折射率、温度、压强等参数,大气探测对于我国气象预报、科学研究、军事应用等都有着非常重大的意义.低轨LEO接收到的大气掩星信号由于大气折射率梯度的快速变化,导致大气多普勒频移和振幅信号的波动剧烈增加.信号幅度的衰减与多普勒频率快速变化双重因素导致一般的锁相环不能正常工作,需要一种更稳定的跟踪技术对掩星信号进行稳定跟踪.本文介绍了一种应用于在轨的GPS大气掩星开环跟踪技术,它与传统的锁相环PLL的重要差别是在观测信号和控制模型之间没有反馈,开环跟踪算法采用轨道预报模型以及大气折射率气候多普勒模型、伪距模型对信号进行跟踪,所以它不受信号变动的影响,具备跟踪多重相位和幅度的能力.低轨LEO大气掩星事件可分为上升掩星事件及下降掩星事件,上升掩星事件没有闭环数据的辅助,难以有效的跟踪捕获,大气掩星开环技术是基于模型伪距及模型多普勒的预报进行信号的捕获跟踪,可解决上升掩星事件难以捕获的问题.本文最后以航天恒星自研的GNSS掩星信号源进行了实际的接收验证,通过与信号源内部的理论文件做对比,预报的多普勒精度优于5Hz,并对大气掩星事件进行了反演处理,折射率的精度优于1％.