● 摘要
星间链路技术是新一代GNSS的重要组成部分，通过在导航星座建设星间链路来提高系统性能已经成为GNSS的发展趋势。导航星座中建立测距链路的目的是获取星间相对距离和钟差观测量，并实现卫星之间距离、钟差、先验轨道信息等数据的交换。星间高精度距离测量是决定导航星座星间链路最终实现水平的核心技术之一。本文以我国正在建设实施的北斗卫星导航系统为背景，系统地研究导航卫星星间高精度距离测量方法，主要的研究内容如下：（1）分析了导航卫星星间链路的总体框架。通过星座构型分析，建立了北斗二号导航卫星系统的空间几何模型；结合工程实现约束，从建立条件、频段选择和拓扑结构等方面对导航星座的星间链路进行了详细的分析；建立了导航星间链路的信道分析模型，给出了星间链路的功率预算和频率动态预算，得到了星间距离测量的整体约束条件。（2）系统地研究了适用于导航星座的星间链路测距方法。从距离估计理论出发，研究了星间距离测量的信号形式以及数据处理方法，确定了以扩频伪码作为基本信号形式，以扩频测量帧解决距离模糊度，以载波相位平滑伪距来提高距离估计精度的测距信号框架；通过对星间测距链路构型的分析，提出了一种基于ASM异步采样的星间DOWR算法，给出了卫星星间距离和钟差的完整测量方法及解算方程。（3）详细分析并设计了星间链路端到端信号处理的关键算法。结合对导航卫星星间链路测距和通信体制的讨论，概括了星间链路载荷设计的总体需求和端到端信号处理的关键技术环节；讨论了星间测距信号的结构和产生方式；研究了高动态星间扩频信号的快速捕获算法，提出了一种改进的频域并行捕获算法，改进算法具有更大的频率捕获范围并能够克服基带数据调制对捕获性能的不利影响；研究了扩频信号的跟踪方法，提出了适用于扩频信号接收的全复合跟踪环路，详细给出了数字跟踪环路中各部件的实现结构和参数计算方法；通过对环路跟踪性能的分析，给出最优跟踪精度意义上的环路优化方法和优化流程；提出了一种相干AGC的设计方法，给出基于相干AGC/非相干AGC切换的接收机控制策略。（4）系统地探讨了星间距离测量的误差来源及修正方法。根据所提出的星间距离测量解算方程，对测距误差来源进行了分类讨论；针对双向距离测量的收发设备延时，提出一种基于功率检测的在线延时标定方法；针对异轨星间测距链路的特征，提出并分析了星间Sagnac效应的影响；对于星间同时存在钟差和相对运动的情况，分析了两者相耦合产生的双程距离差并给出误差修正方法。本文的研究是对无线电测距理论和方法的发展和丰富，具有一定的理论意义；所提出的模型和算法均以实际工程约束为前提，具有较高的工程实践价值。