GBT 43373-2023 空間數(shù)據(jù)與信息傳輸系統(tǒng) 深空測(cè)控偽碼測(cè)距技術(shù)要求（正式版）

空間數(shù)據(jù)與信息傳輸系統(tǒng)深空測(cè)控偽碼測(cè)距技術(shù)要求2023-11-27發(fā)布2024-03-01實(shí)施國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14再生偽碼測(cè)距 24.1偽碼碼型 24.2地面站上行處理 24.3航天器處理 34.4地面站下行處理 45轉(zhuǎn)發(fā)偽碼測(cè)距 55.1偽碼碼型 55.2地面站上行處理 55.3航天器轉(zhuǎn)發(fā) 55.4地面站下行處理 6附錄A(規(guī)范性)測(cè)距偽碼的基帶成形與調(diào)制 7附錄B(資料性)上行碼片速率示例 9附錄C(資料性)理論偽碼捕獲時(shí)間 附錄D(規(guī)范性)偽碼測(cè)距單向抖動(dòng) 附錄E(規(guī)范性)偽碼測(cè)距信號(hào)功率分配 ⅢGB/T43373—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國(guó)宇航技術(shù)及其應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC425)提出并歸口。本文件起草單位：北京跟蹤與通信技術(shù)研究所、西安空間無線電技術(shù)研究所、北京遙測(cè)技術(shù)研究所、中國(guó)西安衛(wèi)星測(cè)控中心、中國(guó)航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所。高精度無線電測(cè)距對(duì)深空導(dǎo)航和無線電科學(xué)研究等具有重要意義。再生偽碼測(cè)距可有效避免測(cè)距轉(zhuǎn)發(fā)噪聲，顯著提升遠(yuǎn)距離、弱信號(hào)深空測(cè)控場(chǎng)景下的測(cè)距精度。偽碼測(cè)距要求航天器和地面站天地一體密切配合，相關(guān)技術(shù)要求復(fù)雜、涉及面廣，需規(guī)范明確；深空測(cè)控國(guó)際合作的機(jī)構(gòu)間交互支持，也需相應(yīng)技術(shù)體制與國(guó)際兼容。本文件主要是明確再生偽碼測(cè)距相關(guān)技術(shù)要求，也給出了轉(zhuǎn)發(fā)偽碼測(cè)距的相關(guān)技術(shù)要求。一般情況下，推薦深空測(cè)控偽碼測(cè)距采用再生方式，而非轉(zhuǎn)發(fā)方式。航天器在偽碼捕獲前，可以轉(zhuǎn)發(fā)偽碼，進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)偽碼測(cè)距。IN1空間數(shù)據(jù)與信息傳輸系統(tǒng)深空測(cè)控偽碼測(cè)距技術(shù)要求本文件規(guī)定了深空測(cè)控再生/轉(zhuǎn)發(fā)偽碼測(cè)距的偽碼碼處理等要求。本文件適用于采用深空測(cè)控再生/轉(zhuǎn)發(fā)偽碼測(cè)距技術(shù)的航天器與地面測(cè)控設(shè)備設(shè)計(jì)、天地接口設(shè)2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于GB/T42041航天術(shù)語空間數(shù)據(jù)與信息傳輸3術(shù)語和定義GB/T42041界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。分量碼componentsequences用于生成測(cè)距偽碼的一組短周期偽隨機(jī)碼序列。T4B碼weighted-voting(v=4)balancedTausworthecode由6個(gè)周期性分量碼按一定邏輯組合得到的加權(quán)均衡Tausworthe碼，其中周期最短的分量碼權(quán)由6個(gè)周期性分量碼按一定邏輯組合得到的加權(quán)均衡Tausworthe碼，其中周期最短的分量碼權(quán)基帶成形base-bandshaping對(duì)測(cè)距偽碼的基帶碼片進(jìn)行濾波，使其波形從方波變?yōu)榘胝也ǖ奶幚磉^程。測(cè)距偽碼對(duì)載波調(diào)制后，信號(hào)功率譜上頻率為碼片速率的一半的單音分量。由雙向光行時(shí)測(cè)量的時(shí)間抖動(dòng)換算得到的單向距離隨機(jī)誤差(lo)。24再生偽碼測(cè)距4.1偽碼碼型4.1.1偽碼組合方式測(cè)距偽碼(C)由6個(gè)周期性分量碼C1～C6以特定的組合邏輯加權(quán)組合得到，見圖1。圖1測(cè)距偽碼與分量碼的組合關(guān)系在需要高精度測(cè)距的情況下，應(yīng)選用C1權(quán)重為4的T4B碼，組合邏輯見公式(1)。Crm=sign(4C1+C2-C3-C4+C5-C6) (1)式中：sign——取符號(hào)操作，結(jié)果為+1或-1;C1～C6——6個(gè)周期性分量碼，見圖1。在需要快速完成距離捕獲的情況下，應(yīng)選用C1權(quán)重為2的T2B碼，組合邏輯見公式(2)。Cr?B=sign(2C1+C2-C3-C4+C5-C6) 式中：4.2地面站上行處理4.2.1上行偽碼調(diào)制通常情況下，應(yīng)對(duì)偽碼進(jìn)行基帶成形，成形濾波器的沖擊響應(yīng)[h(t)]見公式(3): (3)t——時(shí)間，單位為秒(s);T.——碼片寬度，單位為秒(s)。3GB/T43373—2023地面站應(yīng)采用線性相位調(diào)制方式將偽碼調(diào)制于上行載波。測(cè)距偽碼的基帶成形與調(diào)制按附錄A執(zhí)行。4.2.2上行碼片速率上行碼片速率應(yīng)與實(shí)際上行載波頻率相干，見公式(4):式中：Fchip——碼片速率，單位為碼片每秒(chip/s);FRc——測(cè)距時(shí)鐘頻率，單位為赫茲(Hz);f——實(shí)際上行載波頻率，單位為赫茲(Hz);γ——不同頻段的頻率因數(shù)，對(duì)S頻段上行載波頻率(2025MHz～2120MHz)取221、對(duì)X頻段上行載波頻率(7145MHz～7235MHz)取749、對(duì)K頻段上行載波頻率(22550MHz~23150MHz)取2407、對(duì)Ka頻段上行載波頻率(34200MHz～34700MHz)取3599;l、k為常數(shù)，對(duì)S頻段、X頻段、K頻段取值對(duì)Ka頻段取值如下：地面站應(yīng)至少支持l=4,k=6以及l(fā)=8,k=6兩擋速率。地面站如無法準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)公式(4)的標(biāo)稱碼片速率，實(shí)際產(chǎn)生的碼片速率應(yīng)鎖定于地面站頻率基準(zhǔn)，且與標(biāo)稱碼片速率的偏差應(yīng)小于10-?Hz。上行碼片速率示例見附錄B。4.3航天器處理4.3.1處理流程無論遙控、遙測(cè)是否工作，航天器應(yīng)答機(jī)應(yīng)執(zhí)行以下測(cè)距處理流程：a)上行載波跟蹤與測(cè)距信號(hào)解調(diào)；b)上行碼片速率捕獲與跟蹤；c)上行偽碼捕獲與跟蹤；d)偽碼相干再生，調(diào)制于與上行載波相干的下行載波。4.3.2動(dòng)態(tài)性能在不同測(cè)距信噪譜密度比(P,/N?)下，航天器應(yīng)答機(jī)應(yīng)在相應(yīng)載波頻率偏移(△f/f)、載波頻率偏移變化率(R)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)偽碼捕獲。具體要求如下：4.3.3接收特性在載波兩側(cè)1.5Fh頻率范圍內(nèi)，相位響應(yīng)對(duì)線性相頻特性的偏離應(yīng)在±5°以內(nèi)，增益波動(dòng)應(yīng)在44.3.4捕獲時(shí)間與偽碼捕獲概率捕獲時(shí)間包含環(huán)路捕獲時(shí)間與偽碼捕獲時(shí)間。航天器應(yīng)答機(jī)偽碼捕獲時(shí)間應(yīng)保證偽碼捕獲概率達(dá)到99.9%。航天器應(yīng)答機(jī)采用6個(gè)并行相關(guān)處理器標(biāo)稱設(shè)計(jì)時(shí)，在不同P,/N。下(可放寬2dB)達(dá)到99.9%偽碼捕獲概率所需理論偽碼捕獲時(shí)間見附錄C。4.3.5測(cè)距時(shí)延穩(wěn)定性航天器測(cè)距時(shí)延應(yīng)滿足以下要求：a)標(biāo)稱工況(壽命期內(nèi)，標(biāo)稱載波頻率、輸入電平、調(diào)制指數(shù)、溫度等)范圍內(nèi)，測(cè)距時(shí)延變化在±1/(30Fchip)或士20ns范圍內(nèi)(以較大者為準(zhǔn));b)測(cè)距時(shí)延通過工況標(biāo)定達(dá)到±1/(500Fch)或±1ns精度(以較大者為準(zhǔn))。4.3.6航天器測(cè)距抖動(dòng)性能航天器應(yīng)答機(jī)跟蹤碼片速率的單向抖動(dòng)應(yīng)符合相應(yīng)P,/N。(可放寬2dB)、碼片跟蹤環(huán)路帶寬(B?)、Fchip下的理論性能。單向抖動(dòng)的理論性能按附錄D計(jì)算，計(jì)算中涉及的測(cè)距時(shí)鐘分量功率按附通常情況下，應(yīng)對(duì)再生的偽碼進(jìn)行基帶成形，成形濾波器的沖擊響應(yīng)見公式(3)。航天器應(yīng)答機(jī)應(yīng)采用線性相位調(diào)制方式將偽碼調(diào)制于下行載波。測(cè)距偽碼的基帶成形與調(diào)制按附錄A執(zhí)行。在載波兩側(cè)1.5Fchip頻率范圍內(nèi)，相位響應(yīng)對(duì)線性相頻特性的偏離應(yīng)在士5°以內(nèi)，增益波動(dòng)應(yīng)在下行碼片速率應(yīng)與上行接收碼片速率相干，發(fā)送偽碼相位應(yīng)與接收偽碼相位相干。4.4地面站下行處理地面站接收機(jī)應(yīng)執(zhí)行以下測(cè)距處理流程：a)下行載波跟蹤與測(cè)距信號(hào)解調(diào)；b)下行碼片速率捕獲與跟蹤；c)下行偽碼捕獲與跟蹤；d)比較收發(fā)偽碼，計(jì)算測(cè)距時(shí)延。在不同測(cè)距信噪譜密度比(P,/N?)下，地面站接收機(jī)應(yīng)在相應(yīng)載波頻率偏移(△f/f)、載波頻率偏移變化率(R)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)偽碼捕獲。具體要求如下：54.4.3捕獲時(shí)間與偽碼捕獲概率捕獲時(shí)間包含環(huán)路捕獲時(shí)間與偽碼捕獲時(shí)間。地面站接收機(jī)偽碼捕獲時(shí)間應(yīng)保證偽碼捕獲概率達(dá)到99.9%。地面站接收機(jī)采用76個(gè)并行相關(guān)處理器標(biāo)稱設(shè)計(jì)時(shí)，在不同P/N。下(可放寬0.5dB)達(dá)到99.9%偽碼捕獲概率所需理論偽碼捕獲時(shí)間見附錄C。4.4.4地面站群時(shí)延穩(wěn)定性地面站24h群時(shí)延絕對(duì)變化不大于3ns。4.4.5地面站測(cè)距抖動(dòng)性能地面站接收機(jī)跟蹤碼片速率的單向抖動(dòng)應(yīng)符合相應(yīng)P,/N?(可放寬1dB)、碼片跟蹤環(huán)路帶寬(BL)、Fhip下的理論性能。單向抖動(dòng)的理論性能按附錄D計(jì)算，計(jì)算中涉及的測(cè)距時(shí)鐘分量功率按附錄E計(jì)算。地面站對(duì)測(cè)距值所打時(shí)標(biāo)的精度應(yīng)優(yōu)于1μs(以UTC時(shí)為基準(zhǔn))。5轉(zhuǎn)發(fā)偽碼測(cè)距5.1偽碼碼型同4.1的要求。5.2地面站上行處理同4.2的要求。5.3航天器轉(zhuǎn)發(fā)無論遙控、遙測(cè)是否工作，航天器應(yīng)答機(jī)應(yīng)執(zhí)行以下測(cè)距處理流程：a)上行載波跟蹤與測(cè)距信號(hào)解調(diào)；b)上行測(cè)距信號(hào)濾波及自動(dòng)增益控制，得到下行測(cè)距信號(hào)；c)下行測(cè)距信號(hào)調(diào)制于與上行載波相干的下行載波。5.3.2測(cè)距通道特性在載波兩側(cè)0.125Fdip～1.0Fip頻率范圍內(nèi)，端到端帶內(nèi)指標(biāo)要求如下：a)群時(shí)延變化應(yīng)在±1/(30Fchp)以內(nèi)；b)增益波動(dòng)應(yīng)在士0.5dB以內(nèi)。測(cè)距通道(濾波器3dB)帶寬左邊界應(yīng)小于0.02Fchip或3kHz(以較大者為準(zhǔn)),右邊界應(yīng)大于6單邊噪聲帶寬應(yīng)不大于1.8Fap。5.3.5測(cè)距時(shí)延穩(wěn)定性同4.3.5的要求。測(cè)距信號(hào)經(jīng)濾波和自動(dòng)增益控制后，對(duì)下行載波進(jìn)行線性相位調(diào)制。5.4地面站下行處理同4.4.1的要求。在不同測(cè)距信噪譜密度比(P,/N?)下，地面站接收機(jī)應(yīng)在相應(yīng)載波頻率偏移(△f/f)、載波頻率偏移變化率(R)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)偽碼捕獲。具體要求如下：5.4.3捕獲時(shí)間與偽碼捕獲概率5.4.4地面站群時(shí)延穩(wěn)定性同4.4.4的要求。5.4.5地面站測(cè)距抖動(dòng)性能同4.4.5的要求。同4.4.6的要求。7GB/T43373—2023(規(guī)范性)測(cè)距偽碼的基帶成形與調(diào)制A.1測(cè)距偽碼的基帶成形當(dāng)滿足以下情況之一時(shí)，地面站上行偽碼、航天器再生偽碼可不進(jìn)行基帶成形：a)調(diào)制指數(shù)低于0.3rad;b)碼片速率低于250kchip/s且調(diào)制指數(shù)低于1.0rad。碼在基帶成形前后的前10個(gè)碼片見圖A.1。碼片碼片a)基帶成形前b)基帶成形后碼在基帶成形前后的前10個(gè)碼片A.2測(cè)距偽碼的調(diào)制測(cè)距偽碼對(duì)載波進(jìn)行線性相位調(diào)制，見公式(A.1)。………………(A.1)式中：x(t)——經(jīng)偽碼調(diào)制后的射頻信號(hào)；A——射頻信號(hào)振幅；f——載波頻率，單位為赫茲(Hz);mg——測(cè)距調(diào)制指數(shù)，單位為弧度(rad);k——碼片索引；ck——測(cè)距偽碼序列，取值±1;h——成形濾波器的沖擊響應(yīng)，見公式(3);8T4B碼、T2B碼在基帶成形后，對(duì)載波進(jìn)行線性相位調(diào)制(測(cè)距調(diào)制指數(shù)0.7rad)所得射頻信號(hào)的功率譜見圖A.2。9(資料性)上行碼片速率示例以X頻段上行載波頻率7179.000MHz為例，不同l、k取值對(duì)應(yīng)的碼片速率見表B.1。交互支持采用表中(l=4,k=6)或(l=8,k=6)對(duì)應(yīng)的碼片速率。表B.1可用碼片速率(X頻段上行載波頻率7179.000MHz)lkFhip2292816263646566676869666664137180682743616GB/T43373—2023(資料性)理論偽碼捕獲時(shí)間理論偽碼捕獲時(shí)間(偽碼捕獲概率達(dá)到99.9%)以P;/N。=30法見公式(C.1):dBHz時(shí)的結(jié)果為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，方……(C.1)式中：Taq(P-/N?)—-不同P./N。時(shí)的理論偽碼捕獲時(shí)間，單位為秒(s);Ta(30)——P,/N。=30dBHz時(shí)的理論偽碼捕獲時(shí)間，單位為秒(s)。航天器應(yīng)答機(jī)采用6個(gè)并行相關(guān)處理器的標(biāo)稱設(shè)計(jì)，P,/N?=30dBHz、P,/N。=10dBHz時(shí)的理論偽碼捕獲時(shí)間見表C.1。表C.1航天器理論偽碼捕獲時(shí)間測(cè)距偽碼工況偽碼捕獲概率理論偽碼捕獲時(shí)間ST4BP/N?=30dBHz,6個(gè)并行相關(guān)處理器99.9%85.73T2B99.9%T2BP/N?=10dBHz,6個(gè)并行相關(guān)處理器99.9%517.8注：P.與殘留載波信號(hào)功率P。的關(guān)系見E.1。地面站接收機(jī)采用76個(gè)并行相關(guān)處理器的標(biāo)稱設(shè)計(jì)，P-/N。=30理論偽碼捕獲時(shí)間見表C.2。表C.2地面站理論偽碼捕獲時(shí)間測(cè)距偽碼工況偽碼捕獲概率理論偽碼捕獲時(shí)間SP:/N?=30dBHz,76個(gè)并行相關(guān)處理器P,/N?=10dBHz,76個(gè)并行相關(guān)處理器注：P,與殘留載波信號(hào)功率P。的關(guān)系見E.1。GB/T43373—2023(規(guī)范性)偽碼測(cè)距單向抖動(dòng)D.1偽碼測(cè)距單向抖動(dòng)計(jì)算公式不同測(cè)距信噪譜密度比(P:/N?)、照以下方法計(jì)算。碼片速率(Fchip)、碼片跟蹤環(huán)路帶寬(B?)情況下的單向抖動(dòng)，按a)方波匹配情況下的單向抖動(dòng)見公式(D.1):………(D.1)式中：σiw——單向抖動(dòng)，單位為米(m);c——光速，取299792458m/s;Fc——測(cè)距時(shí)鐘頻率，單位為赫茲(Hz);B?——碼片跟蹤環(huán)路帶寬(單邊),單位為赫茲(Hz);PRc/N?——測(cè)距時(shí)鐘分量的信噪譜密度比，單位為赫茲(Hz)。時(shí)鐘分量功率PR與殘留載波信號(hào)功率P。的關(guān)系按E.2計(jì)算。b)正弦匹配情況下的單向抖動(dòng)見公式(D.2): …………