GB/T 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）

ICS49.140GB/T43373—2023深空測(cè)控偽碼測(cè)距技術(shù)要求TechnicalrequirementsforPseudo-Noise(PN)rangingindeepspaceTT&C國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)IGB/T43373—2023 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語(yǔ)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(wú)線電技術(shù)研究所、北京遙測(cè)技中國(guó)西安衛(wèi)星測(cè)控中心、中國(guó)航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所。GB/T43373—2023高精度無(wú)線電測(cè)距對(duì)深空導(dǎo)航和無(wú)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。一般情轉(zhuǎn)發(fā)偽碼測(cè)距。1GB/T43373—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1范圍處理等要求。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(guò)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，注日期的引用文本文件。GB/T42041航天術(shù)語(yǔ)空間數(shù)據(jù)與信息傳輸GB/T42041界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。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)重v=4。T2B碼weighted-voting(v=2)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)重v=2。3.6單向抖動(dòng)one-wayjitter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(lσ)。2GB/T43373—20234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(jiàn)圖1。圖1測(cè)距偽碼與分量碼的組合關(guān)系4.1.2T4B碼在需要高精度測(cè)距的情況下，應(yīng)選用C1權(quán)重為4的T4B碼，組合邏輯見(jiàn)公式(1)。CT4B=sign(4C1+C2-C3-C4+C5-C6) 式中：sign取符號(hào)操作，結(jié)果為+1或一1;C1～C6——6個(gè)周期性分量碼，見(jiàn)圖1。4.1.3T2B碼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(jiàn)公式(2)。CT2B=sign(2C1+C2—C3—C4+C5—C6)……(2)式中：CT?B——T2B碼。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(jiàn)公式(3):式中：t—-—時(shí)間，單位為秒(s);T.——碼片寬度，單位為秒(s)。GB/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(jiàn)公式(4):…………(4)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頻段取值如下：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(wú)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10-2Hz。上行碼片速率示例見(jiàn)附錄B。4.3航天器處理4.3.1處理流程無(wú)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：a)當(dāng)10dBHz≤P?/N?≤30dBHz時(shí)：△f/f≤34.3.3接收特性在載波兩側(cè)1.5Fehi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±0.5dB以內(nèi)。34GB/T43373—2023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(jiàn)附錄C。航天器測(cè)距時(shí)延應(yīng)滿足以下要求：b)測(cè)距時(shí)延通過(guò)工況標(biāo)定達(dá)到±1/(500Fchip)或±1ns精度(以較大者為準(zhǔn))。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_)、Fehip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。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±5°以內(nèi)，增益波動(dòng)應(yīng)在地面站接收機(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；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5GB/T43373—2023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(jiàn)附錄C。地面站24h群時(shí)延絕對(duì)變化不大于3ns。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)、Fehp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。同4.1的要求。同4.2的要求。a)上行載波跟蹤與測(cè)距信號(hào)解調(diào)；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。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6GB/T43373—20235.3.4噪聲帶寬同4.3.5的要求。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)、載波頻率偏同4.4.3的要求。同4.4.4的要求。同4.4.5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(jiàn)圖A.1。碼片碼片a)基帶成形前碼片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(jiàn)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；mR———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(jiàn)公式(3);8功率譜密度/dB功率諧密度/dEGB/T43373—2023功率譜密度/dB功率諧密度/dET4B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(jiàn)圖A.2。T4BT4Bf-3Fchin/-27chipfFchipfrchpT2BT2B9GB/T43373—2023(資料性)以X頻段上行載波頻率7179.000MHz為例，不同1、k取值對(duì)應(yīng)的碼片速率見(jiàn)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)lkFchip2292816263646566676869666664137180682743616(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?=30dBHz時(shí)的結(jié)果為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，方法見(jiàn)公式(C.1):式中：Tac(P?/N?)---—不同P/N。時(shí)的理論偽碼捕獲時(shí)間，單位為秒(s);Tacq(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(jiàn)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,/No=30dBHz,6個(gè)并行相關(guān)處理器99.9%85.73T2B99.9%T2BP./No=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(jiàn)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(jiàn)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Pc的關(guān)系見(jiàn)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(Fehip)、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(jiàn)公式(D.1):…………(D.1)式中：01w——單向抖動(dòng)，單位為米(m);C——光速，取299792458m/s;FRC——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PRc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(jiàn)公式(D.2):…………(D.2)當(dāng)碼片跟蹤采用開(kāi)環(huán)方式時(shí)，可等效為閉環(huán)跟蹤方式處理，方法見(jiàn)公式(D.3):……………