GB/T 43373-2023 空間數(shù)據(jù)與信息傳輸系統(tǒng) 深空測控偽碼測距技術要求（正式版）

ICS49.140GB/T43373—2023深空測控偽碼測距技術要求TechnicalrequirementsforPseudo-Noise(PN)rangingindeepspaceTT&C國家標準化管理委員會國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標準化管理委員會IGB/T43373—2023 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 14再生偽碼測距 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)理論偽碼捕獲時間 附錄D(規(guī)范性)偽碼測距單向抖動 附錄E(規(guī)范性)偽碼測距信號功率分配 ⅢGB/T43373—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件由全國宇航技術及其應用標準化技術委員會(SAC/TC425)提出并歸口。本文件起草單位：北京跟蹤與通信技術研究所、西安空間無線電技術研究所、北京遙測技中國西安衛(wèi)星測控中心、中國航天標準化研究所。GB/T43373—2023高精度無線電測距對深空導航和無線電科學研究等具有重要意義。再生偽碼測距可有效避免測距轉(zhuǎn)發(fā)噪聲，顯著提升遠距離、弱信號深空測控場景下的測距精度。偽碼測距要求航天器和地面站天地一應技術體制與國際兼容。本文件主要是明確再生偽碼測距相關技術要求，也給出了轉(zhuǎn)發(fā)偽碼測距的相關技術要求。一般情轉(zhuǎn)發(fā)偽碼測距。1GB/T43373—2023空間數(shù)據(jù)與信息傳輸系統(tǒng)深空測控偽碼測距技術要求1范圍處理等要求。本文件適用于采用深空測控再生/轉(zhuǎn)發(fā)偽碼測距技術的航天器與地面測控設備設計、天地接口設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，注日期的引用文本文件。GB/T42041航天術語空間數(shù)據(jù)與信息傳輸GB/T42041界定的以及下列術語和定義適用于本文件。用于生成測距偽碼的一組短周期偽隨機碼序列。T4B碼weighted-voting(v=4)balancedTausworthecode由6個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one-wayjitter由雙向光行時測量的時間抖動換算得到的單向距離隨機誤差(lσ)。2GB/T43373—20234再生偽碼測距4.1偽碼碼型4.1.1偽碼組合方式測距偽碼(C)由6個周期性分量碼C1～C6以特定的組合邏輯加權(quán)組合得到，見圖1。圖1測距偽碼與分量碼的組合關系4.1.2T4B碼在需要高精度測距的情況下，應選用C1權(quán)重為4的T4B碼，組合邏輯見公式(1)。CT4B=sign(4C1+C2-C3-C4+C5-C6) 式中：sign取符號操作，結(jié)果為+1或一1;C1～C6——6個周期性分量碼，見圖1。4.1.3T2B碼在需要快速完成距離捕獲的情況下，應選用C1權(quán)重為2的T2B碼，組合邏輯見公式(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，應對偽碼進行基帶成形，成形濾波器的沖擊響應[h(t)]見公式(3):式中：t—-—時間，單位為秒(s);T.——碼片寬度，單位為秒(s)。GB/T43373—2023地面站應采用線性相位調(diào)制方式將偽碼調(diào)制于上行載波。測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與實際上行載波頻率相干，見公式(4):…………(4)Fchip——碼片速率，單位為碼片每秒(chip/s);FRc——測距時鐘頻率，單位為赫茲(Hz);f-—實際上行載波頻率，單位為赫茲(Hz);γ——不同頻段的頻率因數(shù)，對S頻段上行載波頻率(2025MHz～2120MHz)取221、對X頻段上行載波頻率(7145MHz～7235MHz)取749、對K頻段上行載波頻率(22550MHz~23150MHz)取2407、對Ka頻段上行載波頻率(34200MHz～34700MHz)取3599;l、k為常數(shù)，對S頻段、X頻段、K頻段取值如下：對Ka頻段取值如下：地面站應至少支持l=4,k=6以及l(fā)=8,k=6兩擋速率。地面站如無法準確實現(xiàn)公式(4)的標稱碼片速率，實際產(chǎn)生的碼片速率應鎖定于地面站頻率基準，且與標稱碼片速率的偏差應小于10-2Hz。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、遙測是否工作，航天器應答機應執(zhí)行以下測距處理流程：a)上行載波跟蹤與測距信號解調(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動態(tài)性能在不同測距信噪譜密度比(P?/N?)下，航天器應答機應在相應載波頻率偏移(△f/f)、載波頻率偏移變化率(R)動態(tài)范圍內(nèi)，實現(xiàn)偽碼捕獲。具體要求如下：a)當10dBHz≤P?/N?≤30dBHz時：△f/f≤34.3.3接收特性在載波兩側(cè)1.5Fehi頻率范圍內(nèi)，相位響應對線性相頻特性的偏離應在±5°以內(nèi)，增益波動應在±0.5dB以內(nèi)。34GB/T43373—2023捕獲時間包含環(huán)路捕獲時間與偽碼捕獲時間。航天器應答機偽碼捕獲時間應保證偽碼捕獲概率達到99.9%。航天器應答機采用6個并行相關處理器標稱設計時，在不同P?/N?下(可放寬2dB)達到99.9%偽碼捕獲概率所需理論偽碼捕獲時間見附錄C。航天器測距時延應滿足以下要求：b)測距時延通過工況標定達到±1/(500Fchip)或±1ns精度(以較大者為準)。航天器應答機跟蹤碼片速率的單向抖動應符合相應P?/N?(可放寬2dB)、碼片跟蹤環(huán)路帶寬(B_)、Fehip下的理論性能。單向抖動的理論性能按附錄D計算，計算中涉及的測距時鐘分量功率按附錄E計算。航天器應答機應采用線性相位調(diào)制方式將偽碼調(diào)制于下行載波。測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)，相位響應對線性相頻特性的偏離應在±5°以內(nèi)，增益波動應在地面站接收機應執(zhí)行以下測距處理流程：a)下行載波跟蹤與測距信號解調(diào)；b)下行碼片速率捕獲與跟蹤；c)下行偽碼捕獲與跟蹤；在不同測距信噪譜密度比(P/N?)下，地面站接收機應在相應載波頻率偏移(△f/f)、載波頻率偏5GB/T43373—2023捕獲時間包含環(huán)路捕獲時間與偽碼捕獲時間。地面站接收機偽碼捕獲時間應保證偽碼捕獲概率達到99.9%。地面站接收機采用76個并行相關處理器標稱設計時，在不同P?/N。下(可放寬0.5dB)達到99.9%偽碼捕獲概率所需理論偽碼捕獲時間見附錄C。地面站24h群時延絕對變化不大于3ns。地面站接收機跟蹤碼片速率的單向抖動應符合相應P?/N?(可放寬1dB)、碼片跟蹤環(huán)路帶寬(BL)、Fehp下的理論性能。單向抖動的理論性能按附錄D計算，計算中涉及的測距時鐘分量功率按附錄E計算。同4.1的要求。同4.2的要求。a)上行載波跟蹤與測距信號解調(diào)；c)下行測距信號調(diào)制于與上行載波相干的下行載波。測距通道(濾波器3dB)帶寬左邊界應小于0.02Fchip或3kHz(以較大者為準),右邊界應大于6GB/T43373—20235.3.4噪聲帶寬同4.3.5的要求。同4.4.1的要求。在不同測距信噪譜密度比(P,/N?)下，地面站接收機應在相應載波頻率偏移(△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)測距偽碼的基帶成形與調(diào)制A.1測距偽碼的基帶成形當滿足以下情況之一時，地面站上行偽碼、航天器再生偽碼可不進行基帶成形：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個碼片見圖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個碼片A.2測距偽碼的調(diào)制測距偽碼對載波進行線性相位調(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；A——射頻信號振幅；mR———測距調(diào)制指數(shù)，單位為弧度(rad);k-—碼片索引；Ck——測距偽碼序列，取值±1;h———成形濾波器的沖擊響應，見公式(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，對載波進行線性相位調(diào)制(測距調(diào)制指數(shù)0.7rad)所得射頻信號的功率譜見圖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取值對應的碼片速率見表B.1。交互支持采用表中(l=4,k=6)或(l=8,k=6)對應的碼片速率。表B.1可用碼片速率(X頻段上行載波頻率7179.000MHz)lkFchip2292816263646566676869666664137180682743616(資料性)理論偽碼捕獲時間理論偽碼捕獲時間(偽碼捕獲概率達到99.9%)以P./N?=30dBHz時的結(jié)果為基準進行計算，方法見公式(C.1):式中：Tac(P?/N?)---—不同P/N。時的理論偽碼捕獲時間，單位為秒(s);Tacq(30)———P,/N?=30dBHz時的理論偽碼捕獲時間，單位為秒(s)。航天器應答機采用6個并行相關處理器的標稱設計，P?/N?=30dBHz、P?/N?=10dBHz時的理論偽碼捕獲時間見表C.1。表C.1航天器理論偽碼捕獲時間測距偽碼工況偽碼捕獲概率理論偽碼捕獲時間sT4BP,/No=30dBHz,6個并行相關處理器99.9%85.73T2B99.9%T2BP./No=10dBHz,6個并行相關處理器99.9%517.8注：P.與殘留載波信號功率P.的關系見E.1。地面站接收機采用76個并行相關處理器的標稱設計，P?/N?=30理論偽碼捕獲時間見表C.2。表C.2地面站理論偽碼捕獲時間測距偽碼工況偽碼捕獲概率理論偽碼捕獲時間sP?/N?=30dBHz,76個并行相關處理器P,/N?=10dBHz,76個并行相關處理器注：P,與殘留載波信號功率Pc的關系見E.1。GB/T43373—2023(規(guī)范性)偽碼測距單向抖動D.1偽碼測距單向抖動計算公式不同測距信噪譜密度比(P?/N?)、照以下方法計算。碼片速率(Fehip)、碼片跟蹤環(huán)路帶寬(B)情況下的單向抖動，按a)方波匹配情況下的單向抖動見公式(D.1):…………(D.1)式中：01w——單向抖動，單位為米(m);C——光速，取299792458m/s;FRC——測距時鐘頻率，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?——測距時鐘分量的信噪譜密度比，單位為赫茲(Hz)。時鐘分量功率PRc與殘留載波信號功率P。的關系按E.2計算。b)正弦匹配情況下的單向抖動見公式(D.2):…………(D.2)當碼片跟蹤采用開環(huán)方式時，可等效為閉環(huán)跟蹤方式處理，方法見公式(D.3):……………