动中通卫星通信低成本测控关键技术研究

动中通卫星通信技术是卫星通信的高科技领域，低成本、低轮廓是当前动中通的发展趋势。基于开环稳定、闭环跟踪和传感器融合的测控算法是实现低成本的有效途径。本申请以动中通低成本测控为研究对象，围绕微机械陀螺误差校正和天线指向误差校正，以传感器融合和信号处理为技术手段，重点研究以下关键技术：1）分析微机械惯性传感器动态下的噪声特性，研究提升小波去噪算法；2）采用单基线GPS/MIMU组合，研究适合高动态载体的姿态和陀螺零偏估计算法；3）基于模糊逻辑运动判断，探索自适应互补滤波器，研究阴影模式下的姿态和陀螺零偏估计算法；4）针对低轮廓多子阵天线，研究双波束伪单脉冲跟踪和基于跟踪信息的陀螺误差校正算法。在此基础上，利用已有的实验平台对上述算法进行验证，提出适合工程实现的低成本测控算法。本申请预期在上述几方面获得理论突破和技术创新，为低成本测控系统的产品化奠定基础，提升我国在该领域的研究实力和整体水平。

采用低成本惯性传感器应用于测控系统是降低卫星动中通成本的关键技术之一。我们紧跟国外先进技术，力图缩小差距，提出并且完成了融合开环稳定、闭环跟踪和数据融合的低成本测控算法。主要工作为：1）研究了提升小波微机械惯性器件去噪算法，探索了利用奇异谱分解的去噪算法；2）在GPS有效的情况下，研究了以加性超球体平方根UKF为非线性滤波器的GPS/MIMU姿态估计方法，利用GPS速度信息对水平姿态估计中的非重力加速度干扰进行补偿，根据遮挡情况切换双天线和单天线GPS，校正航向陀螺漂移误差；3）在GPS无效的情况下，提出了模糊逻辑和PI控制器结合的自适应互补滤波算法，利用加速度计测姿校正陀螺误差，利用优化算法辨识模糊控制参数，达到最优估计；4）提出了一种应用于多子阵平板天线的双波束伪单脉冲跟踪方法，形成独立于通信波束的跟踪波束，通过跟踪波束顺序电子扫描来确定天线指向误差，具有较快的跟踪速度和较高的跟踪精度。实际跑车验证表明，研发的低成本测控算法能够保持姿态估计精度小于0.3°（1σ），典型公路行车环境下卫星信号跌落小于0.5dB。