测距误差的仿真与分析

仿真实验中，假设满足：①主从站间的发射源和探测器之间已精确对准；②圆偏振态在真空中传输时偏振态不发生变化。

通过8.3.1节的理论分析可以知道，与PPM调制相比，PPM圆偏振调制能成倍增加X射线通信系统容量。本节将通过仿真实验验证X射线PPM偏振编码调制对系统误码率的抑制作用，主要分析不同调制方式对测距误差的影响。

发射端分别采用PPM偏振调制、PPM调制及偏振调制3种调制方法，接收端进行差分检测和解调，在信号进行相关运算时会产生时间测量误差，进而产生测距误差。3种调制方式下测距误差对比如图8.6所示：

图8.6　PPM偏振调制下测距误差对比图

从图8.6可以看出，当SNR为-15dB时，PPM圆偏振调制方法的测距误差约7m，此时单独PPM调制或单独圆偏振调制的测距误差约为14m。整体来看，测距误差随着SNR的增大而减小。当SNR大于-5dB时，测距误差接近Om，不同调制方法对测距影响不大。PPM偏振调制方式能有效减小系统的误码率，降低测距误差。

由于噪声对信号的影响，在信号进行相关运算时会产生时间测量误差，进而影响测距的准确度，产生测距误差。下面将通过仿真实验验证相关误差对测距的影响。仿真实验的条件设置为：①时隙长度TC=1×10-6s②选取阶数为7的m序列作为PPM同步序列；③利用SNR衡量同步序列的噪声水平。对于每个SNR，重复进行1000次相关运算，计算测距误差。仿真实验利用蒙特卡罗方法对测距性能进行分析。

令L为T4B码的长度，相关时间设置为测距序列的整数倍，即Tcorr=mLTC（m=1，2，3，…）。测距信号相关运算产生的时间测量误差的标准差如图8.7所示。横坐标表示测距钟码分量的信噪比，纵坐标表示相关过程产生的时间测量误差的标准差。(www.xing528.com)

图8.7　相关误差的标准差

图8.7中每条曲线对应不同的相关时间，可以看出，随着钟码分量信噪比的提高，由相关引起的时间测量误差逐渐减小，表明信号信噪比的提升能够提高测距性能。另外，还可以看出，相关时间的增加有助于减小相关过程钟的时间测量误差，但信号相关时间的增长会增加计算量，对信号检测的实时性产生影响。

本节通过仿真实验分析测距信号对增强算法性能的影响。仿真条件设置为：①火星轨道选表1中“轨道1”②选择表2中B0531+21及B1821-24两颗脉冲星作为脉冲星观测目标；③测距信号SNR分别设置为-15dB、-10dB、-5dB、0dB、5dB、10dB；④用ADDF滤波器对探测器状态进行估计。

不同测距信号信噪比情况下，探测器状态估计值如表8.3所示。

表8.3　在测距信号不同SNR下探测器状态估计值

从表8.3可以看出，在一定的SNR范围内，测距信号SNR对系统状态估计的影响较小。这是因为系统噪声是由测距噪声和脉冲星观测噪声共同作用的结果。一方面，脉冲星信号观测噪声较高，对系统性能的估计起主要作用；另一方面，X射线测距性能较好，当测距信号SNR从-15dB变化至15dB时，引起的测距误差仅有30m左右，位置估计误差最大波动98.7m，速度估计误差最大波动为0.045m/s，这么小的抖动在深空远距离环境下完全可以忽略不计。因此，测距信号SNR对系统状态估计性能影响较小。