深空探测器无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算方法技术

本发明专利技术属于深空探测器无线电干涉测量领域，公开了一种深空探测器无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算方法。该方法包括：步骤一、建立(U，V，W)右手坐标系；步骤二、计算两个测站的几何相位差；步骤三、对探测器和参考源的相位差测量值进行差分处理；步骤四、最小二乘法求解差分相位整周模糊度。本发明专利技术解决了地面测站数量少且深空探测器仅具备常规遥测或数传下行测控信号时，无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算问题，有效提高深空探测器高精度导航定位精度。

【技术实现步骤摘要】
深空探测器无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算方法
本专利技术涉及深空探测器无线电干涉测量领域，具体涉及一种深空探测器无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算方法。
技术介绍
在深空探测任务中，需要对探测器开展无线电干涉测量以获得其精确的空间角位置(即赤经和赤纬)。无线电干涉测量技术主要是通过测量探测器信号和参考源信号到达两个相隔很远的测站间的差分时延来确定探测器的角位置。现有无线电干涉测量技术主要获得差分群时延。当其它条件一定时，探测器下行信号带宽越宽，差分群时延测量精度越高。但探测器下行信号带宽受国际电信联盟频率分配限制，导致差分群时延测量精度难以提高。为了提高差分时延测量精度，一种解决方法是测量差分相时延，而测量差分相时延的关键在于差分相位整周模糊度的求解。在先技术[1](参见FKikuchi，LQinghui，HHanada，etal.Pico-secondaccuracyVLBIofthetwosub-satellitesofSELENE(KAGUYA)usingmulti-frequencyandsamebeammethods.RadioScience，2009，44(2)：1-7)中提出了利用探测器发送多个特定频率的正弦波测量信号，然后通过频率综合求解差分相位整周模糊度的方法，该方法的不足之处在于需要额外占用探测器的下行功率。由于深空探测器功率资源非常紧张，这种方法在深空探测中较少用到。在先技术[2](参见周欢，李海涛，董光亮.利用多基线组合求解深空航天器载波相位模糊方法研究.宇航学报，2015，36(8)：938-944)中提出利用多条长短和指向均匀分布的基线，然后通过基线间的约束关系求解差分相位整周模糊度的方法，该方法的不足之处在于至少需要8个地面测站同时观测。由于我国现有深空探测任务中，可用测站数量一般仅4个，无法满足该方法的使用条件。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种深空探测器无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算方法，实现在地面测站数量小于5个且深空探测器功率资源紧张，仅具备常规遥测或数传下行测控信号时，获取探测器与参考源之间的高精度差分相时延。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种深空探测器无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算方法，包括如下步骤：步骤一、建立(U，V，W)右手坐标系以地心为原点，建立(U，V，W)右手坐标系，W指向探测器方向，V位于过天顶和探测器的子午圈平面内，指向北向，U指向东向。步骤二、计算两个测站的几何相位差在地心J2000坐标系(X，Y，Z)下，多个测站之间一共有K条基线矢量，任意两个测站形成的基线矢量记为(Lx，Ly，Lz)，长度单位为信号波长，基线矢量(Lx，Ly，Lz)在(U，V，W)右手坐标系下表示为：u＝-sinαLx+cosαLyv＝-sinδcosαLx-sinδsinαLy+cosδLzw＝cosδcosαLx+cosδsinαLy+sinδLz式中，地心J2000坐标系(X，Y，Z)为以地心为原点的直角坐标系，α和δ分别为深空探测器在地心J2000坐标系(X，Y，Z)下的赤经、赤纬；探测器信号到达两个测站的几何相位差φg表示为：φg＝2πw＝2π(cosδcosαLx+cosδsinαLy+sinδLz)步骤三、对探测器和参考源的相位差测量值进行差分处理当探测器和参考源的角距小于3度时，且探测器的实际位置与先验位置存在赤经偏差Δα和赤纬偏差Δδ，单条基线实际一次测量的探测器和参考源的相位差测量值进行差分得到Δφ＝2π(ucosδΔα+vΔδ)+2(ns-nr)π＝2π(ucosδΔα+vΔδ)+2Nπ式中，Δφ表示探测器和参考源相位差测量值的差分值；N＝ns-nr，即为该基线矢量对应的差分相位整周模糊度；ns表示探测器相位差测量值中存在的相位整周模糊度，nr表示探测器相位差测量值中存在的相位整周模糊度。步骤四、最小二乘法求解差分相位整周模糊度4.1构建线性观测模型所有测站对探测器和参考源交替观测周期小于2分钟，且对探测器和参考源总的观测时长不小于2小时，观测时间内第i条基线矢量一共获得了Mi个测量值，从而建立起基线矢量在(U，V，W)坐标系中的u，v分量值和差分相位值之间的线性模型为AX＝B+ε式中，ui，j和vi，j分别表示第i条基线第j次测量时该基线矢量在(U，V，W)坐标系中的u，v分量值，Δφi，j表示第i条基线第j次测量得到的差分相位值，N1至NK分别为第1条至第K条基线矢量上的差分相位整周模糊度，ε为测量误差矩阵。4.2利用最小二乘法求解各条基线矢量的差分相位整周模糊度利用最小二乘法求解，得到各条基线矢量对应的差分相位整周模糊度：X＝(ATWA)-1ATWB式中，W为加权矩阵。进一步的，测站的数目小于5个。本专利技术所达到有益效果：本专利技术解决了地面测站数量少且深空探测器仅具备常规遥测或数传下行测控信号时，无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算问题，有效提高深空探测器高精度导航定位精度。附图说明图1为本专利技术提供的一种深空探测器无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算方法的流程图；图2为本专利技术中地心J2000坐标系和(U，V，W)坐标系的关系示意图。图中X，Y，Z分别为地心J2000坐标系的三轴，U，V，W分别为(U，V，W)坐标系三轴。α为探测器赤经，δ为探测器赤纬。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细地说明。本专利技术的原理：当探测器没有变轨等机动动作时，利用小于5个地面测站对探测器和邻近的参考源开展快速交替观测，对各个测站的测量数据进行相关处理，获得探测器和参考源的差分相位，然后构建一种新的线性观测模型，利用最小二乘法求解基站之间形成的每条基线矢量的差分相位整周模糊度。在本专利技术的具体实施方式中，利用测站对探测器和邻近的参考源开展快速交替观测。图1示出了本专利技术方法的实现流程，具体过程如下：步骤一、建立(U，V，W)右手坐标系如图2所示，以地心为原点，建立(U，V，W)右手坐标系，W指向探测器方向，V位于过天顶和探测器的子午圈平面内，指向北向，U指向东向。步骤二、计算两个测站的几何相位差在以地心为原点的直角坐标系地心J2000坐标系(X，Y，Z)下，深空探测器赤经、赤纬分别为α和δ，多个测站之间一共有K条基线矢量，任意两个测站之间形成的基线矢量记为(Lx，Ly，Lz)，长度单位为信号波长；根据坐标系旋转定理，基线矢量(Lx，Ly，Lz)在(U，V，W)右手坐标系下表示为：即由于探测器距离足够远，因此探测器信号到达两个测站的几何相位差φg表示为：φg＝2πw＝2π(cosδcosαLx+cosδsinαLy+sinδLz)(3)步骤三、对探测器和参考源的相位差测量值进行差分处理探测器信号需穿过空间电离层、地球大气层等介质，同时受站址位置误差、设备误差等因素的影响，为了减弱这些误差的影响，通常交替观测一颗邻近的参考源，利用参考源的相位差测量值对探测器的相位差测量值进行相位差分修正。单条基线对探测器实际一次测量的相位差测量值φs为：式中，φe表示各种因素引入的探测器信号相位差测量误差，表示探测器信号的几何相位差先验值，ns表示探测器相位差测量值中存在的相位整周模糊度，φg为探测器信号到达两个测站的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深空探测器无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、建立(U，V，W)右手坐标系以地心为原点，建立(U，V，W)右手坐标系，W指向探测器方向，V位于过天顶和探测器的子午圈平面内，指向北向，U指向东向；步骤二、计算两个测站的几何相位差在地心J2000坐标系(X，Y，Z)下，多个测站之间一共有K条基线矢量，任意两个测站形成的基线矢量记为(L

【技术特征摘要】
1.一种深空探测器无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、建立(U，V，W)右手坐标系以地心为原点，建立(U，V，W)右手坐标系，W指向探测器方向，V位于过天顶和探测器的子午圈平面内，指向北向，U指向东向；步骤二、计算两个测站的几何相位差在地心J2000坐标系(X，Y，Z)下，多个测站之间一共有K条基线矢量，任意两个测站形成的基线矢量记为(Lx，Ly，Lz)，长度单位为信号波长，基线矢量(Lx，Ly，Lz)在(U，V，W)右手坐标系下表示为：u＝-sinαLx+cosαLyv＝-sinδcosαLx-sinδsinαLy+cosδLzw＝cosδcosαLx+cosδsinαLy+sinδLz式中，地心J2000坐标系(X，Y，Z)为以地心为原点的直角坐标系，α和δ分别为深空探测器在地心J2000坐标系(X，Y，Z)下的赤经、赤纬；探测器信号到达两个测站的几何相位差φg表示为：φg＝2πw＝2π(cosδcosαLx+cosδsinαLy+sinδLz)步骤三、对探测器和参考源的相位差测量值进行差分处理当探测器和参考源的角距小于3度时，且探测器的实际位置与先验位置存在赤经偏差Aα和赤纬偏差Aδ，单条基线实际一次测量的探测器和参考源的相位差测量值进行差分得到

【专利技术属性】
技术研发人员：周欢，陈少伍，李海涛，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九二一部队，
类型：发明
国别省市：北京,11