一种天线阵大气相位扰动修正方法及系统技术方案

技术编号:22134406 阅读:60 留言:0更新日期:2019-09-18 08:18
一种天线阵大气相位扰动修正方法及系统,方法包括:基于卫星导航系统,利用原子钟时间同步测量时间,在两地测量同一卫星的载波相位,得到第一载波相位及第二载波相位;对第一载波相位及第二载波相位进行差分,得到载波相位单差数据;将载波相位单差数据与卫星的历元单差数据进行差分,得到载波相位双差数据;对载波相位双差数据进行相位修正,得到两地大气相位差分数据;根据两地大气相位差分数据对天线阵大气相位扰动进行修正,在存在电离层对大气相位扰动时,分别计算不同频率的电离层及对流层对天线阵大气相位的相位扰动。该方法及系统克服了传统方法中校准源少或实时性差的缺点,实现了大气相位扰动的实时修正,修正精度高,适用范围广。

A Method and System for Correcting Atmospheric Phase Disturbance of Antenna Array

【技术实现步骤摘要】
一种天线阵大气相位扰动修正方法及系统
本专利技术涉及深空探测领域,尤其涉及一种天线阵大气相位扰动修正方法及系统。
技术介绍
天线阵的信号相关与合成性能取决于各天线的信噪比、信号间的相位差估计和相位修正精度。当目标信号强度足够高时,各天线单元之间的相位差可以通过短时相关即可实现相位差估计和修正。而当信号非常微弱时,为达到足够的信噪比,在相关时需要很长的积分时间;而由于地球对流层大气的扰动造成各天线信号的相位波动,导致天线信号间长时间相关性变差,从而严重影响信号的合成性能。尤其是在高频段以及恶劣天气情况下,将严重影响信号的相位估计精度和信号合成性能。大气延迟可分为对流层延迟与电离层延迟,其中对流层延迟又可分为干延迟和湿延迟。电离层延迟和干延迟变化较为缓慢,且易于通过多频或修正模型进行修正。湿延迟随时间、空间的变化迅速,难以通过模型进行修正,是影响天线阵相位扰动的主要因素。时域天文观测和深空探测,通常需要长时间的对准目标。同时由于大气相位扰动的短时相关性,大气相位修正的时间尺度应短至几分之一秒。所以无法利用射电天文中常用的短时偏开校正的模式,必须采用实时的相位修正方法。现有技术中,可利用同波束校准源观测进行修正,但可供使用的校准源非常少。利用GPS时延测量也可以实现信号传播的相位修正,且价格便宜,但传统的GPS测量方法的延迟时间过长,要达到毫米级及更高的精度,会有12小时的计算延迟,难以实现实时修正,目前主要应用于实时性要求不高的气象预报领域。DSN进行了水汽辐射计与校准天线时延测量的对比试验,表明水汽辐射计能够有效的探测大气湿延迟,是大气相位扰动修正测量的重点发展方向之一,但辐射计在阴雨天时存在失真和饱和的问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对于现有的技术问题,本专利技术提出一种天线阵大气相位扰动修正方法及系统,用于至少部分解决上述技术问题。(二)技术方案本专利技术一方面提供一种天线阵大气相位扰动修正方法,包括:S1、在两地测量同一导航卫星的载波相位,得到第一载波相位及第二载波相位;S2、对第一载波相位及第二载波相位进行差分,得到载波相位单差数据;S3、将载波相位单差数据与导航卫星的历元单差数据进行差分,得到载波相位双差数据;S4、对载波相位双差数据进行相位修正,得到两地大气相位差分数据;S5、重复S1-S4,测量同一历元下的所有可见的导航卫星对应的两地大气相位差分数据,得到多个两地大气相位差分数据;S6,根据多个两地大气相位差分数据对天线阵大气相位扰动进行修正。可选地,根据两地大气相位差分数据对天线阵大气相位扰动进行修正包括:在天线阵观测目标的方向上,对多个两地大气相位差分数据进行插值或拟合,获得天线阵观测目标方向的大气相位扰动修正值,根据大气相位扰动修正值对天线阵大气相位扰动进行修正。可选地,根据多个两地大气相位差分数据对天线阵大气相位扰动进行修正还包括:根据多个两地大气相位差分数据,在不同测量频率下,分别计算电离层对天线阵大气相位的相位扰动以及对流层对天线阵大气相位的相位扰动;根据电离层对天线阵大气相位的相位扰动以及对流层对天线阵大气相位的相位扰动对天线阵大气相位扰动进行修正。可选地,在两地测量同一导航卫星的载波相位过程中,采用原子钟时间同步测量过程中的测量时刻及时间间隔。可选地,基于卫星导航系统,在两地测量同一导航卫星的载波相位,其中卫星导航系统为全球定位系统、北斗卫星导航系统、格洛纳斯卫星导航系统及伽利略卫星导航系统中的一种或多种组合。可选地,对载波相位双差数据进行相位修正包括:根据导航卫星的轨道预报文件数据对载波相位双差数据进行相位修正,以修正由于导航卫星运行导致的相位;或利用星历修正方式对载波相位单差数据进行相位修正,以修正由于导航卫星运行导致的相位;或通过导航卫星的多普勒观测数据的长周期变化趋势对载波相位双差数据进行相位修正,以修正由于导航卫星运行导致的相位。可选地,在两地测量同一导航卫星的载波相位之前,还包括:利用导航系统的时间对原子钟的时间进行对时。本专利技术另一方面提供一种天线阵大气相位扰动修正系统,包括:导航系统测量装置,用于在两地测量同一导航卫星的载波相位,得到第一载波相位及第二载波相位;单差模块,用于对第一载波相位及第二载波相位进行差分,得到载波相位单差数据;双差模块,用于对载波相位单差数据与导航卫星的历元单差数据进行差分,得到载波相位双差数据;修正模块,用于对载波相位双差数据进行相位修正,得到两地大气相位差分数据,根据两地大气相位差分数据对天线阵大气相位扰动进行修正。可选地,导航系统测量装置包括:导航数据接收设备、原子钟、同步计数器、频率综合器、原子钟模块及时间修正和钟差测量模块;其中,导航数据接收设备用于在两地测量同一导航卫星的载波相位,原子钟、同步计数器、频率综合器、原子钟模块及时间修正和钟差测量模块用于同步导航数据接收设备在两地测量同一导航卫星的载波相位过程中测量时刻及时间间隔。可选地,导航数据接收设备采用全球定位系统、北斗卫星导航系统、格洛纳斯卫星导航系统及伽利略卫星导航系统中的一种或多种组合进行数据接收。(三)有益效果本专利技术提出一种天线阵大气相位扰动修正方法及系统,有益效果为:本专利技术基于卫星导航系统,在不同地区测量同一导航卫星的载波相位,对测量的载波相位进行多次差分计算,并且测量过程中,利用原子钟时间和频率标准对测量的时刻及时间间隔进行严格同步,克服了传统方法中校准源少或实时性差的缺点,实现了大气相位扰动的实时修正,修正精度高,且成本低,在阴雨天等天气恶劣条件下同样适用,且不存在失真和饱和的问题。附图说明图1示意性示出了本专利技术实施例天线阵大气相位扰动修正的情景示意图。图2示意性示出了本专利技术实施例天线阵大气相位扰动修正方法流程图。图3示意性示出了本专利技术实施例导航系统测量设备示意图。【附图标记】1-天线2-导航接收系统3-云层4-目标源具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本专利技术进一步详细说明。本专利技术提出一种天线阵大气相位扰动修正方法及系统,该方法及系统基于卫星导航系统实现对大气相位扰动的修正。由于导航卫星在天区的广泛分布,充分利用多种导航系统卫星信号的差分测量,可以实现大气相位高精度的实时测量。将GPS或北斗等导航接收机的本振相位与高精度原子钟频标信号同步,消除由于接收机本振相位漂移产生的相位波动;将接收机伪距和载波相位测量的时刻与原子钟时间严格同步。并对天线组阵的特点,将接收的卫星信号在单差的基础上再进行不同历元间的差分,以消除两地原子钟差造成的相位误差,实现高精度大气相位扰动的测量。时间精度和相位稳定性是进行大气相位扰动测量的关键性能指标,时间精度包含精确的时刻信息和精准的时间间隔两个方面。采用计数器对时钟脉冲个数进行计数可以获得精准的时间间隔。各导航系统数字接收机均采用该原子钟时间和频率标准,并在每个历元中的伪距、载波相位等数据测量中严格与原子钟时间同步,即均在同一时刻的上升沿或下降沿进行采样,并将原子钟时间作为时间戳打入记录的数据中,保证每个历元数据的相位稳定和时间精度。在每次观测开始前,先利用GPS时间对原子钟时间进行对时。如图1所示,在进行天线组阵时,在天线1的附近安装卫星导航接收系统2,透过云层3本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种天线阵大气相位扰动修正方法,其特征在于,包括:S1,在两地测量同一导航卫星的载波相位,得到第一载波相位及第二载波相位;S2,对所述第一载波相位及第二载波相位进行差分,得到载波相位单差数据;S3,将所述载波相位单差数据与所述导航卫星的历元单差数据进行差分,得到载波相位双差数据;S4,对所述载波相位双差数据进行相位修正,得到两地大气相位差分数据;S5,重复S1‑S4,测量同一历元下的所有可见的导航卫星对应的两地大气相位差分数据,得到多个两地大气相位差分数据;S6,根据所述多个两地大气相位差分数据对所述天线阵大气相位扰动进行修正。

【技术特征摘要】
1.一种天线阵大气相位扰动修正方法,其特征在于,包括:S1,在两地测量同一导航卫星的载波相位,得到第一载波相位及第二载波相位;S2,对所述第一载波相位及第二载波相位进行差分,得到载波相位单差数据;S3,将所述载波相位单差数据与所述导航卫星的历元单差数据进行差分,得到载波相位双差数据;S4,对所述载波相位双差数据进行相位修正,得到两地大气相位差分数据;S5,重复S1-S4,测量同一历元下的所有可见的导航卫星对应的两地大气相位差分数据,得到多个两地大气相位差分数据;S6,根据所述多个两地大气相位差分数据对所述天线阵大气相位扰动进行修正。2.根据权利要求1所述的天线阵大气相位扰动修正方法,其特征在于,所述根据所述多个两地大气相位差分数据对所述天线阵大气相位扰动进行修正包括:在天线阵观测目标的方向上,对所述多个两地大气相位差分数据进行插值或拟合,获得天线阵观测目标方向的大气相位扰动修正值,根据所述大气相位扰动修正值对所述天线阵大气相位扰动进行修正。3.根据权利要求1所述的天线阵大气相位扰动修正方法,其特征在于,所述根据所述多个两地大气相位差分数据对所述天线阵大气相位扰动进行修正还包括:根据所述多个两地大气相位差分数据,在不同测量频率下,分别计算电离层对天线阵大气相位的相位扰动以及对流层对天线阵大气相位的相位扰动;根据所述电离层对天线阵大气相位的相位扰动以及对流层对天线阵大气相位的相位扰动所述天线阵大气相位扰动进行修正。4.根据权利要求1所述的天线阵大气相位扰动修正方法,其特征在于,基于卫星导航系统,在两地测量同一导航卫星的载波相位,其中所述卫星导航系统为全球定位系统、北斗卫星导航系统、格洛纳斯卫星导航系统及伽利略卫星导航系统中的一种或多种组合。5.根据权利要求1所述的天线阵大气相位扰动修正方法,其特征在于,在两地测量同一导航卫星的载波相位过程中,采用原子钟时间同步测量过程中的测量时刻及时间间隔。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员:孔德庆李春来张洪波苏彦薛喜平朱新颖武宇翔
申请(专利权)人:中国科学院国家天文台
类型:发明
国别省市:北京,11

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