深空多普勒测量数据时标偏差的自校准方法技术

本发明专利技术涉及一种深空多普勒测量数据时标偏差的自校准方法，包括步骤：a.根据深空探测器的动力学运动规律，建立状态方程并求解；b.根据测量量，建立条件方程；c.求解条件方程，得到定轨结果和时标偏差解算结果。根据本发明专利技术的深空多普勒测量数据时标偏差的自校准方法，可以在解算时标偏差的同时，确定探测器的轨道，还可以同时解算轨道动力学参数和其他测量系统误差。解决了多普勒测量数据时标偏差校准的问题，提升多普勒数据在深空探测器定轨中的应用效果，具有广阔的实际工程应用前景。

Self calibration method of time scale deviation for deep space Doppler measurement data

【技术实现步骤摘要】
深空多普勒测量数据时标偏差的自校准方法
本专利技术涉及深空测量与导航领域，尤其涉及一种深空多普勒测量数据时标偏差的自校准方法。
技术介绍
在月球与深空探测任务中，轨道测量与确定是整个任务导航的基础，可靠性高、测量精度稳定的地基跟踪测量系统是当前国际上主用的测轨系统。我国也在逐步建成用于月球探测器轨道测量的地基测量系统，主要由深空站和甚长基线干涉测量(VLBI)台站构成，实现测距、多普勒测速和VLBI测量。其中，多普勒测速是一种传统的、常用的测量手段，在深空导航中有不可替代的作用。多普勒测量不仅易于实现，测量精度高且不包含系统差，为月球和深空探测任务尤其是环绕大天体的轨道段定轨提供重要的数据支持。目前，我国深空站多普勒测速(X频段，积分时间为1s)精度可达1mm/s。如果多普勒测量数据时标存在偏差，则利用多普勒数据定轨后残差中存在与探测器轨道周期一致的周期性变化项，变化范围达到cm/s量级，远超多普勒测速数据的精度，无法得到精确、可靠的定轨结果。因此，需要一种时标偏差校准方法以有效地解决该问题，提升多普勒数据在深空探测器定轨中的应用效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述问题，提供一种深空多普勒测量数据时标偏差的自校准方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种深空多普勒测量数据时标偏差的自校准方法，包括以下步骤：a.根据深空探测器的动力学运动规律，建立状态方程并求解；b.根据测量量，建立条件方程；c.求解条件方程，得到定轨结果和时标偏差解算结果。根据本专利技术的一个方面，在所述a步骤中，将深空探测器的位置速度矢量r、和动力学参数Pd、测量数据误差参数Pg以及多普勒测量数据时标偏差tb记为状态矢量X，根据深空探测器的动力学运动规律，其状态方程为带有初值的一阶微分方程：其中，为中心天体的质心引力，μ为中心天体的引力常数，Fε为摄动力之和，而X0为待估参数的初值，探测器位置速度矢量可取标称值或根据已有测量数据定轨预报的轨道，动力学参数和测量系统误差参数可取理论设计值或经验先验值；所述方程通过数值积分方法求解得X(t)＝X(t0，X0；t)。根据本专利技术的一个方面，在所述b步骤中，根据测量量的物理意义，将测量量和状态矢量X之间的函数关系记为G(X，t)，考虑测量噪声ε，给出测量方程为：Yi＝G(Xi，ti)+εi；其中，Yi为ti时刻的测量量，Xi为ti时刻的状态矢量，εi为ti时刻的测量噪声；将测量方程在参考状态X*(ti)处展开并线性化为：yi＝Hix0+εi；其中，Ф(ti，t0)为状态转移矩阵；多普勒测量量对tb的导数：再将所有的测量方程总写为：y＝Hx0+ε；对于不同类型的测量量，可以根据其测量精度进行加权，设权系数矩阵为W，对于相互独立的测量量，该矩阵为对角阵，对角线元素为测量噪声方差的倒数，由此，可以得到条件方程为：(HT·W·H)·x0＝HT·W·y。根据本专利技术的一个方面，在所述c步骤中，根据加权最小二乘估计理论，如果已知待估计参数x0的先验估计和先验估计的加权矩阵则批处理算法解算的x0的最佳估值为：待估状态矢量的最优估值为：至此，解算出了多普勒测量数据时标偏差，同时，将时标偏差修正后的多普勒测量数据用于轨道参数的估计。根据本专利技术的深空多普勒测量数据时标偏差的自校准方法，可以在解算时标偏差的同时，确定探测器的轨道，还可以同时解算轨道动力学参数和其他测量系统误差。解决了多普勒测量数据时标偏差校准的问题，提升多普勒数据在深空探测器定轨中的应用效果，具有广阔的实际工程应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示意性表示根据本专利技术的深空多普勒测量数据时标偏差的自校准方法的流程图；图2示意性表示CE-3探测器综合测距、多普勒和VLBI测量数据定轨后的多普勒数据残差图；图3示意性表示CE-3探测器测距和时标偏差校准后的多普勒数据定轨后的残差图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在针对本专利技术的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本专利技术的限制。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本专利技术的实施方式并不因此限定于以下实施方式。本专利技术针对深空站多普勒测量数据存在时标偏差而无法正常进行定轨的问题，提供了一种基于统计定轨的时标偏差自校准方法，在轨道确定的同时，解算时标偏差，解决了多普勒测量数据时标偏差校准的问题，提升多普勒数据在深空探测器定轨中的应用效果，具有广阔的实际工程应用前景。在本专利技术中，深空站高精度多普勒测量数据存在时标偏差时，利用本专利技术的自校准方法在解算时标偏差的同时确定探测器的轨道，时标偏差校准后，多普勒测量数据可以正常参与定轨。图1示意性表示根据本专利技术的深空多普勒测量数据时标偏差的自校准方法的流程图。如图1所示，根据本专利技术的深空多普勒测量数据时标偏差的自校准方法，包括以下步骤：a.根据深空探测器的动力学运动规律，建立状态方程并求解；b.根据测量量，建立条件方程；c.求解条件方程，得到定轨结果和时标偏差解算结果。在本专利技术中，在上述a步骤中，将深空探测器的位置速度矢量r、和动力学参数Pd、测量数据误差参数Pg以及多普勒测量数据时标偏差tb记为状态矢量X，其中，动力学参数是指探测器轨道动力学模型中无法确知的参数，如太阳辐射压系数、经验力系数等。测量数据的误差参数表征与探测器动力学方程无关，由测量系统的物理因素引起的误差，如地面站址坐标误差、测距系统误差、时标偏差等，这些误差参数体现在测量量的物理模型中。根据深空探测器的动力学运动规律，其状态方程为带有初值的一阶微分方程：其中，为中心天体的质心引力，μ为中心天体的引力常数，Fε为摄动力之和，而X0为待估参数的初值，探测器位置速度矢量可取标称值或根据已有测量数据定轨预报的轨道，动力学参数和测量系统误差参数可取理论设计值或经验先验值；方程通过数值积分方法求解得X(t)＝X(t0，X0；t)。...

【技术保护点】
1.一种深空多普勒测量数据时标偏差的自校准方法，包括以下步骤：/na.根据深空探测器的动力学运动规律，建立状态方程并求解；/nb.根据测量量，建立条件方程；/nc.求解条件方程，得到定轨结果和时标偏差解算结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种深空多普勒测量数据时标偏差的自校准方法，包括以下步骤：
a.根据深空探测器的动力学运动规律，建立状态方程并求解；
b.根据测量量，建立条件方程；
c.求解条件方程，得到定轨结果和时标偏差解算结果。


2.根据权利要求1所述的深空多普勒测量数据时标偏差的自校准方法，其特征在于，在所述a步骤中，将深空探测器的位置速度矢量r、和动力学参数Pd、测量数据误差参数Pg以及多普勒测量数据时标偏差tb记为状态矢量X，
根据深空探测器的动力学运动规律，其状态方程为带有初值的一阶微分方程：
其中，为中心天体的质心引力，μ为中心天体的引力常数，Fε为摄动力之和，而X0为待估参数的初值，探测器位置速度矢量可取标称值或根据已有测量数据定轨预报的轨道，动力学参数和测量系统误差参数可取理论设计值或经验先验值；
所述方程通过数值积分方法求解得X(t)＝X(t0，X0；t)。


3.根据权利要求1所述的深空多普勒测量数据时标偏差的自校准方法，其特征在于，在所述b步骤中，根据测量量的物理意义，将测量量和状态矢量...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊敏，李海涛，赵华，黄勇，张正好，
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