一种基于精密星历的空间目标监视雷达基线指向修正方法技术

本发明专利技术公开了一种基于精密星历的空间目标监视雷达基线指向修正方法，属于航天技术领域，能够满足空间目标监视雷达的高精度测量要求。获取空间目标监视雷达针对精密星历卫星实际测角数据和理论测角数据。构建L基线和M基线的指向修正量的方程组；对方程组进行求解，得到L基线和M基线的指向修正量。对当前迭代过程中的指向修正量进行平均，得到当前迭代过程的L基线和M基线指向的修正量平均值，若修正量平均值大于设定的误差门限，计算L基线和M基线第p+1次迭代过程中的N个实际测角数据，执行下次迭代，否则迭代结束，将所有的迭代过程中的修正量分别累加作为L基线和M基线的最终指向修正量，实现对空间目标监视雷达的基线指向修正。

A method of base line direction correction for space target surveillance radar based on precise ephemeris

【技术实现步骤摘要】
一种基于精密星历的空间目标监视雷达基线指向修正方法
本专利技术涉及航天
，具体涉及一种基于精密星历的空间目标监视雷达基线指向修正方法。
技术介绍
地基雷达是空间目标监视的骨干设备，为了有效的完成空间目标监视任务，需要利用雷达稀疏的观测资料开展高精度的空间目标测定轨，对地基雷达的测距和测角精度都要求极高。然而，为了较高的功率增益与测角精度，空间目标监视雷达一般都设计得较为庞大，雷达基线长度较长，特别是类似于美国的“电子篱笆”，干涉仪基线都长达几百米。在大型雷达的天线安装调试过程中，很难完全做到基线的方位和俯仰指向与设计指标一致，都需通过后续标校来修正。然而，雷达的测角数据都是基于电波的相位中心和指向来计算的，并非天线的物理尺寸中心，由于存在各种系统偏差，传统基于大地测量的方法是难以修正电波相位指向的，且测量精度也难以满足指标要求。对于50米的天线来说，指向精度要达到0.01度，则需要基线最远端指向偏差小于9毫米，在工程上极难满足要求，急需通过远距离的高精度标校来修正雷达基线指向。结合空间目标监视应用需求，寻找一种通用的空间目标监视雷达基线指向的高精度修正方法，对于提升大型空间目标监视雷达的测量精度十分必要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于精密星历的空间目标监视雷达基线指向修正方法，能够完成空间目标监视雷达基线指向修正，支持空间目标监视雷达的测角数据的高精度校正。为达到上述目的，本专利技术的技术方案包括如下步骤：步骤①、空间目标监视雷达包括两条正交的干涉基线分别为L基线和M基线，获取空间目标监视雷达针对精密星历卫星的初始的N个时刻的实际测角数据；通过精密星历计算N个时刻的理论测角数据。步骤②、根据第i时刻实际测角数据和理论测角数据，构建L基线和M基线的指向修正量的方程组；对方程组进行求解，得到N个L基线和M基线的指向修正量。步骤③、对当前第p次迭代过程中的N个指向修正量进行平均，得到第p次迭代过程的L基线和M基线指向的修正量平均值，若修正量平均值大于设定的误差门限，执行步骤④，否则迭代结束，执行步骤⑥。步骤④、计算L基线和M基线第p+1次迭代过程中的N个实际测角数据；步骤⑤、令p自增1，返回步骤③，直至迭代结束，执行步骤⑥。步骤⑥、将所有的迭代过程中的修正量分别累加作为L基线和M基线的最终指向修正量，实现对空间目标监视雷达的基线指向修正。进一步地，步骤①中，获取空间目标监视雷达针对精密星历卫星的初始的N个时刻的实际测角数据；通过精密星历计算N个时刻的理论测角数据，具体为：获取空间目标监视雷达针对精密星历卫星的初始的N组实际测角数据{lo(1,p),lo(2,p),…,lo(N,p)}、{mo(1,p),mo(2,p),…,mo(N,p)}。其中lo(i,p)、mo(i,p)分别表示L基线和M基线第p次迭代过程中的第i时刻的实际测角数据；i＝{1,2,…,N}。通过精密星历计算N组理论测角数据{lc(1),lc(2),…,lc(N)}、{mc(1),mc(2),…,mc(N)}；lc(i)、mc(i)分别表示L基线和M基线的第i时刻的理论观测量。进一步地，步骤②中，根据第i时刻实际测角数据和理论测角数据，构建L基线和M基线的指向修正量的方程组，具体为：所构建的方程组为；其中θ1(i,p)、θ2(i,p)分别表示第p次迭代过程中的第i时刻实际测角数据对L基线和M基线的指向修正量；lo-c(i,p)和mo-c(i,p)分别为第p次迭代过程中第i时刻的实际测角数据和理论测角数据的差值；即lo-c(i,p)＝lo(i,p)-lc(i)，mo-c(i,p)＝mo(i,p)-mc(i)。进一步地，步骤②中，对方程组进行求解，得到N个L基线和M基线的指向修正量，具体为：利用Trust-Region非线性方法对方程组(1)进行求解，得到N个L基线和M基线的指向修正量。进一步地，步骤③中，设定的误差门限为1e-5。进一步地，第p次迭代过程的L基线和M基线指向的修正量平均值分别为θ1_mean(p)、θ2_mean(p)。步骤④中，计算L基线和M基线第p+1次迭代过程中的N个实际测角数据。将θ1_mean(p)、θ2_mean(p)代入公式(2)：计算得到第p+1次迭代的N组实际测角数据{lo(1,p+1),lo(2,p+1),…,lo(N,p+1)}、{mo(1,p+1),mo(2,p+1),…,mo(N,p+1)}。其中lo(i,p+1)、mo(i,p+1)分别表示L基线和M基线第p+1次迭代过程中的第i个实际测角数据，i＝{1,2,…,N}。有益效果：本专利技术提供的基于精密星历的空间目标监视雷达基线指向修正方法，其原理是：根据空间目标监视雷达的基线指向建立了对精密星历卫星的观测模型，利用理论观测值与实际观测值的差异联合形成了基线指向修正量的非线性方程组，通过最优化求解非线性方程组得到逐点观测值对基线指向的修正量。在此基础上，通过多点平均和多次迭代修正实际观测值与指向修正量，求解最终的高精度测角数据和雷达基线修正量；该方法简便高效，且精度极高，可直接用于长基线干涉仪的指向修正，也可拓展到单一阵面天线的俯仰和方位角修正，满足空间目标监视雷达的高精度测量要求。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种基于精密星历的空间目标监视雷达基线指向修正方法流程图；图2为空间目标监视雷达基线指向修正前的精密星历观测残差分布示例；图3为空间目标监视雷达基线指向修正后的精密星历观测残差分布示例。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术并提出了基于精密星历的空间目标监视雷达基线指向修正方法。该方法的核心是构建基线指向偏差的观测模型，逐点计算空间目标测角数据与精密星历理论观测值的差异，通过最优化方法解算基线指向修正量，使得观测值差异最小，统计平均各观测点对基线指向的修正值，完成空间目标监视雷达基线指向修正，支持空间目标监视雷达的测角数据的高精度校正。本专利技术的实现方案，主要由基线指向偏差的观测模型、基线指向修正量解算两部分推理获得。(一)、基线指向偏差的观测模型空间目标监视雷达的测角数据一般可分为两种类型，一种是采用方位俯仰角度进行描述，另一种是用交叉的干涉仪测角进行描述，一旦基线位置和指向确定后，两种类型的测角数据可以相互转换。如果空间目标监视雷达为了获取更高精度的测角数据，一般会采用长干涉仪测角方式，本专利技术主要针对美国“电子篱笆”的“X”型干涉仪测角进行观测建模和指向修正。对于俯仰角度的雷达基线指向修正，需要根据雷达自身部署情况建立新的观测模型，但是修正方法同样适用。空间目标雷达的主要职能是用于空间目标的跟踪测量，由于雷达远场都距离很远，一般可直接采用标校星进行雷达标校，如激光测距卫星、含有GPS接收模块的卫星等。以现有的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于精密星历的空间目标监视雷达基线指向修正方法，其特征在于，包括：/n步骤①、所述空间目标监视雷达包括两条正交的干涉基线分别为L基线和M基线，获取所述空间目标监视雷达针对精密星历卫星的初始的N个时刻的实际测角数据；通过精密星历计算N个时刻的理论测角数据；/n步骤②、根据第i时刻实际测角数据和理论测角数据，构建L基线和M基线的指向修正量的方程组；对方程组进行求解，得到N个L基线和M基线的指向修正量；/n步骤③、对当前第p次迭代过程中的N个指向修正量进行平均，得到第p次迭代过程的L基线和M基线指向的修正量平均值，若修正量平均值大于设定的误差门限，执行步骤④，否则迭代结束，执行步骤⑥；/n步骤④、计算L基线和M基线第p+1次迭代过程中的N个实际测角数据；/n步骤⑤、令p自增1，返回步骤③，直至迭代结束，执行步骤⑥；/n步骤⑥、将所有的迭代过程中的修正量分别累加作为L基线和M基线的最终指向修正量，实现对空间目标监视雷达的基线指向修正。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于精密星历的空间目标监视雷达基线指向修正方法，其特征在于，包括：
步骤①、所述空间目标监视雷达包括两条正交的干涉基线分别为L基线和M基线，获取所述空间目标监视雷达针对精密星历卫星的初始的N个时刻的实际测角数据；通过精密星历计算N个时刻的理论测角数据；
步骤②、根据第i时刻实际测角数据和理论测角数据，构建L基线和M基线的指向修正量的方程组；对方程组进行求解，得到N个L基线和M基线的指向修正量；
步骤③、对当前第p次迭代过程中的N个指向修正量进行平均，得到第p次迭代过程的L基线和M基线指向的修正量平均值，若修正量平均值大于设定的误差门限，执行步骤④，否则迭代结束，执行步骤⑥；
步骤④、计算L基线和M基线第p+1次迭代过程中的N个实际测角数据；
步骤⑤、令p自增1，返回步骤③，直至迭代结束，执行步骤⑥；
步骤⑥、将所有的迭代过程中的修正量分别累加作为L基线和M基线的最终指向修正量，实现对空间目标监视雷达的基线指向修正。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤①中，获取所述空间目标监视雷达针对精密星历卫星的初始的N个时刻的实际测角数据；通过精密星历计算N个时刻的理论测角数据，具体为：
获取所述空间目标监视雷达针对精密星历卫星的初始的N组实际测角数据{lo(1,p),lo(2,p),…,lo(N,p)}、{mo(1,p),mo(2,p),…,mo(N,p)}；
其中lo(i,p)、mo(i,p)分别表示L基线和M基线第p次迭代过程中的第i时刻的实际测角数据；i＝{1,2,…,N}；
通过精密星历计算N组理论测角数据{lc(1),lc(2),…,lc(N)}、{mc(1),mc(2),…,mc(N)}；lc(i)、mc(i)分别表示L基线和M基线的第i时刻的理论...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑，朱天林，王东亚，张兵，李朋远，
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