一种利用测速数据提高航天器测距数据精度的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用测速数据提高航天器测距数据精度的方法，包括：S1.获取地面站对航天器的测距结果和测速结果；S2.基于所述测距结果、所述测速结果，构建所述地面站对所述航天器的观测向量和所述航天器的状态向量；S3.获取所述观测向量对所述状态向量的雅可比矩阵，以及确定所述观测向量的权矩阵；S4.根据所述雅可比矩阵和所述权矩阵获取协因数阵；S5.获取所述状态向量的改正量；S6.基于所述改正量对所述测距结果进行优化。该方法适应性强，作为一种数据处理方法，不需要星、地测控设备任何额外改动，可直接用于目前统一载波测控系统的测量数据，有效提高了测距数据精度。

A method to improve the accuracy of spacecraft ranging data by using velocity data

【技术实现步骤摘要】
一种利用测速数据提高航天器测距数据精度的方法
本专利技术涉及航天测控领域，尤其涉及一种利用测速数据提高航天器测距数据精度的方法。
技术介绍
在航天测控任务中，地面测控设备对航天器的测距数据是航天器导航的重要观测量。特别是在深空测控中，由于探测器距离遥远，无法接收全球导航卫星系统的信号，只能依赖地基无线电测量技术实现探测器导航。侧音测距是最为常用的测距技术，随着需求的提升和技术的发展，侧音测距的精度不断得到改进；此外，再生伪码测距的提出解决了更远距离深空探测器的高精度测距难题。在目前航天测控的统一载波测控体制下，地面测控设备在获得航天器测距数据的同时通常也获取了高精度的测速数据。从测量模型来看，测速数据是航天器对测站径向距离的时间变化率，测距数据是航天器对测站的径向距离，测速数据是测距数据的时间差分；从信号模型来看，测速数据来自于载波锁相环，测距数据来自于测距通道的锁相环，二者所包含的噪声相互独立。目前，测距数据的典型精度为m级，测速数据的典型精度为mm/s量级。由于测速数据中包含了测距信息且其测量噪声独立于测距数据，进而测距数据的精度具有进一步优化的空间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用测速数据提高航天器测距数据精度的方法，用于解决航天器测距数据精度不高的问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种利用测速数据提高航天器测距数据精度的方法，包括：S1.获取地面站对航天器的测距结果和测速结果；S2.基于所述测距结果、所述测速结果，构建所述地面站对所述航天器的观测向量和所述航天器的状态向量；S3.获取所述观测向量对所述状态向量的雅可比矩阵，以及确定所述观测向量的权矩阵；S4.根据所述雅可比矩阵和所述权矩阵获取协因数阵；S5.获取所述状态向量的改正量；S6.基于所述改正量对所述测距结果进行优化。根据本专利技术的一个方面，还包括：S7.基于所述改正量，获取优化后的所述测距结果的后验方差。根据本专利技术的一个方面，步骤S2中，基于所述测距结果和所述测速结果，构建所述地面站对所述航天器的观测向量，且所述观测向量为：基于所述测距结果构建所述航天器的状态向量，且所述状态向量为：其中，L表示观测向量，X表示状态向量，表示在每个时刻所述地面站对所述航天器的测距结果的真实值，表示在每个时刻所述地面站对所述航天器的测速结果的真实值，且所述测距结果的真实值与所述测速结果的真实值满足：其中，i＝1，2，…，(n-1)。根据本专利技术的一个方面，步骤S3中，所述雅可比矩阵为：其中，B表示雅可比矩阵；所述权矩阵为：其中，P表示权矩阵，σρ表示测距数据的先验测量精度，σv表示测速数据的先验测量精度，k为附加权重，预设初始值为1。根据本专利技术的一个方面，步骤S4中，所述协因数阵为：Q＝(BTPB)-1其中，Q表示协因数阵，根据本专利技术的一个方面，步骤S5包括：S51.基于所述协因数阵调整所述权矩阵中的附加权重；S52.基于优化后的所述附加权重，获取所述改正量。根据本专利技术的一个方面，步骤S52中，所述改正量为：l＝Lobs-BX0Lobs＝[ρ1ρ2...ρnv1v2...vn-1]TX0＝[ρ1ρ2...ρn]T其中，表示改正量，Lobs为观测向量L的实际观测值，X0为状态向量的初始估计值，ρ1，ρ2，…，ρn为地面站每个时刻对航天器的测距结果，v1，v2，…，vn-1为地面站每个时刻对航天器的测速结果。根据本专利技术的一个方面，步骤S6中，优化后的测距结果为：其中，为优化后的测距结果。根据本专利技术的一个方面，步骤S7中包括：S71.基于所述改正量获取后验协方差矩阵；S72.基于所述后验协方差矩阵获取其主对角元素；其中，所述主对角元素即为优化后的所述测距结果的后验方差。根据本专利技术的一个方面，所述后验协方差矩阵为：D＝VTPV(BTPB)-1/(n-1)其中，D表示后验协方差矩阵。根据本专利技术的一种方案，本专利技术基于测速数据中包含的测距信息及两类数据的观测噪声独立性，利用测量平差的模型和理论，通过高精度的测速数据改进测距数据的精度。该方法本质上是测距、测速数据融合，模型、理论清晰，计算高效，可显著提高测距数据的精度。此外，该方法适应性强，作为一种数据处理方法，不需要星、地测控设备任何额外改动，可直接用于目前统一载波测控系统的测量数据，有效提高了测距数据精度。附图说明图1示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的利用测速数据提高航天器测距数据精度的方法的步骤框图；图2示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的测距、测速数据随时间的变化曲线图示；图3示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的协因数阵Q的左上角60×60子阵元素等高线图示(附加权重k＝1)；图4示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的协因数阵Q的左上角60×60子阵元素等高线图示(附加权重k＝2×10-6)；图5示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的原始及改进后的测距数据相对于距离真值的误差。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。如图1所示，根据本专利技术的一种实施方式，本专利技术的一种利用测速数据提高航天器测距数据精度的方法，包括：S1.获取地面站对航天器的测距结果和测速结果；S2.基于测距结果、测速结果，构建地面站对航天器的观测向量和航天器的状态向量；S3.获取观测向量对状态向量的雅可比矩阵，以及确定观测向量的权矩阵；S4.根据雅可比矩阵和权矩阵获取协因数阵；S5.获取所述状态向量的改正量；S6.基于改正量对测距结果进行优化。根据本专利技术的一种实施方式，本专利技术的一种利用测速数据提高航天器测距数据精度的方法还包括：S7.基于改正量，获取优化后的测距结果的后验方差。根据本专利技术的一种实施方式，设地面站对航天器在t＝1，2，…，n(s)的测距结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用测速数据提高航天器测距数据精度的方法，包括：/nS1.获取地面站对航天器的测距结果和测速结果；/nS2.基于所述测距结果、所述测速结果，构建所述地面站对所述航天器的观测向量和所述航天器的状态向量；/nS3.获取所述观测向量对所述状态向量的雅可比矩阵，以及确定所述观测向量的权矩阵；/nS4.根据所述雅可比矩阵和所述权矩阵获取协因数阵；/nS5.获取所述状态向量的改正量；/nS6.基于所述改正量对所述测距结果进行优化。/n

【技术特征摘要】
20191009 CN 20191095214011.一种利用测速数据提高航天器测距数据精度的方法，包括：
S1.获取地面站对航天器的测距结果和测速结果；
S2.基于所述测距结果、所述测速结果，构建所述地面站对所述航天器的观测向量和所述航天器的状态向量；
S3.获取所述观测向量对所述状态向量的雅可比矩阵，以及确定所述观测向量的权矩阵；
S4.根据所述雅可比矩阵和所述权矩阵获取协因数阵；
S5.获取所述状态向量的改正量；
S6.基于所述改正量对所述测距结果进行优化。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
S7.基于所述改正量，获取优化后的所述测距结果的后验方差。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S2中，基于所述测距结果和所述测速结果，构建所述地面站对所述航天器的观测向量，且所述观测向量为：



基于所述测距结果构建所述航天器的状态向量，且所述状态向量为：



其中，L表示观测向量，X表示状态向量，表示在每个时刻所述地面站对所述航天器的测距结果的真实值，表示在每个时刻所述地面站对所述航天器的测速结果的真实值，且所述测距结果的真实值与所述测速结果的真实值满足：其中，i＝1，2，…，(n-1)。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述雅可比矩阵为：



其中，B表示雅可比矩阵；
所述权矩阵为：



其中，P表示权矩阵，σρ表示测距数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐得珍，李海涛，王宏，
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