避免在线校准的双基线测角方法技术

本发明专利技术所述的避免在线校准的双基线测角方法，提出避免在线校准的双基线测角方法以提高测角系统工作的连续性与可靠性，以期显著地减少设备设计的复杂程度，即仅需出场标校一次即可长期投入使用以解决在测角系统通道幅相误差而影响到测角精度的技术难题。具体地，将3个方位测角通道合并为一个通道，合并方式为分时复用，复用的时序由信处控制。避免在线校准的双基线测角方法包括以下阶段，阶段1、出厂标校；阶段2、工作测量阶段。工作测量阶段。工作测量阶段。

【技术实现步骤摘要】
避免在线校准的双基线测角方法


[0001]本专利技术涉及一种针对双基线测角通信的控制方法，具体地实现避免在线实时或定时校准的测角方法，属于空间合作目标定位通信领域。

技术介绍

[0002]随着目前国内航天探测技术的快速发展，在探测过程中最具有难度和挑战性的行星探测着陆任务中，为了获取更有研究价值的信息，探测器需要在行星表面着陆，再使用辅助设备实现数据采样及分析。其中，对于探测着陆模拟实验中除对着陆环境进行模拟外，还需对着陆系统的速度与相对行星表面距离的测量进行相关试验与研究。
[0003]行星表面探测器包括行星着陆器和行星表面巡行器，当巡行器从着陆器释放出来之后，两者需相互进行通信与定位。利用行星表面着陆器
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巡行器近程通信链路(UHF、C、X频段)的双向链路进行测距、测速、多基线比相测角，是现有实现着陆器对巡行器精密导航定位与通信性设计的主要技术手段，具体包括以下四种典型的巡视器定位方案：(1)惯性导航系统；(2)天文导航体制；(3)陆基甚长基线干涉仪定位体制；(4)视觉导航体制。
[0004]对于方案(1)，其主要应用缺点是随着时间漂移发散严重，特别是在行使速度慢、活动范围小、任务周期长的场景下，定位误差将逐渐增大到无法接受的地步；
[0005]对于方案(2)，其虽能够准确测定航向且精度较高，但需要利用里程计测定线位移变化量，进行航位推算。因此，受里程计精度约束和行星表面恶劣的路况影响，精度较差，定位误差随航行里程发散；
[0006]对于方案(3)，其主要缺点是测角误差和远距离导致法向定位偏差过大，且数据处理周期较长难以满足实时性要求，目前在建的VLBI能够达到的测角精度在100nrad左右，法向误差大于100m，难以满足巡视器定位任务需求；
[0007]对于方案(4)，其主要缺点是需要精确定标，易受巡视器姿态干扰，尤其受光照条件变化影响很大，严重时用于视觉导航的图像场景安全适配，且计算量大，对处理器和顶视立体相机、导航相机要求高，即使在地球上长时间的全自主视觉导航也难以实现。
[0008]综上对比，现有着陆器均是通过惯性导航系统以及测速测距雷达共同作用得到着陆器相对于行星表面的距离与速度信息。单纯的惯性导航系统虽然能够得到着陆器的空间位置、姿态以及速度信息，但是却无法满足着陆器软着陆的测速测距精度，因此通常还需其他的微波测距设备对惯导的结果予以修正，进而减小惯导系统的测量误差以及满足测量精度。
[0009]如后附图1所示，采用直序扩频和CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems)Proximity
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1协议实现着陆器
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巡行器之间的数据交互，利用双向异步传输帧非相干扩频测距方法实现精密测距、测速，利用着陆器多天线形成的长短基线组合实现对巡行器方位角的载波相位差分干涉精密测角，同时完成通信功能。着陆器上的雷达测角系统包括3个接收天线组成的天线阵、频率综合器、雷达信号处理机和二次电源等组成单元。针对测角功能，采用3个接收天线后接入多个接收通道的方式，这种方式带来的问题是
多个接收通道随着时间和温度变化导致各通道幅相误差随机变化，导致测角误差增大。针对多通道测角系统，各路测角通道间的幅度、相位变化特性的一致性对保持测角精度非常重要。为此，现有技术通常采用增加校准通道的方式进行实时校准或间隔一段时间校准一次的方式来消除幅相误差。这种方法增加了设备的复杂度，并且连续或间隔会对正常测量信号造成干扰，扰乱正常的测量流程。
[0010]有鉴于此，特提出本专利申请。

技术实现思路

[0011]本专利技术所述的避免在线校准的双基线测角方法，在于解决上述现有技术存在的问题而提出避免在线校准的双基线测角方法以提高测角系统工作的连续性与可靠性，以期显著地减少设备设计的复杂程度，即仅需出场标校一次即可长期投入使用以解决在测角系统通道幅相误差而影响到测角精度的技术难题。
[0012]为实现上述设计目的，所述避免在线校准的双基线测角方法，将3个方位测角通道合并为一个通道，合并方式为分时复用，复用的时序由信处控制。包括以下阶段，
[0013]阶段1、出厂标校；
[0014]阶段2、工作测量阶段；
[0015]步骤2.1，测距接收通道对测距收发天线接收到的射频模拟信号进行滤波和放大、混频并滤波以得到中频模拟信号，将所述中频模拟信号进行A/D采样以得到数字中频信号；
[0016]步骤2.2，着陆器雷达系统组成的信处控制转换开关进行天线的选择控制，通过分时复用将3个方位测角通道合并为一个通道，每个天线接通3.3μs，3个天线占用轮换一次占10μs，由此测角接收通道等效地对每个天线送来的信号进行100kHz间隔的脉冲采样；
[0017]步骤2.3，测距接收通道进行中频信号的载波和伪码捕获、跟踪，向测角合并通道提供辅助载波及辅助伪码；
[0018]步骤2.4，测角接收通道利用测距接收通道提供的载波及即时伪码进行解调、解扩处理，利用开关切换信号控制3个测角通道进行积分清除；
[0019]步骤2.5，对通道开关切换瞬间的前后若干个点数据进行剔除；
[0020]步骤2.6，对测角接收通道的3路积分清除结果进行相位旋转处理；
[0021]步骤2.7，对相位旋转处理的结果进行相位鉴别计算以得到测角通道3路鉴相误差，对测角通道3路鉴相误差进行锁相环路滤波以消除频差和相位差，将环路滤波结果反馈给测角各路对应的相位累加器，累加器结果进行正余弦查找表，查找表的结果参与积分清除的相位旋转运算；
[0022]步骤2.8，同步提取测角通道3路NCO的相位，扣除相位通道出厂基线校准表误差以得到相位一次观测量，即为真实目标的基线测向误差；将该相位一次观测量参与后续的测角运算，即得到准确的测角结果。
[0023]进一步地，所述的阶段1包括以下步骤：
[0024]步骤1.1，利用外测或矢量网络分析手段，测量3个测角接收通道的相位延迟量；
[0025]步骤1.2，利用校准源测量从射频端口经开关切换后各路测量的相位差；
[0026]步骤1.3，将测角天线相位延迟量与开关切换相位延迟量相加以得到基线校准表，通过加注的方式固化到雷达设备中；
[0027]步骤1.4，设备开机工作时，读取校准表中的数据以供后续相位校正处理。
[0028]进一步地，所述的阶段2，在步骤2.6中对测角接收通道的3路积分清除结果进行相位旋转处理，相位旋转按如下公式实现，
[0029][0030][0031]式中,I(k)为同相支路积分清除结果，无量纲；Q(k)为正交支路积分清除结果，无量纲；θ
k
为相位旋转真值，为旋转相位测量值，单位为弧度；d为距离值，单位为米，A为信号幅度，单位为电压或电流值；R(τ
e
(k))为相关值，无量纲，其中τ
e
(k)为相关延时，单位为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种避免在线校准的双基线测角方法，其特征在于：将3个方位测角通道合并为一个通道，合并方式为分时复用，复用的时序由信处控制；所述的避免在线校准的双基线测角方法包括以下阶段，阶段1、出厂标校；阶段2、工作测量阶段；步骤2.1，测距接收通道对测距收发天线接收到的射频模拟信号进行滤波和放大、混频并滤波以得到中频模拟信号，将所述中频模拟信号进行A/D采样以得到数字中频信号；步骤2.2，着陆器雷达系统组成的信处控制转换开关进行天线的选择控制，通过分时复用将3个方位测角通道合并为一个通道，每个天线接通3.3μs，3个天线占用轮换一次占10μs，由此测角接收通道等效地对每个天线送来的信号进行100kHz间隔的脉冲采样；步骤2.3，测距接收通道进行中频信号的载波和伪码捕获、跟踪，向测角合并通道提供辅助载波及辅助伪码；步骤2.4，测角接收通道利用测距接收通道提供的载波及即时伪码进行解调、解扩处理，利用开关切换信号控制3个测角通道进行积分清除；步骤2.5，对通道开关切换瞬间的前后若干个点数据进行剔除；步骤2.6，对测角接收通道的3路积分清除结果进行相位旋转处理；步骤2.7，对相位旋转处理的结果进行相位鉴别计算以得到测角通道3路鉴相误差，对测角通道3路鉴相误差进行锁相环路滤波以消除频差和相位差，将环路滤波结果反馈给测角各路对应的相位累加器，累加器结果进行正余弦查找表，查找表的结果参与积分清除的相位旋转运算；步骤2.8，同步提取测角通道3路NCO的相位，扣除相位通道出厂基线校准表误差以得到相位一次观...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩月涛，肖慧敏，张伟，
申请(专利权)人：山东航天电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：