本发明专利技术属于飞行器测量跟踪控制领域，涉及高空快速飞行目标空间运行轨迹实时高精度解算问题。根据实时接收的连续波雷达观测数据状态码，检测测量数据有效性；给定误差允许门限，比较观测数据值和预测值，判断观测数据是否为异常值；采用对流层电波折射误差修正模型，对连续波雷达距离观测值进行折射误差修正；选择合适的目标轨迹解算模型，计算高空飞行器运行轨迹。本发明专利技术提供一种用于充分利用多站连续波雷达观测数据信息，提高交会定轨精度的技术方法，解决连续波雷达观测数据三站交会定轨精度偏低这一技术问题。偏低这一技术问题。偏低这一技术问题。
【技术实现步骤摘要】
基于多数据的高空飞行器交会定轨算法
[0001]本专利技术属于高空飞行器测量跟踪控制领域，涉及高空高速飞行目标空间运行轨迹实时高精度解算问题，具体为基于多数据的高空飞行器交会定轨算法。
技术介绍
[0002]连续波测量雷达是一种高精度测距和测速设备，被广泛运用于运载火箭发射和卫星跟踪探测领域。实践中，实时数据处理模型和软件研发时，一般采用三站交会方式确定被观测目标轨迹信息，这是确定飞行器轨迹信息的重要手段。当连续波雷达设备数量多于三台时，总体技术方案将根据台站地理空间位置分布状况，制定一系列外测方案优选方案。此情况下，目标轨迹解算只能根据三个台站观测信息，采用三站交会方法确定目标轨迹。该方法在某一方案中无法充分利用所有台站的观测信息，定轨精度偏低，尤其是当其中一个台站观测值包含较大误差时，解算的目标轨迹精度会显著降低。如何充分利用多站连续波雷达观测数据信息，精确解算出目标运行轨迹，一直是高空飞行器测控领域一项技术瓶颈问题。为此，有必要采取有效技术措施挖掘所有观测站的连续波雷达观测信息，提高轨迹实时计算精度。
[0003]文献(刘利生，郭军海，刘元等，空间轨迹测量融合处理与精度分析，北京，清华大学出版社，2014)和文献(李恒年，航天测控最优估计方法与应用，北京，国防工业出版社，2015)都给出了高空飞行器轨迹计算方法，但没有描述测量值误差如何修正，以此来提高轨迹计算精度。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是：提供一种用于充分利用多站连续波雷达观测数据信息，提高交会定轨精度的技术方法，解决连续波雷达观测数据三站交会定轨精度偏低这一技术问题。
[0005]本专利技术的技术方案是：根据实时接收的连续波雷达观测数据状态码，检测测量数据有效性；给定误差允许门限，比较观测数据值和预测值，判断观测数据是否为异常值；采用对流层电波折射误差修正模型，对连续波雷达距离观测值进行折射误差修正；选择合适的目标轨迹解算模型，计算高空飞行器运行轨迹。
[0006]本专利技术的效果和益处是：充分利用多站连续波雷达观测数据信息，提高高空超速飞行目标交会定轨精度。
附图说明
[0007]图1是多站连续波雷达交会定轨数据处理流程。
具体实施方式
[0008]以下结合附图和技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式。
[0009]如图1所示，基于多数据的高空飞行器交会定轨新算法，为提升飞行器实时定轨精
度提供技术支持，具体步骤如下：
[0010]步骤1、有效性检验
[0011]在高空飞行器测控任务中，为了实现对目标可靠稳定跟踪，通常配备多种类型观测设备，实时数据处理中心接收测控数据源种类众多，除了无线电雷达观测数据外，还有光测数据、遥测数据和卫星数据等。因此，实时数据处理时，首先需要根据接收到的测控数据类型或通信通道号来确定数据类型，判断实时接收的数据是否为连续波雷达观测数据；其次，若实时接收的数据为连续波雷达观测数据，则定位到连续波雷达采样数据的状态码S，通常连续波雷达观测数据的状态码S占用一个字节，取出设备状态码S的每一位；再结合表1判断接收到的连续波雷达观测数据是否有效。
[0012]表1状态码表示
[0013]位序b0b2b1b3b4b5b6b7含义设备状况跟踪方式工作方式角度有效速度有效距离有效保留
[0014]例如，S.b0＝1表示设备跟踪有效，S.b5＝1表示速度跟踪有效，S.b6＝1表示距离跟踪有效，只有当S&0x61＝0x61时才表示高空飞行器与测站之间的距离及其变化量观测数据均有效。
[0015]步骤2、异常值检测
[0016]采用α
‑
β
‑
γ滤波器对步骤1中符合有效性检验的观测数据数列进行一步预测获得预测值，若连续波雷达观测值与预测值之差的绝对值小于一个给定的误差允许门限，则认为该数据为正常数据，反之判为异常数据。
[0017][0018]式中，X＝R或表示高空飞行器与测站之间的距离及其变化量观测值，X～为高空飞行器与测站之间的距离及其变化量预测值，由α
‑
β
‑
γ滤波器或21点平滑滤波确定，ε为给定误差允许门限，取值一般为3σ～6σ，σ为该测量数据中误差。
[0019]步骤3、距离观测误差修正
[0020]连续波雷达测距误差主要来源于对流层折射误差，对于对流层电波折射误差修正，首先应计算测站至目标延长线穿过整个对流层的电波折射修正量ΔR0。
[0021][0022]式中，式中，h
d
＝40136+148.72(T0‑
273.16)；h
w
＝11000m；E
e
是仰角测量值(度)；h0、P0、T0＝t0+273.16和分别表示测站处的海拔高度(米)、气压(毫巴)、绝对温度和水汽压(毫巴)，t0为地面摄氏温度，f0为地面相对湿度。
[0023]其次，计算测站至高空飞行器延长线从高空飞行器处开始穿过对流层的电波折射修正量ΔR
S
。
[0024][0025]式中，中，中，r0＝6371004m为地球平均半径，其余符号定义同前。
[0026]再次，计算测站至高空飞行器的对流层折射修正量ΔR
M
。
[0027]ΔR
M
＝ΔR0‑
ΔR
S
ꢀꢀ
(4)
[0028]最后，经过对流层折射修正的高空飞行器与测站之间的距离为：
[0029][0030]步骤4目标轨迹解算
[0031]设有N(N>3)台连续波雷达观测设备，根据连续波雷达台站和目标之间位置关系，经过对流层折射误差修正后的距离观测值分别为有如下(6)式成立：
[0032][0033]式中，是目标地心空间直角坐标(x,y,z)的估计值；(x
i
,y
i
,z
i
)(i＝1,2,...,N)为连续波雷达观测站地心空间直角坐标，是经过对流层折射误差修正的距离观测值,v
i
为误差项。
[0034]从(6)式可以看到，该方程组为非线性方程组，设按泰勒公式展开并略去二次和二次以上项,有如下误差方程：
[0035][0036]式中，(x0,y0,z0)为高空飞行器的空间位置(x,y,z)近似初值。
[0037]令
[0038][0038][0039]用矩阵形式表示为：
[0040][0041]其中，其中，
[0042]根据最小二乘原理，解得：
[0043][0044]高空飞行器的空间位置坐标估计值为：
[0045][0046]实际计算时，N需要根据各台站设备有效数据数量并通过有效性检验和异常值检测进行自行切选。
[0047]以上是关于高空飞行器的空间位置的计算方法，可以看到,上述线性化是近似公式,略去了二次(含)以上本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于多数据的高空飞行器交会定轨算法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1、有效性检验实时数据处理时，首先需要根据接收到的测控数据类型或通信通道号来确定数据类型，判断实时接收的数据是否为连续波雷达观测数据；其次，若实时接收的数据为连续波雷达观测数据，则定位到连续波雷达采样数据的状态码S，通常连续波雷达观测数据的状态码S占用一个字节，取出设备状态码S的每一位；再结合状态码判断接收到的连续波雷达观测数据是否有效；其中，状态码的位序分别为b0、b2b1、b3、b4、b5、b6和b7，含义分别为设备状况、跟踪方式、工作方式、角度有效、速度有效、距离有效和保留步骤2、异常值检测采用α
‑
β
‑
γ滤波器对步骤1中符合有效性检验的观测数据数列进行一步预测获得预测值，若连续波雷达观测值与预测值之差的绝对值小于一个给定的误差允许门限，则认为该数据为正常数据，反之判为异常数据；式中，X＝R或表示高空飞行器与测站之间的距离及其变化量观测值，为高空飞行器与测站之间的距离及其变化量预测值，由α
‑
β
‑
γ滤波器或21点平滑滤波确定，ε为给定误差允许门限，取值为3σ～6σ，σ为该测量数据中误差；步骤3、距离观测误差修正连续波雷达测距误差主要来源于对流层折射误差，对于对流层电波折射误差修正，首先应计算测站至目标延长线穿过整个对流层的电波折射修正量ΔR0；式中，h
d
＝40136+148.72(T0‑
273.16)；h
w
＝11000m；E
e
是仰角测量值；h0、P0、T0＝t0+273.16和分别表示测站处的海拔高度、气压、绝对温度和水汽压，t0为地面摄氏温度，f0为地面相对湿度；其次，计算测站至高空...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘费炀，韩晶晶，金典，李方雨，孙嘉诚，赵前，虞天航，郦铮昂，司家韬，
申请(专利权)人：刘费炀，
类型：发明
国别省市：
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