外测系统共同校准方法初探

一、前言在外测数据的处理中,常涉及到两类误差,即随机误差和系统误差。对于随机误差,通常采用数据平滑的方法减弱其影响;而对系统误差,有时不作修正,仅估计其对测量结果的影响。当然,系统误差较小或测量精度要求较低时,是可以这样做的。但当要求提高精度时,这样处理就有问题了。而且仅靠提高硬设备的精度或靠增加设备数量来提高外测精度往往会有困难,也是不经济的。这就促使我们采用“软设备”去解决系统误差问题,即在不增加设备的情况下综合利用现有设备(如二种以上的设备),合理应用统计数学方法,尽可能减小随机误差的影响,分离系统误差,并予以修正,以提高外测系统的精度,获得高精度的弹道参数。     

外测系统误差模型的辨识

在高精度弹道测量事后数据处理中,常采用“EMBET”方法来自校准外测系统的系统性误差。但如何引入合理的外测系统误差模型,是关系到自校准效果的关键问题。本文介绍了一种线性模型假设检验方法,井用以对外测系统误差模型进行辨识。经仿真计算得到了令人满意的结果。     

外测数据系统误差及弹道的估计

一、引言飞行器飞行过程中,常用多站和不同测量系统进行观测。如何充分综合和利用这些跟踪数据,以便给出真实轨道,无疑是一个重要课题。各种测量系统的数据都含有系统误差和随机误差,它们会影响所估弹道的精度。本文研究了两站外测跟踪情况下,利用卡尔曼滤波方法先估计测量设备系统误差,然后进行补偿并获得弹道估计。这种方法使用线性误差模型,避免了运动方程的非线性,又能分离系统误差,故所估     

利用自回归模型拟合外测系统误差的方法

本文针对实际测量中外测系统误差难以准确作模,而影响“EMBE T”的系统误差自校准效果,提出利用AR(P)模型来描述和代替外测系统误差模型的思想。采用AR(P)模型拟合仿真连续波雷达系统误差,结果表明非常吻合,拟合结果明显优于利用时间多项式的结果。     

卫星回收轨道和导弹弹道的实时跟踪

 本文主要讨论卫星回收轨道和大气外机动导弹弹道的实时跟踪,提出解耦卡尔曼滤波和改进的α-β-γ滤波两种方法,为探测并跟踪目标的机动,滤波中加了自适应的功能,模拟计算和实测数据的计算结果表明,上述方法是有效的。     

α-β与α-β-γ滤波器首参数的选取

本文讨论了α-β与α-β一γ滤波器首参数α的选取问题。假设系统状态方程存在递推截断误差,观测方程存在随机误差。当滤波器进入稳态时,以滤波器的输出误差协方差阵谱模范数达到最小为最优准则,为确定滤波器增益矢量中的首参数α,导出了一种选取首参数的算法。按此算法计算验证,其结果是令人满意的。     

轨道测量差分精确定轨方法

航天器轨道精确测定重要环节之一是有效地消除观测系统误差,在轨道测量数据处理时,一类是利用轨道约束自校准技术来估算和校准系统误差,另一类可以应用测元差分方法来消除系统误差(例如导航卫星测定目标)。本文提出一种新的差分技术,即利用观测数据时序差分消除系统误差技术,并推导相应确定航天器轨道的公式。     

有序递推滤波修正系统误差方法

本文将推广卡尔曼滤波的原理拓展到对测量元素逐个进行滤波的处理。从理论上证明它可以提高状态向量滤波结果的估值精度，而且它可以减少求逆公式的计算量。本文应用该方法导出了轨道测量数据处理的有序递推自校准系统误差的方法及公式。     

用自助法估计外弹道测量数据随机误差分布特性

针对外弹道测量数据的有限性使随机误差的分布估计不够准确的问题,提出了基于Bootstrap（自助）方法的外弹道测量数据随机误差分布特性估计。首先对测量数据采用样条分频技术得到随机误差的初步估计,然后采用三次多项式拟合修正样本经验分布函数,替换传统Bootstrap方法中经验分布函数,得到随机误差的Bootstrap样本,计算Bootstrap样本的统计量,从而得到精度较高的外弹道测量数据随机误差模型。从仿真数据验证结果来看,解决了传统Bootstrap方法仿真随机样本相对比较集中的问题。     

基于改进的UPF雷达组网数据融合方法

传统粒子滤波方法(PF)中,粒子权值仅参考当前观测值,由于观测随机误差的影响,降低了粒子权值的准确性。本文提出一种新的粒子权值确定方法,利用目标运动方程向后外推目标状态,综合利用外推的目标状态以及历史观测数据,降低了观测随机误差的影响,改进了粒子权值的准确性,从而提高了粒子滤波性能。采用改进的粒子滤波方法处理多雷达测量数据,仿真结果表明,改进的粒子滤波方法可以很好地实现多雷达测量数据的融合处理,提高了目标外弹道定位精度,可以应用在飞行器跟踪测量的数据融合处理中。     

《飞行器测控技术》1985年总目录

浦控总体远站跟踪转换方程的推导速度状态参数的最优观测几何试验靶场的GPS转发信号跟踪系统方案利用转发的GPS信号测定弹道 无线电外测一种经济效益很高的校准无线电外测系统的方法—卫星校准法用跟踪卫星的方法对陆上脉冲雷达进行自校准阿里安运载火箭飞行试验用的C波段雷达的卫星校准用GEOS一3卫星校准C波段雷达的研究C波段雷达校准及其在GEOS一I计划中的应用无线电外弹道测量系统校准卫星文献目录双向相干通信系统中的信道误差美国陆军白沙导弹靶场动目标分辨技术的开发模糊距离研究报告用距离游标法提高外测能力白沙导弹靶场的…     

轨道测量设备精度自鉴定技术及评估

本文介绍了航天测控网在跟踪测量航天器运行轨道时，应用自校准技术精确的比较标准，实现航天测控网精度自鉴定的技术途径。提供了几种自校准外测系统误差的处理方法，并对它们的应用进行了评估。重点介绍了轨道约束“EM－BET”自校准技术的原理，它不仅对于提高测控系统测量精度鉴定的技术水平，而且对于改进和提高航天器的定轨技术，精确地确定轨道和预防，都是具有重要意义的。     

基于轨道约束“EMBET”技术的自鉴定方法及应用

本文为试验场外测系统开展经常性的精度鉴定工作提出了一种较为适宜和有效的技术途径。推导了利用轨道约束“EMBET”自校准技术的自鉴定方法，它不仅可以直接利用星船轨道测量鉴定外测系统或设备在动态时真实的测量精度，而且还可以提高轨道确定和预报的精度。     

载人航天任务测速雷达双通道数据融合方法

针对载人航天任务中高精度测速雷达在实时多主站外弹道融合时仅能采用单通道应答数据参与处理,获得的弹道精度较差,且测速雷达数据利用率仅有50%的问题,提出利用多普勒效应和应答机遥测参数两种方法对测速雷达跟踪模式进行实时准确识别,首先得到测速雷达双通道的应答数据,然后通过改进的非线性滤波+机动模型算法对火箭上升段外弹道测量数据进行高精度融合。最后采用仿真数据对传统方法和新方法的外弹道融合精度进行了比对分析。该方法的应用可有效提高测速雷达测元利用率和载人航天任务火箭上升段外弹道精度,具有较强的工程应用价值。     

能估计外测系统性总误差的滑动最佳弹道估计法

本文是“改进全弹道测量数据处理与提高应用效益”系列研究的第二部分——改进主动段测量事后数据处理(第一部分见[1])。针对现行“误差模型的弹道最佳估计(EMBET)方法”存在的问题(例如,系统性测量误差模型不确定、不完善以及误差系数较多时计算困难等),提出了一种改进的EMBET方法。主要改进是将一切系统性测量误差的综合影响,用一条时变的非参数未知曲线完备表出,再根据系统性误差的短期缓变属性,在每一测量点附近用不同的二次曲线去逼近,以使非参数曲线参数化,最后用本文构造的数据滑动EMBET方法,把各外测通道的系统性测量总误差及弹道参数一起逐点解算出来。本文的数学模型准确合理,计算简便。结果公式与计算程序能退化成用一次或零次曲线逼近非参数曲线情况,也能退化成通常最简模型的EMBET,故适应性与实用性强。实测飞行试验数据试算表明:估出的外测系统性测量总误差同设计指标接近,而弹道分速度精度可高达0.015米/秒。此外,σ_y精度还能改善到σ_x的水平。本文对改进外测系统的设计、应用、精度鉴定、数据质量评估、火箭与卫星(入轨及运行段)数据处理等,均有重要意义。     

基于时变TVAR模型和CKF滤波的助推器落点预测

为解决助推器难以精确回收的问题,提出了一种容积卡尔曼滤波(CKF)和时变自回归(TVAR)模型融合的助推器落点预测方法。针对外弹道观测数据的非平稳时序特点,利用TVAR模型对其建模,预测助推器脱落时和助推器落地之间一段时间的未来测量值,以离散化质点弹道模型作为状态方程,将未来测量值作为CKF滤波弹道位置估计的测量值。为普适非平稳序列,考虑时变TVAR对非平稳时间序列的时变参数和模型阶数的确定。该方法是预测助推器落点滤波外推法的一种新实践。实验数据结果表明,TVAR预测助推器落点与TVAR-CKF融合预测的助推器落点相比,融合后预测的结果与实际测量的助推器落点的偏差更小,可为实际应用提供参考。     

外弹道容错样条微分技术研究及应用

外测系统中传统的正交多项式微分方法和自然样条微分方法容错能力弱,无法避免截断误差、消除异常数据的影响,并且求得的微分结果对随机误差敏感。为了解决这些问题,提出容错样条微分技术,融合了自然样条微分算法与正交多项式中心平滑的优点,不仅增强了算法的容错性能、降低了结果对随机误差的敏感性,并且减小了截断误差。通过仿真试验,验证了该算法的实用性和有效性,为试验任务提供了高精度的弹道参数结果。     

量测数据自校准融合方法

提出了一种量测数据自校准融合方法,给出量测数据系统误差(未知输入)的自识别自校准公式与计算步骤,能够自动对量测数据中事先无法校准的系统误差进行识别、估计、补偿和修正,从而减小系统误差的影响。建立多传感器的数据融合公式与计算步骤,进而降低偶然误差的影响。分别对线性系统和非线性系统进行了详细讨论,并进行了大量实例计算和仿真模拟验证。从两个算例计算结果可以看出:该方法的相对误差至少要比传统方法减小45%,且计算简单,便于工程应用。      

相同发动机试验程序交叉校准的测量不确定度

为了比较发动机的测量方法和测量结果 ,在北约五个国家的八个试验设备上用AGARD/PEP的相同发动机试验程序 (UETP)对两台发动机进行了试验。报告中主要按Abernethy推荐的方法评定测量不确定度 ,总的测量不确定度可分解为随机误差和系统误差。试验结果表明随机误差较小 ,但参加交叉校准各设备之间存在着较大的系统误差。     

基于样条约束“EMBET”再入轨道测量数据融合方法

针对再入轨道最小二乘交会解算方法数据利用率低、轨道解算精度差的问题,提出并实现了基于样条约束“EMBET”的再入轨道测量数据融合处理方法.该方法认为再入飞行轨道在时序上是相关的,可以利用三次B样条函数精确表示,建立了关于样条函数参数和测量系统误差的测量模型,从而大量压缩了待估参数数量,准确自校准系统误差,提高了轨道估算的精度和稳定性.