连续波测速技术述评

速度是弹道和轨道的重要测量参数之一。过去和现在,在弹道的精密测量中,广泛地使用连续波雷达进行速度测量。在航天器轨道测量中,五十年代末期到六十年代初期,主要采用了单向无线电测速系统。到六十年代中后期,美国着手研制和使用连续波雷达进行双向测速。典型的有阿波罗统一S波段系统和哥达德距离和距离变化率测量系统等。各连续波系统在技术实施方案上各有不同,体制上也各有差别。这些体制各有利弊,下面试图对各种连续波测速技术及有关问题作一些粗浅的评述。具体而言,将从单向和双向测速系统;双向测速系统;终端和数据处理方法等几个方面进行叙述。     

USB系统测速数据电波折射简化修正方法

USB测量系统是我国航天测控网的主体设备，其距离变化率测元R由于目前条件限制，未能对电波折射误差进行修正，因而影响了它的测量精度。本文根据USB系统R的测量原理以及数据获取和处理的方法，在现有气象探测务件下，提供一种关于R的电波折射简化修正方法，这样可以修正电波折射的部分误差，从而改进R的测量精度，也为航天器的定轨精度提高提供条件。     

一种基于信道模拟的测速精度评估方法

为了评估单向多普勒测速动态测量精度,构建了一种基于卫星信道模拟器的测速精度评估系统,通过在卫星信道模拟器装订卫星飞行轨迹,利用卫星信道模拟器对上行信号加入传播时延、多普勒频率,对卫星在轨飞行状态下的单向多普勒测速进行场景仿真,并对场景仿真获取的测速数据进行O-C残差序列分析,得到动态测量条件下的测速精度。给出了O-C残差序列的计算方法,分析了单向多普勒测速体制下时钟偏差对测速结果的影响,并给出了一种简单的时钟误差修正方法。     

全测速多站系统的最优布站问题与数值算法

从解算弹道的逐点多站最小二乘算法得到的弹道精度出发,给出了一个全测速多站系统的最优布站数学模型,并通过大量试算选定了具有良好收敛性的数值算法.初步的计算表明：对全测速多站系统,其最优布站方案与现有布站方案在弹道精度上有着显著的差别;在最优布站方案下可确保逐点多站最小二乘算法具有良好的数值稳定性,并得到满足精度要求的外测弹道.     

基于改进容积卡尔曼滤波的惯性/光流组合自主测速方法

针对容积卡尔曼滤波算法在惯性/光流组合测速数据融合时出现由于各系统输出数据频率不一致导致融合精度有限的问题,提出了一种基于多速率残差校正的改进容积卡尔曼滤波算法.通过当前时刻误差估算组合导航系统残差,再使用估算后的残差对速度估计值进行补偿,最终实现惯性/光流组合系统速度测量值的数据融合.实验结果表明,通过提出的改进容积...     

基于GPS测速信息的不匹配误差诊断

利用多普勒频移观测量,采用双差技术可以确定高精度的测速信息,提出了利用测速信息对定位结果进行误差诊断的方法。应用此方法可以进行数据有效性检验、异常点与跳变系统误差的识别,提高定轨精度;还可以在定位数据有少量超差时对其进行重构。仿真与实测数据处理结果表明,该方法计算简单、精度较高、实用性好。     

速度状态参数的最优观测几何

本文指出飞行器速度状态参数的测量也存在最优观测几何。对三维球面测速定位系统分析的结果是:测量飞行器速度状态参数的最优布站几何与测量飞行器位置状态参数的最优布站几何完全一致。基线长度则分两种情况,由速度观测元素(距离变化率R)误差传播系数ε_(V1)导出的最优基线长度与测量飞行器位置状态参数的最优基线长度完全一致;而由位置观测元素(距离R)误差传播系数ε_(V2)导出的最优基线长度只在满足β=(x~2 z~2)/y~2<1.5的条件下存在。同时,飞行器速度矢量的模以正比例关系影响位置观测元素误差传播系数的值,速度矢量的方向只影响笛氏坐标系中各速度分量间的精度分配值。     

高精度单向测速系统中电波传播引入的测速误差分析

为合理分配高精度单向测速系统中各种误差源引入的测速误差指标,本文分析了电离层、对流层和多路径引入的系统测速误差,进行了仿真并定量地给出了相应的测速误差量级,对高精度测速系统中误差分配有一定的借鉴意义。     

相对论效应下连续波雷达及GPS系统的测速原理与相对论影响

在狭义和广义相对论效应下,研究推导了连续波雷达及GPS系统的测速原理。给出距离和变化率S与多卜勒频平间的关系式;对经典公式(不考虑相对论影响)应作的相对论修正等。最后给出算例。 研究表明:狭义相对论的时间膨缩效应,在雷达上、下行通道测量中能互相抵消。而广义相对论引力场使频率改变造成的S误差,则为高阶小量(在算例的前题下,△_广S=1×10~(-11)米/秒,四站最优布站测飞行器速度的相对论影响△(?)、△(?)、△(?)均小于6×10~(-12)米/秒)。对于从空间单程测量的GPS系统,狭义和广义相对论影响都很大(测地面低速或静止目标时,△_狭(?)=0.02米/秒,△_广(?)=-0.16米/秒,△_总(?)=-0.13米/秒;四星最优几何测量时,△(?)=△(?)=△(?)=0.12米/秒),庄子重视和修正。     

哥达德距离和距离率系统与并置的激光系统跟踪测地卫星的相互比较

NASA正在进行测地卫星1号(GEOS—A)卫星观测系统的相互比较研究。作为该项研究的一部分,用并置的哥达德距离和距离变化率(GRARR)系统及哥达德激光跟踪系统对GEOS—A卫星进行了跟踪。从1966年7月至11月,北卡罗莱纳州罗斯曼的GRARR站对该卫星的17次过境做了观测,并对其中的10次做了鉴定。在该项研究中,激光系统的跟踪轨道用作GRARR系统的基准轨道。激光数据用GEOS—A数据调整程序(GDAP)进行了平滑,以笛卡尔座标位置和速度矢量的形式给出所选历元时刻的基准轨道。数据鉴定表明,可用激光跟踪轨道来检测距离和离变化率中的系统误差,其精度分别可达2米和1厘米/秒。利用所测的GRARR数据和激光轨道数据,由GDAP计算出每次过境(10次中的7次)中的平均距离零位偏倚误差为-5.3米,标准偏差为±2.5米。其他3次过境均被剔除,因为其偏离均值的偏差高达30米。测距-定时误差确定为-2.1±1.2毫秒。消除系统误差后,未经平滑的距离数据的均方根噪声分量为6.8米。认为应答机延迟曲线的误差导致了GRARR的距离偏倚和定时误差。对GDAP的距离变化率残差做了折射修正,并用序贯最小二乘回归程序估计了各距离变化率误差模型的系数。没有发现明显的距离变化率零位偏倚。观察到距离变化率总有-0.20±0.02毫秒的定时误差,但其原因不详。发现的频率换算因子误差为10~(-5)。消除了这些系统误差之后,未经平滑的距离变化率数据的均方根误差分量为1厘米/秒。