基于精密星历的雷达测量误差标定技术研究

论文摘要

随着我国航天事业的不断发展,测控网内的测控设备发展更新速度也不断加快。雷达是航天测控网的支柱性设备,在航天器的测控工作中发挥着极其重要的作用,如何进一步提高雷达测量数据精度同时受到广泛关注。相对于雷达测量数据的常规标定方法,卫星标定目前是一种先进的误差标定方法。本文基于卫星标校的原理,以航天测控任务中的具体问题为研究对象,建立了雷达动态系统误差模型,确定了解算误差系数的优化方法,并通过大量实测数据的计算与分析工作,验证了卫星标定的合理性和可行性,为今后的雷达标定工作提供了一种行之有效的方法。论文完成的主要工作如下所示:第一部分研究了如何提供至少优于雷达测量精度1/3～1/5的卫星星历作为基准数据。这一部分主要进行了两方面的工作,一是轨道外推中如何选取合适的大气模型,对几种大气模型进行比较,得出根据不同的情况选择合适的大气模型,可以将外推一天的精度保持在300米以内;二是对外推中采用的两种积分器进行了比较,确定采用GAUSS-JACKSON积分器进行外推数值稳定性更好。第二部分详细分析了雷达测量数据预处理技术和各项系统误差模型的数学表示形式,阐述了各误差项产生的原因,并对实际测量数据进行了预处理,验证了预处理方法的正确性。第三部分深入研究了三维大气修正方法。传统标定方法对大气折射采用经验公式进行修正,存在精度不高的问题。这一部分根据历史统计数据,分析得到了对流层折射率剖面分段模型的统计参数,实现了三维对流层折射技术;在电离层电子密度剖面模型研究成果的基础上,根据射线规范方程法,也实现了三维电离层折射修正技术。通过实际测控任务中的应用,表明该方法确实提高了大气折射修正的精度。第四部分详细阐述了卫星标定的原理,确定了雷达卫星标校的技术要求和实现方法。并根据雷达系统误差特点,建立了雷达卫星标定所需要的动态系统误差模型。在求解误差系数时由于蚁群算法具有明显的优越性和稳定性,并且不受优化函数是否可微的限制,因此采用该方法进行误差系数解算。通过在实际航天测控任务中的应用,验证了误差模型和求解方法的正确性和合理性。在论文的最后,还对本文所做的工作和今后的研究与发展作了进一步的展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 课题的任务需求与研究意义
• 1.3.1 课题的任务需求
• 1.3.2 课题的研究意义
• 1.4 论文的主要内容及章节安排
• 第二章 卫星精密星历概述
• 2.1 坐标系的定义和转换
• 2.1.1 坐标系统
• 2.1.2 坐标系之间的转换
• 2.2 摄动方程的求解
• 2.2.1 主要摄动项
• 2.2.2 摄动外推中几种大气模型比较
• Jackson和KSG积分器'>2.2.3 Gauss_Jackson和KSG积分器
• 2.3 本章小结
• 第三章 雷达测量数据预处理与系统误差分析
• 3.1 雷达测量数据预处理
• 3.1.1 随机误差平滑技术
• 3.1.2 异常值的检测与剔除
• 3.1.3 时间误差修正
• 3.1.4 实际修正结果
• 3.2 测角系统误差源分析和数学模型
• 3.3 测距系统误差源分析和数学模型
• 3.4 测速系统误差源分析和数学模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 雷达测量数据大气修正方法
• 4.1 大气对电波传播的影响
• 4.2 三维对流层修正
• 4.3 电离层修正
• 4.4 实验结果及分析
• 4.4.1 折射修正精度检验方法
• 4.4.2 折射修正效果检验
• 4.4.3 结论
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于精密星历的雷达系统误差标定技术
• 5.1 雷达系统误差常规标校方法
• 5.1.1 系统误差标定概述
• 5.1.2 测角系统常规标定方法
• 5.1.3 测距系统常规标定方法
• 5.1.4 测速系统常规标定方法
• 5.2 雷达系统误差卫星标定方法
• 5.2.1 卫星标定原理
• 5.2.2 雷达标定方法的技术要求
• 5.2.3 测量数据计算
• 5.2.4 测量误差动态模型的建立
• 5.2.5 动态误差模型系数的求解方法
• 5.3 实验结果及分析
• 5.3.1 测距数据
• 5.3.2 测角数据
• 5.3.3 测速数据
• 5.4 常规标定与卫星标定比较
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.1.1 精密星历的获取
• 6.1.2 雷达测量数据预处理技术和系统误差项数学模型
• 6.1.3 测量数据的三维大气修正技术
• 6.1.4 基于精密星历的卫星标定
• 6.2 论文工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果