一種適應站址變化的測軌數據修正方法與流程

2023-05-18 15:09:36

本發明屬於航天測量與控制領域，涉及一種測軌數據修正方法。

背景技術：

多年來我國的航天測控網普遍採用上下行統一s波段載波對太空飛行器進行跟蹤測量，其測量精度不斷提高。隨著航天測控系統職能任務的不斷拓展，有時需要在現有的某臺測控設備實際測量數據基礎上，基於一個新的站址來提供配套觀測數據。為了確保在新的站址坐標條件下能夠提供滿足測量精度需求的配套測軌數據，需要對原始測軌數據進行相應的修正。目前國內外還沒有相關數據修正方法的研究。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種適應站址變化的測軌數據修正方法，能夠依據不同站址坐標與衛星之間的幾何關係為一個新的虛擬站址提供配套觀測數據。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案包括以下步驟：

在地固坐標系下，衛星的實際精確位置與速度為原始測站站址坐標為(x,y,z)，原始測站站址坐標下的理論測量值為ρ、a、e分別表示測速值、測距值、方位角和俯仰角；原始測站的實際測量值為利用原始測站實際測量值轉化得到的有誤差的衛星位置(x1,y1,z1)＝(x+δx,y+δy,z+δz)；

設新站址坐標為(x′,y′,z′)，其中x′＝x+δx，y′＝y+δy，z′＝z+δz，新站址下的理論測量值為對實際測量值進行修正後的新站址測量值為其中，修正後的新站址測距值為ρ1′，

修正後的新站址測速值為

其中，ne為地球自轉平均角速度，為衛星的速度；

利用原始測站的實際測量值ρ1、a1、e1和原始測站站址坐標(x,y,z)計算衛星的位置(x1,y1,z1)，再求出相對於新的站址坐標(x′,y′,z′)此衛星位置對應的方位角、俯仰角a1′和e1′，即可完成對方位角、俯仰角的修正。

本發明的有益效果是：針對新的站址，通過測軌數據修正，使得修正後的數據作為新站址坐標下的測軌數據，其總誤差與原始測量數據測量誤差相當，從而實現在新的站址坐標條件下提供滿足測量精度需求的配套測軌數據。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明進一步說明，本發明包括但不僅限於下述實施例。

本發明的具體過程如下：

1)定義若干參數，供後續使用

在地固坐標系下，衛星的實際精確位置與速度為原始的測站站址坐標為(x,y,z)，在該站址坐標下的理論測量值為其中字母在本文中分別代表測速、測距、方位角和俯仰角，由於測量誤差，測站的實際測量值為根據設備的測量精度，假定實際測量值與理論測量值之間滿足以下關係:|ρ-ρ1|＜30m，|a-a1|＜100″，|e-e1|＜100″。

利用測站實際測量值轉化得到的有誤差的衛星位置為：(x1,y1,z1)＝(x+δx,y+δy,z+δz)，根據上述假定測量值精度，近似有δx＜1km，δy＜1km，δz＜1km。

設新站址坐標為(x′,y′,z′)，其中x′＝x+δx，y′＝y+δy，z′＝z+δz，新站址下的理論測量值為對實際測量值進行修正後的新站址測量值為

2)測距修正

修正前，測站的實際測距值為ρ1，表達式可以寫為：

在新的站址坐標條件下，測距修正方法如公式(2)所示，修正後的測距值可以表示為：

同理，可以將新站址下的理論測距值表示為：

此時，修正後測距數據的誤差可以用ρ′1-ρ′計算得到，即：

(4)式描述了修正後的測距總誤差，其中的第一項由設備的測量精度確定，與修正方法無關，隨後的第二項和第三項均是修正方法引入的誤差。若站址變化數百米量級，

衛星位置誤差小於1km，即使衛星斜距取ρ＝1000km，(4)式第二項帶來的誤差小於0.1m，第三項帶來的誤差小於0.9m。

因此，在上述測量精度條件下，利用該修正方法，可以保證修正後的測距數據在測量誤差的基礎上僅僅增加了1m以內的修正誤差，可以滿足實際應用要求。

3)測速修正

測速數據的理論值表達式為：

此處略去推到過程，直接給出修正後的測速表示式如下：

(6)式中，ne為地球自轉平均角速度，為衛星的速度，由預報文件提供。不妨約定預報速度誤差小於10m/s，則在上述測量精度條件下，(6)式帶來的測速數據修正誤差在1cm/s以內，並與設備實際的測速精度無關。

4)測角數據修正

測角數據修正時，可直接利用實際測量值ρ1，a1，e1和實際測站坐標(x,y,z)計算衛星的位置(x1,y1,z1)，再求出相對於新的站址坐標(x′,y′,z′)此衛星位置對應的方位俯仰角a1′和e1′，即可完成對方位俯仰角的修正。另外需要指出的是，對斜距ρ的修正也可採取此方法進行。

下面以具體實例說明。某測站站址為(x,y,z)，對其附加百米量級的站址誤差(δx,δy,δz)，從而形成一個新的站址坐標(x′,y′,z′)＝(x+δx,y+δy,z+δz)。

利用該測站對某顆平均高度為900km的近圓軌道衛星某圈次進行跟蹤測量，測量數據弧段覆蓋從仰角3°進站，到最高仰角74°，再到仰角3°出站。按照本文提出的修正方法對此段數據進行修正，以得到在新的站址坐標下的配套測量數據。修正後的數據精度由以下兩組試算結果給出。

第一組

誤差源：ρ1-ρ＝30m，a1-a＝100″，e1-e＝100″，

表1第一組試算誤差統計

第二組

誤差源：ρ1-ρ＝-30m，a1-a＝-100″，e1-e＝100″，

表2第二組試算誤差統計

由表1、表2可見，在測量數據誤差滿足斜距系統差加隨機差δρ＜30m，方位俯仰角系統差加隨機差δa＜100″，δe＜100″，且衛星速度三分量的預報精度在10m/s以內的條件下，本修正方法帶來的修正誤差可以達到δρ＜1m，δa＜1″，δe＜1″，修正後的數據完全滿足測軌數據精度要求。