一种深空多普勒数据时标偏差的差分统计校准方法技术

本发明专利技术涉及一种深空多普勒数据时标偏差的差分统计校准方法，包括：S1.获取地面深空站测量的探测器多普勒数据的残差；S2.基于所述多普勒数据的残差，将所述地面深空站对所述探测器的各个测量弧段内的多普勒数据序列进行差分处理，并近似计算各测量弧段内每个测量时刻的时标偏差；S3.对所述时标偏差进行统计，得到所述时标偏差的校准量；S4.基于所述校准量对所述探测器的多普勒数据时标进行修正。本发明专利技术的方法可以有效地校准并修正时标偏差，从而使多普勒测量数据能够正常用于探测器的轨道确定。

A differential statistical calibration method for time scale deviation of deep space Doppler data

【技术实现步骤摘要】
一种深空多普勒数据时标偏差的差分统计校准方法
本专利技术涉及航天领域，尤其涉及一种深空多普勒数据时标偏差的差分统计校准方法。
技术介绍
在月球或其它深空探测任务中，深空站对探测器的多普勒测量易于实现、测量精度高且不包含系统差，是一种传统的、常用的轨道测量手段，在深空探测器定轨中有不可替代的作用。目前，我国深空站多普勒测速(X频段，积分时间为1s)精度可达1mm/s。但是，如果多普勒测量数据时标存在偏差，则利用多普勒数据定轨后残差中存在与探测器轨道周期一致的周期性变化项，变化范围达到cm/s量级，远超多普勒测速数据的精度，无法得到精确、可靠的定轨结果。因此，需要一种时标偏差校准方法以有效地解决该问题，提升多普勒数据在深空探测器定轨中的应用效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种深空多普勒数据时标偏差的差分统计校准方法，提高深空探测的定轨精度。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种深空多普勒数据时标偏差的差分统计校准方法，包括：S1.获取地面深空站测量的探测器多普勒数据的残差；S2.基于所述多普勒数据的残差，将所述地面深空站对所述探测器的各个测量弧段内的多普勒数据序列进行差分处理，并近似计算各测量弧段内每个测量时刻的时标偏差；S3.对所述时标偏差进行统计，得到所述时标偏差的校准量；S4.基于所述校准量对所述探测器的多普勒数据时标进行修正。根据本专利技术的一个方面，步骤S1包括：S11.利用已知的探测器精密定轨信息，以及多普勒数据的测量模型计算所述探测器相对于所述地面深空站的径向距离变化率；S12.根据所述地面深空站对所述探测器的多普勒数据测量值与计算的径向距离变化率获取所述多普勒数据残差。根据本专利技术的一个方面，所述探测器精密定轨信息为星历或轨道根数。根据本专利技术的一个方面，所述测量模型为：其中，为径向距离变化率，fR为所述地面深空站的接收频率，fS为所述探测器的发射频率，M为所述探测器上应答机的转发比。ΔT为积分周期，角标s和e分别表示积分开始和结束的时刻，c为光速，UTC3e为已知的测站接收信号的时标且为积分结束时刻，UTC3s＝UTC3e-ΔT也为已知量，根据探测器的轨道信息迭代求解UTC1e和UTC1s，ρ2w，e和ρ2w，s分别为积分终点和起点时刻的双程距离。根据本专利技术的一个方面，所述多普勒数据残差表示为：其中，为所述地面深空站对所述探测器的多普勒数据的测量值，即径向距离变化率，为所述测量模型的计算值，res为多普勒数据残差，正常情况下服从N(0，σ2)分布，σ为多普勒数据的标准差，用于评估多普勒数据的测量精度。根据本专利技术的一个方面，将所述地面深空站对所述探测器的各个测量弧段内的多普勒数据序列进行差分处理的步骤中，获取间隔为ΔT的多普勒测量数据序列，并对该数据序列建立差分模型，所述差分模型为：其中，tn为多普勒测量值对应的测量时标，n＝1，2，...。根据本专利技术的一个方面，近似计算各测量弧段内每个测量时刻的时标偏差的步骤中包括：S21.根据所述差分模型建立近似模型；S22.基于所述近似模型获取每个测量时刻的时标偏差。根据本专利技术的一个方面，所述近似模型为：所述时标偏差为：其中，表示径向距离变化率的一阶差商，Δtn表示时标偏差。根据本专利技术的一个方面，步骤S3中，包括：S31.对获取的所述时标偏差按照3σ原则剔除野值后，进行统计分析；S32.计算所述时标偏差的统计量并生成QQ图，当所述QQ图中的散点近似为直线时，将计算的时标偏差的均值作为多普勒测量数据时标偏差的校准结果；S33.对所述校准结果取整获取所述多普勒数据时标偏差的校准量。根据本专利技术的一种方案，通过获取多普勒数据残差并基于多普勒数据残差对多普勒数据序列进行差分处理后，能够有效获取每个测量时刻的时标偏差，进而对时标偏差进行统计分析即可实现时标偏差的校准。进而，时标偏差校准后的多普勒测量数据可以单独或联合其他测量数据进行定轨，从而使高精度的多普勒测量数据能够有效的用于深空探测器的轨道确定。根据本专利技术的一种方案，在有效解算时标偏差的同时，计算量小且效率高，进而能够更加高速的实现采用多普勒测量数据用于探测器的轨道确定。附图说明图1示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的深空多普勒数据时标偏差的差分统计校准方法的步骤框图；图2示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的CE-3探测器环月段深空站多普勒数据差分结果和计算的时标偏差值；图3示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的CE-3探测器的佳木斯和喀什深空站多普勒数据差分统计校准时标偏差QQ图；图4示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的CE-3探测器标偏差修正后的多普勒数据单独定轨的残差图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在针对本专利技术的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本专利技术的限制。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本专利技术的实施方式并不因此限定于以下实施方式。如图1所示，根据本专利技术的一种实施方式，本专利技术的一种深空多普勒数据时标偏差的差分统计校准方法，包括：S1.获取地面深空站测量的探测器多普勒数据的残差；S2.基于多普勒数据的残差，将地面深空站对探测器的各个测量弧段内的多普勒数据序列进行差分处理，并近似计算各测量弧段内每个测量时刻的时标偏差；S3.对时标偏差进行统计，得到时标偏差的校准量；S4.基于校准量对探测器的多普勒数据时标进行修正。根据本专利技术的一种实施方式，步骤S1包括：S11.利用已知的探测器精密定轨信息，地面深空站与探测器进行双向通信，以及多普勒数据的测量模型计算探测器相对于地面深空站的径向距离变化率。在本实施方式中，深空站对探测器的多普勒测量采用双向模式，由深空站发射上行信号，探测器应答机接收上行信号并根据相干转发比完成下行载波的相干转发，深空站接收下行信号并测量多普勒频率，由此可以计算探测器相对于深空站的径向距离变化率。测量模型为：其中，为径向距离变化率，fR为地面深空站的接收频率，fS为探测器的发射频率，M为探测器上应答机的转发比。ΔT为积分周期，角标s和e分别表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深空多普勒数据时标偏差的差分统计校准方法，包括：/nS1.获取地面深空站测量的探测器多普勒数据的残差；/nS2.基于所述多普勒数据的残差，将所述地面深空站对所述探测器的各个测量弧段内的多普勒数据序列进行差分处理，并近似计算各测量弧段内每个测量时刻的时标偏差；/nS3.对所述时标偏差进行统计，得到所述时标偏差的校准量；/nS4.基于所述校准量对所述探测器的多普勒数据时标进行修正。/n

【技术特征摘要】
1.一种深空多普勒数据时标偏差的差分统计校准方法，包括：
S1.获取地面深空站测量的探测器多普勒数据的残差；
S2.基于所述多普勒数据的残差，将所述地面深空站对所述探测器的各个测量弧段内的多普勒数据序列进行差分处理，并近似计算各测量弧段内每个测量时刻的时标偏差；
S3.对所述时标偏差进行统计，得到所述时标偏差的校准量；
S4.基于所述校准量对所述探测器的多普勒数据时标进行修正。


2.根据权利要求1所述的差分统计校准方法，其特征在于，步骤S1包括：
S11.利用已知的探测器精密定轨信息，以及多普勒数据的测量模型计算所述探测器相对于所述地面深空站的径向距离变化率；
S12.根据所述地面深空站对所述探测器的多普勒数据测量值与计算的径向距离变化率获取所述多普勒数据残差。


3.根据权利要求2所述的差分统计校准方法，其特征在于，所述探测器精密定轨信息为星历或轨道根数。


4.根据权利要求3所述的差分统计校准方法，其特征在于，所述测量模型为：



其中，为径向距离变化率，fR为所述地面深空站的接收频率，fS为所述探测器的发射频率，M为所述探测器上应答机的转发比。ΔT为积分周期，角标s和e分别表示积分开始和结束的时刻，c为光速，UTC3e为已知的测站接收信号的时标且为积分结束时刻，UTC3s＝UTC3e-ΔT也为已知量，根据探测器的轨道信息迭代求解UTC1e和UTC1s，ρ2w，e和ρ2w，s分别为积分终点和起点时刻的双程距离。


5.根据权利要求4所述的差分统计校准方法，其特征在于，所述多普勒...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海涛，樊敏，程承，朱智勇，张正好，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九二一部队，
类型：发明
国别省市：北京;11