CN104535976A - 一种相控阵传感器的卫星标校方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种相控阵传感器的卫星标校方法，包括：根据传感器的工作模式选择相应的标校策略；若传感器采用定方位工作模式则采取静态标校策略：对传感器进行定方位静态标校，任务结束则传感器卫星标校完成；若传感器采用随动观测的工作模式，则采取随动标校策略：先对传感器进行全方位动态标校；在传感器随动工作的方位区间内，按6～10度方位间隔取一系列标校点；在每一个标校点上分别对传感器进行定方位静态标校，任务结束则传感器卫星标校完成。本发明针对传感器的结构特点和工作模式，分别采用对应的系统误差标校模式和误差模型，在工作时可按工作模式采用相应的标校方法，不仅可显著提高了标校效率，还可有效提高传感器的量测精度。
Description
技术领域
本发明涉及卫星标校技术领域，尤其是一种相控阵传感器的卫星标校方法。
背景技术
精度是传感器设备重要的战术指标之一，为确保系统测量精度，传感器的系统标定是最重要且不可或缺的环节，其目的是标定相应的误差系数、消除系统误差，提高系统的测量精度。
卫星标定是近年来开始逐渐采用的先进的标定方法，该方法以近地轨道卫星为基准目标，通过比对量测数据与精密星历，事后分析解算出各项误差系数，可以很好地适应传感器动态技术状态。现有的卫星标定技术存在如下缺点：第一，该技术还停留在传统二维机械反射面脉冲测量传感器的动态系统误差标定上，这种雷达与当前发展的相控阵传感器工艺结构不同，导致误差产生的误差项不同，其误差模型不适用于相控阵传感器的卫星标校；第二，传统二维机械反射面脉冲测量传感器与相控阵传感器的工作原理完全不同，相控阵传感器有多种工作模式，应采用相应的标校策略以提高标校的效率和准确性。
综上所述，随着传感器技术的不断发展，传统传感器的卫星标校方法已无法再适用于相控阵传感器，标校模式和误差模型都应按照相控阵传感器的结构特点和工作方式做进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够适应相控阵传感器的结构特点和工作方式，准确、高效地实现其动态工作状态下的系统标校的相控阵传感器的卫星标校方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种相控阵传感器的卫星标校方法，该方法包括下列顺序的步骤：
（1）根据传感器的工作模式选择相应的标校策略；
（2）若传感器采用定方位工作模式则采取静态标校策略：对传感器进行定方位静态标校，任务结束则传感器卫星标校完成；
（3）若传感器采用随动观测的工作模式，则采取随动标校策略：首先对传感器进行全方位动态标校，以标校结果作为基本参照；其次，在传感器随动工作的方位区间内，按6～10度方位间隔取一系列标校点；最后，在每一个标校点上分别对传感器进行定方位静态标校，任务结束则传感器卫星标校完成。
所述定方位工作模式是指传感器采用阵面方位固定，依靠电扫实现目标探测跟踪任务的工作模式；所述随动观测的工作模式是指传感器采用方位转动和电扫方式相结合实现目标探测跟踪任务的工作模式。
所述定方位静态标校包括以下步骤：
（1）传感器对标校卫星进行捕获、跟踪，获取标校卫星量测数据；
（2）从公开渠道获取相对应的标校卫星星历作为标校真值，对卫星星历进行坐标转换，换算为地心地固坐标系；
（3）按量测数据中各点的量测时刻，采用星历插值算法对卫星星历做插值计算，获取相应时刻的真值；
（4）对传感器量测数据进行异常值修正，并完成数据平滑，再对量测数据进行电波修正；
（5）将经电波修正后的量测数据分为两部分，其中一部分作为用于结果验证的量测数据，另一部分作为误差解算数据，将误差解算数据与真值进行比对，建立定方位静态标校误差模型解算误差系数；
（6）用解算后的误差系数对用于结果验证的量测数据进行误差修正；
（7）判断修正后的量测数据是否满足传感器指标要求，若满足，则标校流程结束；反之，返回步骤（1），获取新的量测数据，重新开始标校流程。
所述全方位动态标校包括以下步骤：
（1）传感器对标校卫星进行捕获、跟踪，获取标校卫星量测数据；
（2）从公开渠道获取相对应的标校卫星星历作为标校真值，对卫星星历进行坐标转换，换算为地心地固坐标系；
（3）按量测数据中各点的量测时刻，采用星历插值算法对卫星星历做插值计算，获取相应时刻的真值；
（4）对传感器量测数据进行异常值修正，并完成数据平滑，再对量测数据进行电波修正；
（5）将经电波修正后的量测数据分为两部分，其中一部分作为用于结果验证的量测数据，另一部分作为误差解算数据，将误差解算数据与真值进行比对，建立全方位动态标校误差模型解算误差系数；
（6）用解算后的误差系数对用于结果验证的量测数据进行误差修正；
（7）判断修正后的量测数据是否满足传感器指标要求，若满足，则标校流程结束；反之，返回步骤（1），获取新的量测数据，重新开始标校流程。
所述定方位静态标校误差模型为：
其中，、、 分别为方位角、俯仰角、距离的系统误差量；
、、分别为距离、方位和俯仰零值；
为俯仰电扫描的不铅锤性引起的两轴不正交误差系数；
为方位电扫描的不水平性引起的两轴不正交误差系数；
、分别为距离和俯仰角的电波折射修正残余系数；
、、分别为卫星的距离、方位和俯仰测量值。
所述全方位动态标校误差模型为：
其中：
、、分别为卫星的距离、方位和俯仰测量值；
、、 分别为方位角、俯仰角、距离的系统误差量；
、、分别为距离、方位和俯仰零值；
、分别为距离和俯仰角的电波折射修正残余系数；
、为方位码盘不均匀系数；
、、和分别为大盘不水平系数；
为俯仰电扫描的不铅锤性引起的两轴不正交误差系数；
方位电扫描的不水平性引起的两轴不正交误差系数；
为测星时刻对应的机械轴方位；
为测量时刻对应的电扫描方位角；
为观测到的量测点编号。
所述星历插值算法是指：
从标校卫星的CPF星历中挑出所要插值时刻的前后9点，即前5点，后4点，采用9阶Lagrange插值公式，其插值基函数为：
插值多项式为，其中，为阶数，为星历中的历元时刻，为目标在星历中历元时刻的状态量。
由上述技术方案可知，本发明针对传感器的结构特点和工作模式，分别采用对应的系统误差标校模式和误差模型，针对传感器采用定方位的工作模式，采用静态标校策略，即定方位静态标校和定方位静态标校误差模型；针对传感器采用随动的工作模式，采用随动标校策略，即全方位动态标校与定方位静态标校模式相结合。根据本发明，相控阵传感器在工作时可按工作模式采用相应的标校方法，不仅可显著提高了标校效率，还可有效提高传感器的量测精度。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明中定方位静态标校的方法流程图。
图3为本发明中全方位动态标校的方法流程图。
具体实施方式
一种相控阵传感器的卫星标校方法，该方法包括下列顺序的步骤：（1）根据传感器的工作模式选择相应的标校策略；（2）若传感器采用定方位工作模式则采取静态标校策略：对传感器进行定方位静态标校，任务结束则传感器卫星标校完成；（3）若传感器采用随动观测的工作模式，则采取随动标校策略：首先对传感器进行全方位动态标校，以标校结果作为基本参照；其次，在传感器随动工作的方位区间内，按6～10度方位间隔取一系列标校点；最后，在每一个标校点上分别对传感器进行定方位静态标校，任务结束则传感器卫星标校完成，如图1所示。
如图1所示，所述定方位工作模式是指传感器采用阵面方位固定，依靠电扫实现目标探测跟踪任务的工作模式；所述随动观测的工作模式是指传感器采用方位转动和电扫方式相结合实现目标探测跟踪任务的工作模式，在随动观测的工作模式下，传感器首先应采用全方位动态标校，以标校结果做为基本参照，再将随动方位区间按6～10度进行区间细分做为标校点，在标校点上分别执行天线定方位静态标校，获得更精确的误差补偿；在非标校点上，各误差项采用相邻两个标校点相应误差项的差分值。
如图2所示，所述定方位静态标校包括以下步骤：
（1）传感器对标校卫星进行捕获、跟踪，获取标校卫星量测数据；
（2）从公开渠道获取相对应的标校卫星星历作为标校真值，对卫星星历进行坐标转换，换算为地心地固坐标系；
（3）按量测数据中各点的量测时刻，采用星历插值算法对卫星星历做插值计算，获取相应时刻的真值；
（4）对传感器量测数据进行异常值修正，并完成数据平滑，再对量测数据进行电波修正；
（5）将经电波修正后的量测数据分为两部分，其中一部分作为用于结果验证的量测数据，另一部分作为误差解算数据，将误差解算数据与真值进行比对，建立定方位静态标校误差模型解算误差系数；
（6）用解算后的误差系数对用于结果验证的量测数据进行误差修正；
（7）判断修正后的量测数据是否满足传感器指标要求，若满足，则标校流程结束；反之，返回步骤（1），获取新的量测数据，重新开始标校流程。
在定方位静态标校模式下，相应的卫星标校方式为传感器固定指向某一特定方位，通过电扫描捕捉、测量所有可选的卫星并将测量结果记录，当捕捉测量到足够的点后，对数据进行筛选、修正、平滑，再进行误差系数联立求解，建立所述定方位静态标校误差模型为：
其中，、、 分别为方位角、俯仰角、距离的系统误差量；
、、分别为距离、方位和俯仰零值；
为俯仰电扫描的不铅锤性引起的两轴不正交误差系数；
为方位电扫描的不水平性引起的两轴不正交误差系数；
、分别为距离和俯仰角的电波折射修正残余系数；
、、分别为卫星的距离、方位和俯仰测量值。
如图3所示，所述全方位动态标校包括以下步骤：
（1）传感器对标校卫星进行捕获、跟踪，获取标校卫星量测数据；
（2）从公开渠道获取相对应的标校卫星星历作为标校真值，对卫星星历进行坐标转换，换算为地心地固坐标系；
（3）按量测数据中各点的量测时刻，采用星历插值算法对卫星星历做插值计算，获取相应时刻的真值；
（4）对传感器量测数据进行异常值修正，并完成数据平滑，再对量测数据进行电波修正；
（5）将经电波修正后的量测数据分为两部分，其中一部分作为用于结果验证的量测数据，另一部分作为误差解算数据，将误差解算数据与真值进行比对，建立全方位动态标校误差模型解算误差系数；
（6）用解算后的误差系数对用于结果验证的量测数据进行误差修正；
（7）判断修正后的量测数据是否满足传感器指标要求，若满足，则标校流程结束；反之，返回步骤（1），获取新的量测数据，重新开始标校流程。
在全方位动态标校模式下，相应的卫星标校方式为传感器在机械方位±180度范围内近似以最大匀速来回摆动，从不停止在任一时刻，此时机械方位随机。通过电扫描捕捉、测量所有可选的卫星并将测量结果记录，当捕捉测量到足够的点后，对数据进行筛选、修正、平滑，再进行误差系数联立求解。传感器测量误差主要来源于系统的结构工艺导致的微小偏差，根据传感器测量误差的主要来源，如大盘不水平、方位码盘不均匀等，建立所述全方位动态标校误差模型为：
其中：
、、分别为卫星的距离、方位和俯仰测量值；
、、 分别为方位角、俯仰角、距离的系统误差量；
、、分别为距离、方位和俯仰零值；
、分别为距离和俯仰角的电波折射修正残余系数；
、为方位码盘不均匀系数；
、、和分别为大盘不水平系数；
为俯仰电扫描的不铅锤性引起的两轴不正交误差系数；
方位电扫描的不水平性引起的两轴不正交误差系数；
为测星时刻对应的机械轴方位；
为测量时刻对应的电扫描方位角；
为观测到的量测点编号。
所述星历插值算法是指：
从标校卫星的CPF星历中挑出所要插值时刻的前后9点，即前5点，后4点，采用9阶Lagrange插值公式，其插值基函数为：
插值多项式为，其中，为阶数，为星历中的历元时刻，为目标在星历中历元时刻的状态量。
综上所述，本发明针对传感器的结构特点和工作模式，分别采用对应的系统误差标校模式和误差模型，根据本发明，相控阵传感器在工作时可按工作模式采用相应的标校方法，不仅可显著提高了标校效率，还可有效提高传感器的量测精度。
Claims (7)
1.一种相控阵传感器的卫星标校方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：
（1）根据传感器的工作模式选择相应的标校策略；
（2）若传感器采用定方位工作模式则采取静态标校策略：对传感器进行定方位静态标校，任务结束则传感器卫星标校完成；
（3）若传感器采用随动观测的工作模式，则采取随动标校策略：首先对传感器进行全方位动态标校，以标校结果作为基本参照；其次，在传感器随动工作的方位区间内，按6～10度方位间隔取一系列标校点；最后，在每一个标校点上分别对传感器进行定方位静态标校，任务结束则传感器卫星标校完成。
2.根据权利要求1所述的相控阵传感器的卫星标校方法，其特征在于：所述定方位工作模式是指传感器采用阵面方位固定，依靠电扫实现目标探测跟踪任务的工作模式；所述随动观测的工作模式是指传感器采用方位转动和电扫方式相结合实现目标探测跟踪任务的工作模式。
3.根据权利要求1所述的相控阵传感器的卫星标校方法，其特征在于：所述定方位静态标校包括以下步骤：
（1）传感器对标校卫星进行捕获、跟踪，获取标校卫星量测数据；
（2）从公开渠道获取相对应的标校卫星星历作为标校真值，对卫星星历进行坐标转换，换算为地心地固坐标系；
（3）按量测数据中各点的量测时刻，采用星历插值算法对卫星星历做插值计算，获取相应时刻的真值；
（4）对传感器量测数据进行异常值修正，并完成数据平滑，再对量测数据进行电波修正；
（5）将经电波修正后的量测数据分为两部分，其中一部分作为用于结果验证的量测数据，另一部分作为误差解算数据，将误差解算数据与真值进行比对，建立定方位静态标校误差模型解算误差系数；
（6）用解算后的误差系数对用于结果验证的量测数据进行误差修正；
（7）判断修正后的量测数据是否满足传感器指标要求，若满足，则标校流程结束；反之，返回步骤（1），获取新的量测数据，重新开始标校流程。
4.根据权利要求1所述的相控阵传感器的卫星标校方法，其特征在于：所述全方位动态标校包括以下步骤：
（1）传感器对标校卫星进行捕获、跟踪，获取标校卫星量测数据；
（2）从公开渠道获取相对应的标校卫星星历作为标校真值，对卫星星历进行坐标转换，换算为地心地固坐标系；
（3）按量测数据中各点的量测时刻，采用星历插值算法对卫星星历做插值计算，获取相应时刻的真值；
（4）对传感器量测数据进行异常值修正，并完成数据平滑，再对量测数据进行电波修正；
（5）将经电波修正后的量测数据分为两部分，其中一部分作为用于结果验证的量测数据，另一部分作为误差解算数据，将误差解算数据与真值进行比对，建立全方位动态标校误差模型解算误差系数；
（6）用解算后的误差系数对用于结果验证的量测数据进行误差修正；
（7）判断修正后的量测数据是否满足传感器指标要求，若满足，则标校流程结束；反之，返回步骤（1），获取新的量测数据，重新开始标校流程。
5.根据权利要求3所述的相控阵传感器的卫星标校方法，其特征在于：所述定方位静态标校误差模型为：
其中，、、 分别为方位角、俯仰角、距离的系统误差量；
、、分别为距离、方位和俯仰零值；
为俯仰电扫描的不铅锤性引起的两轴不正交误差系数；
为方位电扫描的不水平性引起的两轴不正交误差系数；
、分别为距离和俯仰角的电波折射修正残余系数；
、、分别为卫星的距离、方位和俯仰测量值。
6.根据权利要求4所述的相控阵传感器的卫星标校方法，其特征在于：所述全方位动态标校误差模型为：
其中：
、、分别为卫星的距离、方位和俯仰测量值；
、、 分别为方位角、俯仰角、距离的系统误差量；
、、分别为距离、方位和俯仰零值；
、分别为距离和俯仰角的电波折射修正残余系数；
、为方位码盘不均匀系数；
、、和分别为大盘不水平系数；
为俯仰电扫描的不铅锤性引起的两轴不正交误差系数；
方位电扫描的不水平性引起的两轴不正交误差系数；
为测星时刻对应的机械轴方位；
为测量时刻对应的电扫描方位角；
为观测到的量测点编号。
7.根据权利要求3或4所述的相控阵传感器的卫星标校方法，其特征在于：所述星历插值算法是指，从标校卫星的CPF星历中挑出所要插值时刻的前后9点，即前5点，后4点，采用9阶Lagrange插值公式，其插值基函数为
插值多项式为，其中，为阶数，为星历中的历元时刻，为目标在星历中历元时刻的状态量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150422 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |