CN106919736B - 一种从相位参考干涉成图结果计算差分时延的方法 - Google Patents
一种从相位参考干涉成图结果计算差分时延的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106919736B CN106919736B CN201710027233.4A CN201710027233A CN106919736B CN 106919736 B CN106919736 B CN 106919736B CN 201710027233 A CN201710027233 A CN 201710027233A CN 106919736 B CN106919736 B CN 106919736B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- detector
- phase reference
- phase
- calculating
- interferogram
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000001934 delay Effects 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 11
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 7
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 240000006891 Artemisia vulgaris Species 0.000 description 1
- 235000003261 Artemisia vulgaris Nutrition 0.000 description 1
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
本发明涉及一种从相位参考干涉成图结果计算差分时延的方法，属于深空探测器无线电干涉测量领域。该方法从探测器的相位参考干涉成图结果计算图像峰值点的角位置，从而得到各条基线的差分时延。本发明解决了相位参考干涉测量技术兼容现有定轨软件的难题，并极大地提高测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及深空探测器无线电干涉测量领域，特别涉及到一种从相位参考干涉成图结果计算探测器相对参考源的差分时延方法。
背景技术
无线电干涉测量是深空探测任务中必不可少的测量手段。作为一种新型的无线电干涉测量技术，相位参考干涉测量技术近年来得到了广泛关注。该技术利用多个地面测站对探测器和参考源进行快速交替观测，然后通过对探测器和参考源信号干涉相位进行差分，极大地减小由传播链路、大气扰动等带来的测量误差，最终通过干涉成图的方法获得探测器的相位参考干涉成图结果，进而获得高精度的探测器天平面角位置(即赤经、赤纬)。美国国家航空航天局(NASA)和我国分别在火星/木星探测和嫦娥系列月球探测任务中对相位参考干涉测量技术进行了试验，验证了相位参考干涉测量技术的可用性，获得了高精度的角位置。
然而，现有定轨软件针对无线电干涉测量技术主要支持的输入量为差分时延，暂时并不支持角位置输入量用于探测器定轨，因而需要解决从相位参考干涉成图结果直接得到的角位置计算差分时延的问题。在目前公开的文献资料中，尚未见到该问题的解决方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种从探测器的相位参考干涉成图结果计算探测器相对参考源的差分时延的方法，解决相位参考干涉测量技术兼容现有定轨软件的难题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
步骤1、获得探测器相位参考干涉成图结果
将各个测站得到探测器信号的幅度，以及探测器和参考源信号干涉相位的差分值代入式(1)获得探测器相位参考干涉成图结果。
式中，
为探测器相位参考干涉成图结果；S(u，v)为所有基线在UV平面上的采样函数；V(u，v)为各测站得到的探测器和参考源信号的相位参考干涉测量值；
步骤2、计算图像峰值点的角位置
从探测器相位参考干涉成图结果中确定图像峰值点，计算该图像峰值点相对于图像中心的角位置(Δl，Δm)；
步骤3、计算各条基线的差分时延
利用式(2)计算第i条基线t时刻的差分时延
式中，ui，t，vi，t为基线t时刻在UV平面上的投影分量，f为探测器信号下行频率。
本发明所达到的有益效果：
本发明从相位参考干涉成图得到的角位置推算出差分时延，解决了相位参考干涉测量技术兼容现有定轨软件的难题，并极大地提高测量精度。
附图说明
图1为本发明方法步骤流程图；
图2为嫦娥三号巡视器相位参考干涉成图结果；
图3为各条基线的差分时延计算结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明方法从相位参考干涉成图得到的角位置推算出差分时延，在解决相位参考干涉测量技术兼容现有定轨软件的难题的同时极大地提高测量精度。图1示出了本发明方法的实现过程，具体实施步骤如下：
步骤1、获得探测器相位参考干涉成图结果
将各个测站得到探测器信号的幅度，以及探测器和参考源信号干涉相位的差分值代入式(1)获得探测器相位参考干涉成图结果；
式中，
为探测器相位参考干涉成图结果；S(u，v)为所有基线在UV平面上的采样函数，又称为UV覆盖；V(u，v)为各测站得到的探测器和参考源信号的相位参考干涉测量值，该值为一复数，包括幅度和相位两部分，其中相位部分为探测器和参考源信号干涉相位的差分值，又称为差分相位。
式(1)推导参见文献[1]：周欢，童锋贤，李海涛，等.深空探测器同波束相位参考成图相对定位方法.测绘学报，2015，44(6)：634-640.。
步骤2、计算图像峰值点的角位置
从探测器相位参考干涉成图结果中确定图像峰值点，计算图像峰值点相对于图像中心的角位置(Δl，Δm)。
步骤3、计算各条基线的差分时延
利用式(2)计算第i条基线t时刻的差分时延
式中，ui，t，vi，t为基线t时刻在UV平面上的投影分量，f为探测器信号下行频率。
上述公式(2)的具体数学推导如下：
探测器完整图像I(x，y)＝∫∫V(u，v)e2πi(ux+vy)dudv。假设S(u，v)的二维傅里叶变换为F(l，m)(又称为脏波束)。根据二维傅立叶变换的性质，可以推出
与I(x，y)之间存在卷积关系，即
假设探测器相位参考干涉成图结果的图像大小为P×Q，则上式表示成
将探测器视作点源，其完整图像可以表示为一个delta函数，即
I(x，y)＝δ(x-Δl，y-Δm) (5)
式中，Δl和Δm表示探测器完整图像上峰值点相对图像中心的角位置。因此，式(4)的卷积简化为
上式表明探测器干涉成图结果即脏波束经过平移后的图像。又因为脏波束为UV覆盖的二维傅里叶变换，即
F(l，m)＝∫∫S(u，v)e-2πi(ul+vm)dudv (7)
不考虑采样点重叠时，S(u，v)可以看作一系列delta函数的叠加
式中，M为观测弧段内所有基线在UV平面的采样点数量。因此，式(7)化简为
式中，uM和vM为UV覆盖的最大横纵坐标范围，Re()函数表示取复数实部。结合式(9)和式(6)，推导有
从上式可知，当l＝Δl，m＝Δm时，
取最大值，即探测器成图结果上图像峰值点相对图像中心的角位置为Δl和Δm。
进一步，由相位参考干涉测量值的实际测量物理意义得到
V(u，v)＝Re-Δφ (11)
式中，R为探测器信号的幅度，Δφ为探测器和参考源信号的实测差分相位。结合式(1)和式(8)推导有
所以当
取最大值时，综合式(10)和(12)推导有
Δφi，t＝2π(ui，tΔl+vi，tΔm) (13)
因此，从相位参考干涉成图结果峰值点确定Δl和Δm后，利用式(13)即可计算每条基线t时刻的差分相位。根据差分相位和差分时延之间的关系
推导得到每条基线t时刻的精确差分时延
如式(2)所示。
以下结合嫦娥三号实测数据对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
步骤1、获得嫦娥三号巡视器相位参考干涉成图结果
嫦娥三号任务包含着陆器和巡视器两部分。我国干涉测量网对着陆器和巡视器进行了相位参考干涉测量，参与的测站包括上海天马(TM)、乌鲁木齐南山(UR)、云南昆明(KM)和北京密云(BJ)。以着陆器为参考源，巡视器为目标源，利用2013年12月20日的观测数据得到巡视器的相位参考干涉成图结果见图2，图2横坐标时间零点为2013年12月20日0时。
步骤2、计算图像峰值点的角位置
从图2中可以确定图像峰值点相对于图像中心的角位置(Δl，Δm)为(-4.4，-1.0)mas(毫角秒)。
步骤3、计算每条基线的差分时延
从每个测站已知的位置计算出各时刻每条基线在UV平面上的投影分量ui，vi，巡视器下行信号中心频率为8.462GHz，从而得到6条基线上的差分时延见图3。从图3可看出，本发明方法得到的各条基线的差分时延精度在十皮秒(ps)量级。与此同时，嫦娥三号实际任务中得到两个探测器差分时延精度在纳秒(ns)量级。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (1)
1.一种从相位参考干涉成图结果计算差分时延的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、获得探测器相位参考干涉成图结果
将各个测站得到探测器信号的幅度，以及探测器和参考源信号干涉相位的差分值代入式(1)获得探测器相位参考干涉成图结果；
式中，
为探测器相位参考干涉成图结果；S(u，v)为所有基线在UV平面上的采样函数；V(u，v)为各测站得到的探测器和参考源信号的相位参考干涉测量值；
步骤2、计算图像峰值点的角位置
从探测器相位参考干涉成图结果中确定图像峰值点，计算该图像峰值点相对于图像中心的角位置(Δl，Δm)；
步骤3、计算各条基线的差分时延
利用式(2)计算第i条基线t时刻的差分时延
式中，ui，t，vi，t为基线t时刻在UV平面上的投影分量，f为探测器信号下行频率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710027233.4A CN106919736B (zh) | 2017-01-06 | 2017-01-06 | 一种从相位参考干涉成图结果计算差分时延的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710027233.4A CN106919736B (zh) | 2017-01-06 | 2017-01-06 | 一种从相位参考干涉成图结果计算差分时延的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106919736A CN106919736A (zh) | 2017-07-04 |
| CN106919736B true CN106919736B (zh) | 2020-05-26 |
Family
ID=59453519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710027233.4A Expired - Fee Related CN106919736B (zh) | 2017-01-06 | 2017-01-06 | 一种从相位参考干涉成图结果计算差分时延的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106919736B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112082561B (zh) * | 2020-09-11 | 2022-04-19 | 中国人民解放军63921部队 | 航天探测器交会对接及分离状态的监视方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6633253B2 (en) * | 2001-04-02 | 2003-10-14 | Thomas J. Cataldo | Dual synthetic aperture radar system |
| CN1663081A (zh) * | 2002-05-06 | 2005-08-31 | 莫莱克斯公司 | 用于差分信号连接器的端子组件 |
| CN104864876A (zh) * | 2015-06-03 | 2015-08-26 | 武汉大学 | 一种月球车联合定位方法及系统 |
-
2017
- 2017-01-06 CN CN201710027233.4A patent/CN106919736B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6633253B2 (en) * | 2001-04-02 | 2003-10-14 | Thomas J. Cataldo | Dual synthetic aperture radar system |
| CN1663081A (zh) * | 2002-05-06 | 2005-08-31 | 莫莱克斯公司 | 用于差分信号连接器的端子组件 |
| CN104864876A (zh) * | 2015-06-03 | 2015-08-26 | 武汉大学 | 一种月球车联合定位方法及系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "月球探测器制动段实时轨道确定研究";陈世杰;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20130615(第6期);第2.4.2节 * |
| "深空探测器同波束相位参考成图定位方法";周欢 等;《测绘学报》;20150630;第44卷(第6期);第636-639页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106919736A (zh) | 2017-07-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107102346B (zh) | 一种基于北斗系统的多天线测姿方法 | |
| CN110907932B (zh) | 分布式InSAR卫星测高精度影响因素分析方法及系统 | |
| CN101561499B (zh) | 一种单站多普勒测距定位方法 | |
| CN104536027A (zh) | 一种实时北斗精密相对定位的方法 | |
| CN109239710B (zh) | 雷达高程信息的获取方法及装置、计算机可读存储介质 | |
| CN109507704A (zh) | 一种基于互模糊函数的双星定位频差估计方法 | |
| CN104197839A (zh) | 航天器装配精度受重力和温度影响的补偿方法 | |
| CN106919736B (zh) | 一种从相位参考干涉成图结果计算差分时延的方法 | |
| CN103344209B (zh) | 一种反射镜零重力面形测试方法 | |
| EP1157282B1 (en) | Sensor system | |
| US8294616B1 (en) | Using antennas separated in flight direction to avoid effect of emitter clock drift in geolocation | |
| CN102183263A (zh) | 一种光纤陀螺常值漂移的标定方法 | |
| Krasil’shchikov et al. | Current problems of improving the coordinate-time support of GLONASS and promising methods for their solution: II. Alignment of coordinate systems used by various information technologies to refine the universal time | |
| CN113589392B (zh) | 基于数据仿真验证三频信标tec反演精度的方法及系统 | |
| CN104296779A (zh) | 基于火箭橇试验的惯性测量系统加速度计迭代补偿方法 | |
| CN106840160B (zh) | 深空探测器无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算方法 | |
| CN104459618B (zh) | 一种借助虚拟观测和距离等效交换的单站短基线相差定位方法 | |
| Öz et al. | TDOA based tracking measurement for geo satellites orbit determination: evaluation for the satellite operators | |
| Edwards | Angular navigation on short baselines using phase delay interferometry | |
| Zheng et al. | Interferometry imaging technique for accurate deep-space probe positioning | |
| CN111650616A (zh) | 一种高精度北斗导航定位系统导航定位参数计算方法 | |
| CN105738728A (zh) | 用于vsi与vsr格式数据的相关处理方法和装置 | |
| Zhang et al. | An iterative optimization method for estimating accelerometer bias based on gravitational apparent motion with excitation of swinging motion | |
| CN110749906A (zh) | 基于模拟器的gnss接收机动态性能指标的高精度测试方法 | |
| Zhao et al. | Error analysis for the baseline estimation and calibration of distributed InSAR satellites |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200526 |