CN109709588A - 一种高轨卫星多星高精度测定轨系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种高轨卫星多星高精度测定轨系统，包括在每个卫星上配置的测控综合应答机、若干个地面测距站和大气折射修正设备、自动化运行控制单元、定轨计算单元；自动化运行控制单元确定测定轨计划，控制地面测距站依次对多颗卫星进行轨道测量，分别测量得到各地面测距站至被测卫星的距离测量值序列，并同步控制大气折射设备对被测卫星的大气折射修正数据进行测量，得到大气折射修正数据序列；所述定轨计算单元根据距离测量值序列、大气折射修正数据序列进行定轨计算，得到每个被测卫星的轨道数据。本系统具有同期测定轨卫星数量多、测定轨精度高、星载应答机综合利用率高、多站协同自动运行等优点。

Description

一种高轨卫星多星高精度测定轨系统

技术领域

本发明属于航天测控技术领域，涉及一种高轨卫星多星高精度测定轨系统。

背景技术

目前高轨卫星高精度测定轨主要使用的是多站单星转发式测距测定轨系统。系统主要由配置于地面的测距主站、测距转发站和配置于卫星上的测距转发器组成。对每颗需要高精度测定轨的卫星，对应建设一套多站转发测距测定轨系统。每套系统均有各自的测距主站、测距转发站，通过卫星转发器和测距转发站两次转发测距信号，获得测距主站→卫星转发器→测距转发站→卫星转发器→测距主站的四程距离和数据，通过定轨计算，得到较高精度的轨道数据。典型的系统如我国的中继卫星测定轨系统、我国的风云气象卫星测定轨系统。

现有多站单星转发式测距测定轨系统组成示意图如1所示，其具体测定轨过程如下：

(1)测距主站向卫星发射测距信号，卫星转发器对该测距信号放大、变频后，向测距主站及各测距转发站转发；

(2)测距主站收到转发信号后，比对该信号与发射信号的时延差，获得主站双程测距值；

(3)各测距转发站接收到卫星的转发信号后，经放大、变频等处理形成返向测距信号，并转发至卫星转发器；

(4)卫星转发器收到返向测距信号后，转发器经放大、变频，再转发至距主站：

(5)测距主站接收到卫星转发的各测距转发站信号后，比对各信号与发射信号的时延差，得到多个四程距离值；

(6)测距主站利用获得的双程距离值和四程距离值，进行定轨计算，得到卫星的轨道数据。

上述测定轨系统的不足之处：

1)为进行高精度定轨，需要在卫星上配置测距转发器。该模式适合于有通信转发器的通信卫星，对于无通信转发器的卫星，如成像卫星、预警卫星等，为了实现多站测定轨，卫星需要专门配置测距信号转发器。

2)测距转发器非星载标准设备，用于不同卫星的多站测距测定轨系统难以统筹使用。

发明内容

发明所要解决的课题是，针对现有测定轨系统中为进行高精度定轨，需要在卫星上配置测距转发器，且无法提供于不同卫星的多站测距测定轨系统统筹使用的问题。

用于解决课题的技术手段是，本发明提出一种高轨卫星多星高精度测定轨系统，包括在每个卫星上配置的测控综合应答机、在地面间隔布设的若干个地面测距站并在各地面测距站上配置大气折射修正设备、自动化运行控制单元、定轨计算单元；所述自动化运行控制单元确定测定轨计划，根据测定轨计划控制不同的地面测距站依次对多颗卫星进行轨道测量，分别测量得到各地面测距站至被测卫星的距离测量值序列，并同步控制各地面测距站上的大气折射设备对被测卫星的大气折射修正数据进行测量，得到大气折射修正数据序列；所述定轨计算单元根据所得各地面测距站至被测卫星的距离测量值序列、大气折射修正数据序列进行定轨计算，得到每个被测卫星的轨道数据。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述自动化运行控制单元根据卫星精度需求、轨位分布情况、地面测距站位置确定测定轨计划。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述自动化运行控制单元根据确定测定轨计划包括卫星的测轨顺序、地面测距站组合、测量时长。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述自动化运行控制单元控制不同的地面测距站依次对多颗卫星进行轨道测量，具体为：

确定一个被测卫星，控制不同的地面测距站同时向被测卫星发射各自已知的上行测量信号；

被测卫星上配置的测控综合应答机接收到上行测量信号后，形成1路下行测量信号并以广播形式发射至参与轨道测量的地面测距站；

各参与轨道测量的地面测距站接收到下行测量信号，按设定采样频率测量得到一段时间内本地面测距站至被测卫星的距离测量值序列；

对于剩余卫星，重复上述轨道测量过程，得到各地面测距站至各被测卫星的距离测量值序列。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：还包括将下行测量信号的载波与伪码同源处理。

发明效果为：

本发明提出了一个使用星载测控应答机实现多站对多颗高轨卫星高精度测定轨系统。该系统由布设于不同地域的多个地面高精度测距站、多个高精度大气折射修正设备，装载于高轨卫星上的测控综合应答机，系统自动化运行控制设备，高精度定轨计算单元等组成。系统综合采用多站测定轨技术、非相干测距技术、伪码窄相关技术、载波平滑伪码测距技术、设备零值实时标定技术、多信号干扰对消技术、多站协同自动运行技术等，可实现同期对多颗高轨卫星米级的测定轨精度。

可实现以下效益：一是本系统使用测控应答机实现对卫星的多站测距测定轨，而测控应答机是卫星的必备设备，高精度测定轨不需要卫星增加专用设备，有利于控制卫星的重量、功耗负担；二是通过自动化控制，使用1套地面系统对多颗高轨卫星按设置的顺序和间隔，进行周期性地多站高精度测距和定轨计算，实现1套地面系统同时对多颗高轨卫星的高精度测定轨；三是系统综合采用多站测定轨技术、非相干测距技术、伪码窄相关技术、载波平滑伪码测距技术、设备零值实时标定技术、多信号干扰对消技术等，可实现高轨卫星米级测定轨精度；四是系统可根据不同卫星的不同测定轨精度需求，针对性地调整地面测距站的使用组合、数量和测量时长的分配，实现资源的高效利用；五是实现高精度测定轨功能不影响测控综合应答机的常规测控功能。

本发明提供的高轨卫星多星高精度测定轨系统，具有同期测定轨卫星数量多、测定轨精度高、星载测控应答机综合利用率高、地面测定轨资源利用率高、系统内多套设备自动协同运行等优点。

附图说明

图1为现有技术中多站单星转发式测距测定轨系统示意图。

图2为本发明的高轨卫星多星高精度测定轨系统结构示意图。

具体实施方式

以下，基于附图针对本发明进行详细地说明。

如图2所示，本发明设计了一种高轨卫星多星高精度测定轨系统，包括在每个卫星上配置的测控综合应答机、在地面按一定距离间隔布设的多个高精度地面测距站并在各地面测距站上配置高精度的大气折射修正设备、自动化运行控制单元、高精度的定轨计算单元。

本实施例中，在卫星上配置具备常规测控与高精度测量功能合一的测控综合应答机，在地面建设由4～5个高精度测距站及配套高精度大气折射修正设备、自动化运行控制单元、轨道计算单元等组成的地面系统。通过多个地面测距站的不同组合，依次对在轨的多颗卫星进行周期性的高精度多站测量，实时计算得到卫星的高精度轨道数据。

本发明具体工作过程如下：

(1)所述自动化运行控制单元确定多星高精度的测定轨计划。针对多颗不同轨位的卫星，由自动运行控制单元根据卫星精度需求、轨位分布情况、地面测距站位置等因素，以满足卫星定轨精度且地面测距站利用率最大为原则，制定对卫星的测轨顺序、地面测距站组合、测量时长等计划o

(2)对卫星A进行轨道测量。确定一个被测卫星A，对被测卫星A按测定轨计划，自动化运行控制单元控制参与测定轨的多个地面测距站同时向被测卫星A发射各自已知的上行测量信号，被测卫星A上的综合应答机收到上述上行测量信号后，按要求的测量体制规范，形成一路下行测量信号，并以广播形式发射至参与轨道测量的各地面测距站。各参与轨道测量的地面测距站接收到该下行信号后，按规定的采样频率，测量得到一段时间内如Δt＝t1～t2时间段内，本地面测距站至被测卫星A之间的高精度距离测量值序列o

(3)被测卫星A大气折射数据测量。在各地面测距站对被测卫星A进行轨道测量的同时，自动化运行控制单元控制与各地面测距站同站布设的大气折射测量设备同步对被测卫星A的大气折射修正数据进行测量，得到相应的大气折射修正数据序列o

(4)多颗卫星测量。对于剩余卫星B、C、D等卫星，重复以上步骤(2)至(3)中的卫星轨道测量和大气折射数据测量过程，测量在一段时间内如Δt＝t3～t4时间段内。最后1颗卫星测量之后，再次依次对卫星A、B、C、D等卫星循环测量，直到测量计划结束，得到各地面测距站至各被测卫星的距离测量值序列o

(5)定轨计算单元进行卫星轨道计算。在得到一定量的卫星的测量数据后，通常为1天的数据，定轨计算单元利用得到的卫星轨道测量数据序列和大气折射修正序列，计算确定每个被测卫星的高精度轨道数据，持续输出多颗被测卫星的高精度轨道数据。

以及，本发明中优选利用上行信号、下行信号的载波与伪码同源，使用载波平滑伪码测距数据，提高测距随机误差精度；利用伪码窄相关技术，提高测距随机误差和系统误差精度；且利用上行多站扩频测量信号的已知信息，采用干扰对消方法提高测距系统误差精度；以及，利用发射的测距信号，进行星载设备或地面设备设测距零值变化的实时标定，提高测距系统误差精度。

系统综合运用多站测定轨技术、非相干测距技术、伪码窄相关技术、载波平滑伪码测距技术、设备零值实时标定技术、多信号干扰对消技术、多站协同自动运行技术等，可实现同期对多颗高轨卫星米级测定轨精度。

综上，可以利用本发明的高轨卫星多星高精度测定轨系统，以共用资源的形式，实现对多颗高轨卫星的高精度测定轨，在实现了多星高精度测定轨的同时，大幅节约多颗高轨卫星高精度测定轨的系统建设经费和运行经费。本系统具有同期测定轨卫星数量多、测定轨精度高、星载应答机综合利用率高、多站协同自动运行等优点。该发明适用于采用非相干扩频体制的高轨卫星高精度测定轨如含地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道、大椭圆轨道卫星等，特别适应于对多颗高轨卫星的高精度测定轨，可同期实现多颗高轨卫星的米级测定轨精度。

需要说明的是，以上说明仅是本发明的优选实施方式，应当理解，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明技术构思的前提下还可以做出若干改变和改进，这些都包括在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种高轨卫星多星高精度测定轨系统，其特征在于，包括在每个卫星上配置的测控综合应答机、在地面间隔布设的若干个地面测距站并在各地面测距站上配置大气折射修正设备、自动化运行控制单元、定轨计算单元；所述自动化运行控制单元确定测定轨计划，根据测定轨计划控制不同的地面测距站依次对多颗卫星进行轨道测量，分别测量得到各地面测距站至被测卫星的距离测量值序列，并同步控制各地面测距站上的大气折射设备对被测卫星的大气折射修正数据进行测量，得到大气折射修正数据序列；所述定轨计算单元根据所得各地面测距站至被测卫星的距离测量值序列、大气折射修正数据序列进行定轨计算，得到每个被测卫星的轨道数据。

2.根据权利要求1所述的高轨卫星多星高精度测定轨系统，其特征在于，所述自动化运行控制单元根据卫星精度需求、轨位分布情况、地面测距站位置确定测定轨计划。

3.根据权利要求1所述的高轨卫星多星高精度测定轨系统，其特征在于，所述自动化运行控制单元根据确定测定轨计划包括卫星的测轨顺序、地面测距站组合、测量时长。

4.根据权利要求1所述的高轨卫星多星高精度测定轨系统，其特征在于，所述自动化运行控制单元控制不同的地面测距站依次对多颗卫星进行轨道测量，具体为：

确定一个被测卫星，控制不同的地面测距站同时向被测卫星发射各自已知的上行测量信号；

被测卫星上配置的测控综合应答机接收到上行测量信号后，形成一路下行测量信号并以广播形式发射至参与轨道测量的地面测距站；

各参与轨道测量的地面测距站接收到下行测量信号，按设定采样频率测量得到一段时间内本地面测距站至被测卫星的距离测量值序列；

对于剩余卫星，重复上述轨道测量过程，得到各地面测距站至各被测卫星的距离测量值序列。

5.根据权利要求4所述的高轨卫星多星高精度测定轨系统，其特征在于，还包括将下行测量信号的载波与伪码同源处理。