CN111308432B - 一种利用测速数据评估航天器测距数据精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用测速数据评估航天器测距数据精度的方法，包括：S1.获取地面站对航天器的测距结果和测速结果；S2.以相邻时刻的所述测距结果作差获取差分测距结果；S3.基于所述差分测距结果和所述测速结果作差获取双差分结果；S4.基于所述双差分结果计算所述测距结果的精度。本方案适用于在具有航天器高精度测速数据的情况下，对获取的航天器测距数据进行客观、准确的精度评估，用于任务中分析航天器和地面测控设备的测距性能，并确定测距数据用于定轨的权重等。

Description

一种利用测速数据评估航天器测距数据精度的方法
技术领域
本发明涉及航天器测控领域，尤其涉及一种利用测速数据评估航天器测距数据精度的方法。
背景技术
在航天测控任务中，地面测控设备对航天器的测距数据是航天器导航的重要观测量。对测距数据开展精度评估是分析航天器和地面测控设备的测距性能，并确定测距数据用于定轨的权重的基本前提。对于测距数据的精度评估，可以根据测控链路电平情况利用测距随机误差的理论计算公式予以估算；在了解航天器和地面测控设备性能指标和工作状态的前提下，也可根据经验先进行粗略估计(用于定轨)，在定轨后基于测距数据的拟合后残差进一步评估其精度。从原理上讲，理论计算无法顾及未考虑到的模型以外的误差，定轨后的拟合后残差通常会受到定轨误差的附加影响。因此，以上方法均无法客观、准确地反映测距数据的精度。
在目前航天测控的统一载波测控体制下，地面测控设备在获得航天器测距数据的同时通常也获取了高精度的测速数据。从测量模型来看，测速数据是航天器对测站径向距离的时间变化率，测距数据是航天器对测站的径向距离，测速数据是测距数据的时间差分；从信号模型来看，测速数据来自于载波锁相环，测距数据来自于测距通道的锁相环，二者受到的噪声相互独立；此外，在航天测控任务中，测速数据的精度(mm/s级)通常远高于测距数据的精度(m级)。
由于测速数据中包含了测距信息、噪声独立于测距数据、精度远高于测距数据，可望利用测速数据更为客观、准确地评估测距数据的精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用测速数据评估航天器测距数据精度的方法，以便评估航天器和地面测控设备的测距性能，确定测距数据用于定轨的权重。
为实现上述发明目的，本发明提供一种利用测速数据评估航天器测距数据精度的方法，包括：
S1.获取地面站对航天器的测距结果和测速结果；
S2.以相邻时刻的所述测距结果作差获取差分测距结果；
S3.基于所述差分测距结果和所述测速结果作差获取双差分结果；
S4.基于所述双差分结果计算所述测距结果的精度。
根据本发明的一个方面，步骤S1中，以预设间隔的第一时刻获取所述测距结果，以具有与所述预设间隔相同时间间隔的第二时刻获取所述测速结果；
所述预设间隔为1s；
所述第二时刻是两个相邻所述第一时刻的中间点时刻。
根据本发明的一个方面，步骤S2中，以与所述第二时刻相同的时刻获取所述差分测距结果。
根据本发明的一个方面，所述差分测距结果为：
dρi＝ρi+1-ρi
(i＝1，2，...，n-1)
其中，dρ1表示差分测距结果，ρi和ρi+1表示相邻时刻的测距结果。
根据本发明的一个方面，步骤S3中，将对应时刻的所述差分测距结果和所述测速结果作差获取所述双差分结果，且所述双差分结果为：
δi＝dρi-vi
(i＝1，2，...，n-1)
其中，δi表示双差分结果，vi表示测速结果。
根据本发明的一个方面，所述步骤S4中所述测距结果的精度表示为：
Figure BSA0000196005910000021
其中，σ表示测距结果的精度。
根据本发明的一种方案，适用于在具有航天器高精度测速数据的情况下，对获取的航天器测距数据进行客观、准确的精度评估，用于任务中分析航天器和地面测控设备的测距性能，并确定测距数据用于定轨的权重等。
根据本发明的一种方案，本发明基于测速数据中包含了测距信息、噪声独立于测距数据、精度远高于测距数据的特点，首先进行相邻两点测距数据差分，然后进行差分测距结果与测速数据差分，通过两次差分后的残差，评估测距数据的精度。该方法充分利用了测距、测速数据的特点，模型、理论清晰，计算方便，且不引入其他无关因素干扰，从而实现测距数据客观、准确的精度评估。
附图说明
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的利用测速数据评估航天器测距数据精度的方法的步骤框图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施方式，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。
在针对本发明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发明和简化描述，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发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种利用测速数据评估航天器测距数据精度的方法，包括：
S1.获取地面站对航天器的测距结果和测速结果；
S2.以相邻时刻的测距结果作差获取差分测距结果；
S3.基于差分测距结果和测速结果作差获取双差分结果；
S4.基于双差分结果计算测距结果的精度。
根据本发明的一种实施方式，步骤S1中，以预设间隔的第一时刻获取测距结果，以具有与预设间隔相同时间间隔的第二时刻获取测速结果。在本实施方式中，预设间隔为1s，第二时刻是两个相邻第一时刻的中间点时刻。在本实施方式中，设地面测控设备对航天器在t＝1，2，…，n(s)的第一时刻的测距结果为ρ1，ρ2，…，ρn，在t＝1.5，2.5，…，n-0.5(s)的第二时刻的测速结果为v1，v2，…，vn-1。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，以与第二时刻相同的时刻获取差分测距结果。在本实施方式中，相邻两点测距数据作差，得到t＝1.5，2.5，…，n-0.5(s)时刻的差分测距结果dρ1，dρ2，…，dρn-1。在本实施方式中，差分测距结果表示为：
dρi＝ρi+1-ρi
(i＝1，2，...，n-1)
其中，dρ1表示差分测距结果，ρi和ρi+1表示相邻时刻的测距结果。
在本实施方式中，通过上述步骤利用相邻时刻的测距数据差分，近似地求解中间时刻(即第二时刻)的速度结果。
根据本发明的一种实施方式，步骤S3中，将对应时刻的差分测距结果和测速结果作差获取双差分结果，且双差分结果为：
δi＝dρi-vi
(i＝1，2，...，n-1)
其中，δi表示双差分结果，vi表示测速结果。
在本实施方式中，通过上述步骤对比实际测速结果与利用测距数据求得的速度结果的差异(该差异的主要来源是测距数据的随机误差)。
根据本发明的一种实施方式，步骤S4中测距结果的精度表示为：
Figure BSA0000196005910000051
其中，σ表示测距结果的精度。
在本实施方式中，通过上述步骤求解上述差异的RMS值，并归一化为测距数据的精度，即利用测速数据评估得到的测距数据标准差。
本发明基于测速数据中包含了测距信息、噪声独立于测距数据、精度远高于测距数据的特点，首先进行相邻两点测距数据差分，然后进行差分测距结果与测速数据差分，通过两次差分后的残差，评估测距数据的精度。该方法充分利用了测距、测速数据的特点，模型、理论清晰，计算方便，且不引入其他无关因素干扰，从而实现测距数据客观、准确的精度评估。
以下模拟产生一组测距、测速数据，对本发明的具体实施方式作进一步说明。
设航天器的测距数据对应时刻t＝1～10s(每秒一点，共10点)，测速数据对应时刻t＝1.5～9.5s(每秒一点，共9点)，具体数据如下(这里为举例说明实施方式，所取时长较短，实际应用中所取时长应更具统计意义：如5-10分钟，共300-600点)：
[ρ1 ρ2 ρ3 ρ4 ρ5 ρ6 ρ7 ρ8 ρ9 ρ10]＝[1.538 3.834 0.741 4.862 5.319 4.6926.566 8.343 12.578 12.769]；
[v1 v2 v3 v4 v5 v6 v7 v8 v9 v10]＝[1.0007 0.9988 1.0007 1.0016 1.0005 1,0010 1.0007 0.9997 1.0003]；
基于以上数据，按照如下流程评估航天器测距数据精度。
在本实施方式中，将相邻两点测距数据作差，得到t＝1.5，2.5，…，9.5(s)时刻的差分测距结果dρ1，dρ2，…，dρ9：
[dρ1 dρ2 dρ3 dρ4 dρ5 dρ6 dρ7 dρ8 dρ9]
＝[ρ2-ρ1 ρ3-ρ2 ρ4-ρ3 ρ5-ρ4 ρ6-ρ5 ρ7-ρ6 ρ8-ρ7 ρ9-ρ8 ρ10-ρ9]
＝[1.0007 0.9988 1.0007 1.0016 1.0005 1.0010 1.0007 0.9997 1.0003]
在本实施方式中，将对应时刻的差分测距结果、测速数据进一步作差，得到：
[δ1 δ2 δ3 δ4 δ5 δ6 δ7 δ8 δ9]
＝[dρ1-v1 dρ2-v2 dρ3-v3 dρ4-v4 dρ5-v5 dρ6-v6 dρ7-v7 dρ8-v8 dρ9-v9]
＝[1.2953 -4.0918 3.1203 -0.5446 -1.6275 0.8730 0.7763 3.2353 -0.8093]
在本实施方式中，计算测距数据精度σ：
Figure BSA0000196005910000061
其中，所得的值即为利用测速数据评估得到的测距数据标准差。
上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用测速数据评估航天器测距数据精度的方法，包括：
S1.获取地面站对航天器的测距结果和测速结果；
S2.以相邻时刻的所述测距结果作差获取差分测距结果；
S3.基于所述差分测距结果和所述测速结果作差获取双差分结果；
S4.基于所述双差分结果计算所述测距结果的精度，所述测距结果的精度表示为：
Figure FDA0003400253580000011
其中，σ表示测距结果的精度，δi表示双差分结果，i＝1，2，...，n-1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，以预设间隔的第一时刻获取所述测距结果，以具有与所述预设间隔相同时间间隔的第二时刻获取所述测速结果；
所述预设间隔为1s；
所述第二时刻是两个相邻所述第一时刻的中间点时刻。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2中，以与所述第二时刻相同的时刻获取所述差分测距结果。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述差分测距结果为：
dρi＝ρi+1-ρi
(i＝1，2，...，n-1)
其中，dρ1表示差分测距结果，ρi和ρi+1表示相邻时刻的测距结果。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S3中，将对应时刻的所述差分测距结果和所述测速结果作差获取所述双差分结果，且所述双差分结果为：
δi＝dρi-vi
(i＝1，2，...，n-1)
其中，δi表示双差分结果，vi表示测速结果。
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