CN1821807A - 卫星激光测距多脉冲模糊度实时解算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星激光测距多脉冲模糊度实时解算方法，涉及一种卫星激光测距的解算方法，尤其涉及一种多脉冲模糊度实时解算方法。本发明是利用实时获取的全球资料，外推卫星理论轨道，与实测结果进行比较，从多个模糊值中确定真值；①从网络获取全球部分SLR测站的观测数据和即时星历；②利用相关软件和即时观测数据计算此后一段时间的卫星理论距离值；③采用精密轨道外推计算的方法从多值结果中选择正确的值。本发明不但解决了单选器带来的一系列弊端，而且保证了激光的输出能量；利用发射脉冲多，返回概率高的优点，可大大地提高多脉冲测距的数据密度，提高目标卫星的搜寻、捕获率。

Description

卫星激光测距多脉冲模糊度实时解算方法

技术领域

本发明涉及一种卫星激光测距的解算方法，尤其涉及一种多脉冲模糊度实时解算方法。

背景技术

卫星激光测距(Satellite Laser Ranging，简称SLR)是利用测量激光在地面与卫星之间的往返传播时间来进行测距的，这是它与其它空间观测技术[如VLBI(甚长基线干涉)、GPS(全球卫星定位系统)、SAR(合成孔径雷达)等]的主要差别。SLR仅单次测量就可以计算绝对距离，具有测量精度与所测距离基本无关等技术特点，这些特点决定了其在空间测量技术领域内不可替代的地位。当前以VLBI、SLR、GPS和SAR为主的空间测量技术有了很快的发展，利用其监测地壳运动是目前地球动力学、地球重力场、电离层辐射、全球板块运动、地震预报研究的活跃学科。其中SLR技术还用于精密定轨、空间碎片探测、深空相对论应证实验，配合星载高度计研究海洋、极地冰区、大气系统特性等。SLR为地球探测卫星提供高精度的定轨数据，如ERS、TOPEX、CHAMP、GRACE等美国和欧洲的卫星，我国的“神州四号”，以及欧空局即将发射的伽利略导航系统都安装有SLR定轨设备。对于航天事业、军事目的等方面的应用，SLR技术也是大有可为的。

SLR是采用测量窄脉冲往返地面到卫星的飞行时间来测量距离，窄脉冲激光器是关键技术之一。目前使用较多的是ND:YAG激光器(中国激光网全部使用这种激光器)，其输出脉冲往往形成一串分布，即多脉冲。传统技术是将其偏振后引入到加电控制的LN晶体，控制晶体电压，使其选择一个最大的脉冲输出，这就是单脉冲选择器。这样的系统优点是只输出一个脉冲，开门和关门信号均由此脉冲导出，测量的距离是单一确定值，无模糊问题。但其能量衰减较大、稳定性差；贵重的LN晶体容易被强光损坏，调整困难，人工劳动强度大。

如果不使用单选，则会出现多值模糊性，即激光输出的不是一个脉冲，而是一串强度成“钟形”分布的多脉冲。这样开门和关门信号的产生所对应的具体脉冲就不确定，测出的结果就会有多值性。一般情况下，可能起作用的脉冲数大约8个，每个脉冲都可能产生开门和关门信号，因此可能的结果值是这8个脉冲的多个组合。但由于脉冲幅度不等，出现时间有先后次序，产生开、关门信号的概率不同，加上脉冲是等间距的(激光器腔长)，所以一般最后的多值数在3-8个之间，这就是多脉冲的模糊问题。图1显示了Lageos卫星的一圈试验观测数据，有5到7条观测线，但不知道哪条观测线是正确的，即需要待定的模糊问题。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术存在的上述问题，提供一种卫星激光测距多脉冲模糊度实时解算方法。

本发明的目的是这样实现的：

利用实时获取的全球资料，外推卫星理论轨道，与实测结果进行比较，从多个模糊值中确定真值。

具体地说，有下列步骤：

①从网络获取全球部分SLR测站的观测数据和即时星历

现在全球大多数SLR测站都能实时上传观测数据，即时星历也有几个服务中心在提供。

②利用相关软件和即时观测数据计算此后一段时间的卫星理论距离值

理论计算的偏差应小于激光器腔长的一半。据现行使用的激光器参数，腔长约为1.2米，偏差应小于0.6米。

③采用精密轨道外推计算的方法从多值结果中选择正确的值

解算多值观测数据，通过比较外推得理论值，与其最接近的一组观测结果即为正确的测量值。对于其它组观测值，通过卫星轨道拟合办法将其归并到正确值上。这样，就相当于增加了观测数据，充分利用了所有的激光脉冲，起到了提高数据率、目标卫星捕获率的作用。

所述的外推计算是一种现代近似计算技术的一个重要方法，利用已知数据推导出将来几套资料的方法。

所述的相关软件是一种自行编写的软件，其主要功能是利用全球部分SLR测站的观测数据和即时星历，以及即时观测数据计算此后一段时间的卫星理论距离值。

所述的拟合办法是在现有的实际数据的基础上对若干合乎理论的形式进行试验，从中选择一个最能拟合有关数据，即最有可能反映实际问题的函数形式。拟合其目的是确定一个函数，根据实验获得的数据去建立因变量与自变量之间有效的经验函数关系，为进一步的深入研究提供线索。

本发明具有下列优点和积极效果：

1、本发明的特色和创新之处在于放弃了对单脉冲选择器的艰难的技术改造和更新，由此挽回了约8倍的能量损失；单脉冲选择器带来的能量不稳定问题、波形奇变问题、光学晶体损坏问题也迎刃而解。能量的提高、脉冲数增加都使回波率得到提高，进而改善系统的目标捕获率。这一方法目前无论国内外都还没有尝试过，它是非常行之有效的，即解决了一系列硬件上繁琐的问题，又获得了更高的观测效率。当然，它是以完成实时解算模糊度为代价的。

2、利用计算机技术和网络功能实现实时解算多脉冲测距的模糊度问题。通过网络准实时地获取全球一些SLR测站的观测数据，由卫星轨道计算软件外推一段时间的卫星轨道参数，结合多脉冲的观测数据和激光器腔长的间隔，最终确定准确的脉冲数据。这一技术涉及快速计算、网络性能等方面，目前尚未有人提及和使用过。

总之，本发明不但解决了单选器带来的一系列弊端，而且保证了激光的输出能量；利用发射脉冲多，返回概率高的优点，可大大地提高多脉冲测距的数据密度，提高目标卫星的搜寻、捕获率。

附图说明

图1-卫星激光测距系统对Lageos卫星的一圈试验观测数据平面图。

其中：

横坐标—时间；

纵坐标—测站到卫星之间的距离。

具体实施方式

1、关于外推计算的方法

外推的偏差随推移时间而增大，随获取其它测站的站数、数据质量和数量而变化。

当推移时间为0(即不外推)，获取全球1/3站的LAGEOS卫星数据时，偏差可达厘米级，理论证实在大多数情况下，推出5小时的偏差是可以小于0.2米的，但对不同卫星，不同观测数据确实很难保证在24小时内偏差小于0.6米，这需要实验来验证，即使达不到这一要求。通过缩短外推时间，因观测数据即时上网，所以我们有可能随时取得最新数据，这样也许只需要外推2小时甚至更短就可以了。或者等待一段时间(如半天)后再来解决模糊问题，这样有可能不需要外推，但它会影响你的观测数据的实时性，而这也是目前SLR观测追求的指标，但作为少数情况下的补充，仍不失为一种较好的方式。

2、关于流动站

对流动站来说，经常流动到新的地方，没有初始位置是无法使用这种方式的，因此单脉冲选择器不能完全取消。

硬件上设计成可选用方式，使用单选测量几圈数据，定出初始位置(精度要求不高，理论上只要＜0.6米即可)，每隔一段时间还可以用单选来检验一次，这一点对固定站也适用。

对单选进行简化、改进，使其处在可选使用方式，大多数正常观测都不用它，只在定标时使用，而且对其要求不高，只需测量少数点，并且可选天气条件好或其它辅助条件均好时进行，这样一来，系统就能适应任何情况了。

Claims (3)

1、一种卫星激光测距多脉冲模糊度实时解算方法，其特征在于：

利用实时获取的全球资料，外推卫星理论轨道，与实测结果进行比较，从多个模糊值中确定真值；

按下列步骤进行：

①从网络获取全球部分卫星激光测距SLR测站的观测数据和即时星历；

②利用相关软件和即时观测数据计算此后一段时间的卫星理论距离值；

③采用精密轨道外推计算的方法从多值结果中选择正确的值。

2、按权利要求1所述的实时解算方法，其特征在于：

所述的外推计算是利用已知数据推导出将来几套资料的方法。

3、按权利要求1所述的实时解算方法，其特征在于：

所述的相关软件是一种自行编写的软件，其主要功能是利用全球部分SLR测站的观测数据和即时星历，以及即时观测数据计算此后一段时间的卫星理论距离值。