短基线干涉仪测元与距离变化率融合处理方法

2016-04-13崔书华

导弹与航天运载技术 2016年4期

关键词：干涉仪测站变化率

李果，崔书华，沈思，王佳

（1. 宇航动力学国家重点实验室，西安，710043；2. 中国西安卫星测控中心技术部，西安，710043）

短基线干涉仪测元与距离变化率融合处理方法

李果1,2，崔书华1,2，沈思1,2，王佳1,2

（1. 宇航动力学国家重点实验室，西安，710043；2. 中国西安卫星测控中心技术部，西安，710043）

短基线干涉仪与脉冲雷达（或微波统一测控系统）相结合的外弹道测量体制是目前航天发射任务主动段测控的主要手段。针对不同传感器跟踪测量数据的融合问题，建立了短基线干涉仪测量元素与雷达测量的距离变化率测量元素融合的算法，实现了利用测速数据确定目标的位置和速度参数的功能。仿真结果表明，该方法改变了以往短基线干涉仪测量必须依赖定位数据的境况，拓展了外弹道的数据处理手段。

0 引言

目前，中国航天测控网包括多种不同类型的传感器设备，其中短基线干涉仪与单脉冲雷达（或微波统一测控系统）相结合的外弹道测量体制是火箭飞行外弹道测量的主要手段。

短基线干涉仪通过2个副站被动接收同一个无线电信号源，参照共同的参考频率得到所收信号的相位差和相位差变化率，由此导出信号源到2个副站的单向差分距离和差分单向多普勒[1,2]，结合两副站到主站之间的2条非平行（一般采用垂直）高精度基线长度，获得导航所需的信号源至基线的2个方向余弦变化率l˙和m˙，以及径向速度R˙。这种测量模式下，需要至少再加入一个径向距离信息R才能完成对目标飞行器的定位。所以，目前的航天发射任务中，短基线干涉仪测元的计算需要加入目标的定位数据，才能实现对航天器外弹道参数的确定[3～5]。

为了摆脱对目标定位数据的依赖和束缚，利用雷达可用的测量元素（如因设备问题、火箭各级分离等影响，出现部分弧段雷达测角和测距数据信息不全的情况时，只留有距离变化率），建立了短基线干涉仪测量数据R˙，l˙，m˙与多台雷达的距离变化率数据kR˙的融合方法，解决了利用短基线干涉仪测量元素和距离变化率数据就可以同时确定飞行目标位置和速度的问题，不仅为外弹道数据处理方法拓展了技术途径，同时提高了数据处理精度。

1 融合处理方法[6～8]

假设x，y，z为目标飞行器在发射系中的位置分量，x˙，y˙，z˙为目标飞行器在发射系中的速度分量，xi，yi，zi（i = 1, 2, 3, 4）为测站在发射系中的站址（测站1为主站，测站2～4为副站，其中测站1和测站2为同站），D13和D14为2条基线的长度，由此建立如下测量方程：

飞行目标参数计算步骤如下：

a）初始值数据X0=(x0,y0,z0,x˙0,y˙0,z˙0)T。

b）用初始值反算测量元素的近似值。

1）反算短基线干涉仪测量元素R˙0，l˙0和m˙0：

式中 x′k,y′k,z′k为雷达测站的站址，k=1,2,…,n 。c）计算误差方程自由项向量。

令：

则，

d）误差方程系数矩阵B。

再有：

e）协方差阵估计。

目标位置和速度参数解算：

计算目标在发射坐标系中的坐标和速度：

目标坐标和速度的精度：f）迭代计算。

2 仿真分析

利用某射向及设备布站情况，采用短基线干涉仪测量系统的测量元素和3台雷达的距离变化率测量元素进行仿真分析。数据融合计算得到的目标定位数据的仿真结果与对应标称弹道比对差数据曲线如图1所示，相应的速度分量比对差数据曲线如图2所示。

Method of Fusion Algorithm in Measuring Element of Short Baseline Interferometer and Range Rate

Li Guo1,2, Cui Shu-hua1,2, Shen Si1,2, Wang Jia1,2
(1. State Key Laboratory of Astronautic Dynamics, Xi’an, 710043; 2. Xi’an Satellite Control Center of China, Xi’an, 710043)

External trajectory measurement system with the combination of the short baseline interferometer and radio detection and ranging (unified microwave system) is the main means of TT&C in boost phase. Aiming at the problem of data fusion, fusion algorithm that short baseline interferometer measurement element is effectively fused with the range rate measurement of the radio detection and ranging measurement is established, the target location and flying speed parameters can be determined by velocity measurement data. The method offers a new technical means to change the situation that the short baseline interferometer measurement must rely on the target location data, and provides technical support to process external trajectory measurement.

Short baseline interferometer; Fusion algorithm; Data processing; Comparison analysis