基于精密星历的USB系统测距误差的标定与修正

５１电离层 误差 ．
一
般 情 况下 ，电离层 折 射 引起 的距 离 误差 在几
折射 修 正 均 可通 过 使 用 适 当的模 型计 算 出量 级 ， 可
以对 总误 差进 行 误差 分离 ，对未 知来 源 的 系统 差 可 以进行 统计 分析 。
米 到几 十米 范 围 内 ，而 且 白天 比夜 间 的距 离折 射误 差高 几倍甚 至到 ｌ ０倍 。下 表 为 电 离 层 对 Ｌ频 段 （ ． Ｈｚ的导 航卫 星信 号测 距数 据 的影 响 ： １Ｇ ） ６
Ｖ ５ 文 献标 识码 ５６
Ａ 文章 编号 １７ — ８ ５ （０ ３ ０ １ — ４ ６ ４ ５ ２ ２ １）０ — ０ ０ １ １
１引 言
载 人 飞 船 除 它 的 特殊 航 天 任 务 外 ， 以往 人 造 同
地球 卫 星 一样 ， 要 地 面测 控 系 统 的 测轨 、 测 、 需 遥 遥
Ｘ１
△Ｘｓ ｔ Ｙ Ｉ ａ＝
，
１ ｌ
精度 鉴定 的技 术要 求 和工 程 经验 ，用 于 标定 或 鉴定
Ｕ Ｂ设 备 的 基 准 数 据 精 度 应 至 少 优 于 设 备 精 度 的 Ｓ
＝ ＥｏＹ ＲＲｔ ｓ ｌ
，
Ｚ Ｉ
ｌ０ ０ ２０
ｚｌ ｌ
ｊＦ ＳＴ ｏ ＦＥ
ｇ
Ｚ
。．
吕 旦
０
：８２４２５ ３４．５ ７３ ： ９３４．５ ３２．５ ８ ５ ３４．５ ３４．５ ２４＿５ ３２ ．５ ６３４ ．５ ． ２ ４２ ４２ ２． ２ ２ ２ ３ ４ ５３４２ ｌ
５．４２８ ２ ５．４２９ ２ ５． ５． ２４３ ２４３ｌ ５．４３２ ５． ２ ２４３３ ５． ３４ ５ ２ ２４ ． ４３５ ５．４３６ ２ ５． ２４３７ ５．４３８ ２
５． ２４
历 元 ：Ｊ ＭＤ
×１ ０
图 １ 第 １ 个 回归 周 期定 轨 结 果 与参 考 轨 道 比较 在 各 个 方 向上 的互 差 分布 ５
３ 误 差标 定 与修 正
３１测 距误差 主要来 源 ．
动态滞后 误差等 。
（ ）零值误 差 １ 零 值 误差 是 Ｕ Ｂ跟踪 测 量 过 程 中主 要 的确 定 Ｓ
置 ９ ５ ｍ ．ｃ
来稿 ｆ期 ：０ １ ０ 一 １修 回 日 ：０ １０ — ５ ３ ２ １－ ４ Ｏ ； 期 ２ １－ １ 。 ４ 作者简介 ： 杨洋（９ ４ ６ ）女 ， １ ８ ． 一 ， 本科 ， ０ 工程师 ， 主要从事卫 星精密轨道确定工作 。
载 人 航 天 ２ １ 年第 ３期 ０１ 表 １ 第 １、５ １ 、７和 ２ ９ 回归周 期 定 轨 精 度统 计 表 ２ １ 、６ １ ２个
数据 ，使用 此类数据 的卫 星定轨精度 能达到径 向
ｌｃ 通 过对 Ｈ 一 Ａ的长期 跟 踪 ， 以进 行 Ｕ Ｂ系 ０ｍ。 Ｙ２ 可 Ｓ
统 测距 数据 的误差 研究 。为我 国载 人 航天 任 务做 好
轨精度达到 了 Ｊ Ｓ Ｎ １ Ａ Ｏ 一 卫星径 向 １ ｃ ． ｍ，空 间位 ８
个 回 归 周 期 的 轨 道 （ 有 的 ５段 数 据 ）并 通 过 与 只 ，
美 国 Ｇ Ｆ 哥 达 德 航 天 飞 行 中 心 ） 算 的精 密 轨 Ｓ Ｃ（ 计 道 比较 来 分 析 本 文 的定 轨 精 度 。分 析结 果 表 明 ， 定
（ Ｏ Ｉ） 高 精 度 测 轨 仪 器 ， 以获 得 高 精 度 测 轨 Ｄ ＲＳ 等 可
７９ ．３
７２ ． ５ ７６ ． ６
９４ ．６
各 个 方 向 的互 差
０．５ 广 ０ Ｄ
曼
恒
。
一
０ ５Ｌ ． ０
０２ ｒ ．
ｌ
５．４ ５． ２ ２８ ２４２９ ５．４３ ５．４３ｌ ２ ２ ５ ２ ２ ２ ５．４３ ． ４３３ ５． ２４３ ５．４３５ ４ ２ ５． ２４３ ５ ２ ６ ． ４３７ ５．４３８ ２
表 ２ 电 离层 对 导 航 卫 星 信 号 测 距 数据 的影 响
４ 卫 星质 心 位 置 修 正
４１简 述 ．
Ｅ（ ） 。
１பைடு நூலகம்
３
５
７
ｌ ｌ ２ ３ ４ ５ ７ ９ Ｏ ５ ０ ０ ０ ０ ０ ０
—
△ Ｐ ｍ ） ３ ３ ３ ３ ３ ３ ２ ２ １ １ １ １ （ ８ ７ ６ ５ ３ ０ ７ ｌ ８ ５ ３ ｌ
曼
。
一
０２Ｕ ．
５２４２ ．４ ９ ５ ２ ３ ５ ２ ３ ５ ２ ３ ５ ２ ３ ５ ２ ３ ５．４ ５ ．４ ６ ５ ２ ３ ５ ２ ３ ． ８ ５ ２ ２ ． ４ ． ４ Ｉ ．４ ２ ． ４ ３ ．４ ４ ２ ３ ５ ２ ３ ． ４ ７ ．４ ８ ０． － ２ ｒ
５大气对 流层与 电离层 电波折射修正
对 流层 和 电离 层 环 境 是 引起 Ｕ Ｂ测 控 系 统 测 Ｓ
距 和测 速误 差 的重 要 误差 源 。 由于对 流层 和 电离 层
（ ） ８ 时轨 道预 报精 度 ： １４小
△Ｘ ＝ △Ｙ ＝ △Ｚ ≤ １ ｍ ｋ
折 射 指数 随高 度 和地 区 的变化 引起 无 线 电波 折射 弯 曲 ， 得 Ｕ Ｂ测得 的 目标视 在 距 离 不 同于 目标 的真 使 Ｓ 实 距离 ， 提 高卫 星定 位 和测速 精 度 ， 要 必须 对其 测 得
达 到 １ｃ ０ ｍ之 内 。西安卫 星测 控 中心在 ＨＹ ２ ～ Ａ卫 星
中心 完 成数 据 处 理 的 一项 重 要 工 作 ， 而外 测 数 据 质 量 是轨 道确 定 工 作 质 量 的保 障 的一 大 重 要 因 素 。
目前对 飞船 跟踪 的 Ｕ Ｂ （ 段 微 波统 一 测 控 Ｓ ｓ频
工 程 技 术
载 人 航 天 ２ １ 年 第 ３期 ０１
基 于精密星历 的 ＵＳ Ｂ系统测距误差 的标定与修正
杨 洋 Ｌ 王 家松 Ｌ 郭 丹 阳
（ １中国西 安卫 星测控 中心 ２宇航动 力 学 国家 重 点实验 室 ３中 国人 民解 放军 ９８ ５ 队） ３０ 部 摘 要 我 国 高精 度 对 地 观 测 卫 星 Ｈ ２ 卫 星 搭 载 有 Ｓ Ｒ、 Ｄ ＲＳ等 高精 度 测 轨 Ｙ一 Ａ Ｌ Ｏ Ｉ
Ｕ Ｂ的系 统误差 和 随机 误差 ，这里 可 以把 误差 当作 Ｓ
一
坐 标 系转换 到 卫星 参考 坐标 系 中 ，再 由卫 星参 考 坐 标 系转换 到 Ｊ０ ０惯 性 系 中 ： ２０
个 整体 处理 。 精 密定 轨卫 星标 定方 案 实现 关键 之 处 在 于是 否
能 提供 高 精 度 卫 星 星 历 ，根 据 对 Ｕ Ｂ设 备 标 定 和 Ｓ
仪 器 ，其 径 向 定 轨 精 度 能 达 到 ｌｃ 以 内 。针 对 载 人 航 天 任 务 要 求 ， 利 用 Ｈ ２ 卫 星 ０ｍ Ｙ一 Ａ 的精 密 星 历进 行 Ｕ Ｂ设 备 测距 误 差 标 定 与 修 正 ，为 航 天 任 务进 行 数 据 储 备 与 技 术 储 备 。 Ｓ
关键 词 分 类号 精 密轨 道确 定 Ｓ频 段统 一测 控 系统 （ Ｓ ） Ｕ Ｂ 载人 飞 船
工 程 技 术
Ｔ ｔ１ ｍ ｏ］ ａｃ ７６ ． ２ ６８ ． ８
第 ｌ ６个 第 １ 个 ７
第 ２９个 ２
ｌ． ０７ ０ ９９ ． ７
６０ ．
Ｇ Ｆ ＳＣ ＧＦ ＳＣ
ＧＦ ＳＣ
１９ ． ６ １５ ． ７
１６ ． ４
４７ ．０ ５５ ．１
４９ ．５
５５ ． ２ ５３ ． Ｏ
定 轨 软件 已研 制 成 型 。 目前 使 用 此 软件 对 Ｊ Ｓ Ｎ ＡＯ 一 １的 Ｄ ｒ 实 测 数 据 进 行 精 密 轨 道 确 定 ，在 定 轨 方 ｏｉ ｓ 法 中 引 入 经 验 力 加 速 度 项 和 折 线 型 大 气 阻 力 因
子 ，计 算 了 Ｊ Ｓ Ｎ一 卫 星 第 １ 、 ５ １ 、 ７和 ２ ９ ＡＯ １ ２ １ 、６ ｌ ２
的视在 距离 进 行 电波 折射修 正 ，补 偿 由于 空 间环境
引起 的测 量误 差 。
△ 文：△ ：△ ≤ ｌｒｓ 之 Ｏ／ ｅ
（ ） 密轨道 数据 精度 ： ２ 精
△Ｘ ＝ △ ＝ △Ｚ ≤ ０ ８ Ｙ ．ｍ
△Ｘ ＝ ＡＹ ＝ △Ｚ ≤ ０． ｍ／ ０１ ｓ
由此 ， 使用 Ｈ ２ Ｙ一 Ａ卫 星 的精 密轨 道 能完全 满 足 Ｕ Ｂ标 校定 的 目的 。 同时 ， 于相位 中心修 正 、 Ｓ 由 大气
系统误 差是 测距误 差 的主要 部 分 ，包 括 零值 误
Ｕ Ｂ标定 为 依 据 已知 卫 星 星历 和 站 址 坐标 ， Ｓ 通
差、 信号接收机或转发器时延误差 、 电波折射误差 、
１ ２
过 Ｕ Ｂ直接跟踪测量卫星获取 Ｒ Ａ Ｅ和 Ｒ ， Ｓ 、、 Ｄ 求解
工 程 技 术
载 人 航 天 ２ １ 年 第 ３期 ０１
３ ５ 。按 照 ＭＬ ３Ｏ Ｓ ～倍 一 １ Ｂ战术指 标 和卫 星数据 保 ｌ Ｕ 障单 位 当前对 指定 标 校卫 星精 密 轨道 数 据能 够达 到 的定位 精 度 ，卫 星精 轨数 据在 测 站球 坐标 中的精 度
应满 足 ：
得到 修正后 的质 心 位置 为 ： ＝ ＋ Ｘ ｘ ｘ Ａ 。
回归 周 期 第 １ ２个 第 １ ５个 数 据 长 度／ 天 ９９ ．８ １． ０Ｏ ６ 参 考 轨 道 Ｇ Ｆ ＳＣ ＧＳ Ｃ Ｆ Ｒ方 向／ｍ ｃ １３ ． ７ １ｌ ． ４ Ｔ方 向／ ｃ ｍ ５０ ．８ ４ 馏Ｏ Ｎ方 向／ｍ ｅ ５Ｏ ．ｌ ４７ ．２
数据处理的铺垫工作。
２海洋卫星综合精密轨道确定 系统
Ｈ 一 Ａ卫 星是 国家 海洋应用 中心 的一颗 高精度 Ｙ２
控 和 通 信 的支 撑 ， 其 整个 飞 行 过 程 中都离 不 开 地 在
面测 控 系统 的支持 ｒ ｊ Ｉ 确 的轨 道 确 定是 飞船 测 控 。精
对地 测高 卫 星 ， 了该卫 星提 供 的测 量结 果 ， 可提 有 将 供 中长 期 海 洋 变化 情 况 及 海 洋 与 大气 的交 换情 况 ， 有 利 于气象 预测 的分 析 。因此 ， 卫 星对轨 道确 定提 该 出 了很 高 的要 求 ，要 求计 算 出 的精 密 轨 道径 向精 度
测 距过 程 中引入 误差 的途径 是 多种 多样 的 。按
性误差 项 ， 必须 校准 。一 般 的 ， 校准后 的零 值 误差残
差应小 于 ２ ｍ。 （） ２ 时延 误差
误差 的表现 形式 可 以区分 为系统 误差 和 随机误 差 两 部分 。
３１１随机 误差 ．．
时延 误差 也 可通过 标校 获得 ，标 校后 此项 误差
系统 ） 的测 距 数 据误 差在 ｌ ８ 范 围 内 ， 致 其 测 ｍ～ ｍ 导 距误 差 的主要 来 源有 零值 误 差 、时延 误 差 、折 射误 差、 动态 滞后 误差 、 星质 心 相位 误差 等 。要 想 提 高 卫 飞船 轨道 确定 与 预报 精度 ，需 要 对误 差 修正 方 法 以
及 其特 性有 细致 的研 究 。 我 国高 精 度 对地 观 测 卫 星 ＨＹ ２ 即将 投 入 使 一Ａ 用 ，它 搭 载 有 激 光 测 距 仪 （ Ｌ 、 多普 勒 测 速 仪 Ｓ Ｒ）
任 务 中承担 利用 Ｓ Ｒ、 Ｏ Ｉ Ｌ Ｄ Ｒ Ｓ等数据 联合定轨 任务 。
针 对 海 洋卫 星特 点 ， 地 面应 用 系统 综 合 精 密 其
残差 应小 于 ２ ｍ。 （） ３ 相位 中心偏 差
随机 误差包 括 接收 系统热 噪声 误差 、发 射 脉 冲
前 沿抖 动误 差 、 服 噪声 误 差 、 伺 量化 误差 、 射脉 冲 发
宽度 变化误差 和 多路径误 差等［ ２ １ 。
３１ 系统误 差 ．． ２
（ ）大气折 射误差 ４ ３２误差 标定 技术 ．