测距电离层延迟误差分析.

测距电离层延迟误差分析

!"#测距电离层延迟误差分析!

王举思

($%&'$部队山东青岛 ($$))*)

摘要在微波统一测控系统中,地面对航天器的跟踪主要是通过的群时延误

差,称为电离层延迟误差.电磁波在电离层中传播时,信号的群速度见(!)式,因此由电离层延迟引起的距

离(群时延)误差为

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#!测

$!真

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式中积分为电磁波穿过电离层路径的单位面积截面柱体的总电子含量['()] '.

由此可知,测距电离层延迟误差大小取决于电离层的电子浓度和积分路径以及电磁波信号频率.通

常有三种直接测量电离层'()的方法:法拉第旋转法,双频载波相位差分法和群时延法.

'*+%!,测速终端采用双程相干载波多普勒测速技术,由多普勒频率可计算出目标径向速度.径向

速度计算方法如下

*测

#

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+

,-

%&.&

+

由于载波相位在电离层中以相速度传播,此时载波多普勒频率计算目标径向速度应为

*真

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+

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因此,由电离层引起的测速误差为

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#*测

$*真

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+)

,

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根据多普勒效应的理论,对多普勒频率积分就可以计算出载波相位增量.如果给出正确的积分初值,

就可用载波相位测距.但是,由电离层引起的载波测距误差与侧音测距误差数值相等,符号相反,载波测

距误差为负值,而侧音测距误差为正值.

"距离数据系统误差分析方法

距离数据系统误差主要分两类:一类是由设备引起的距离漂移误差和校零误差,其中校零误差在一个

跟踪圈次中为固定值(通常在-$.内);另一类是由电波传播路径和目标运动引起的误差,它又可以分为

电离层延迟误差,对流层折射误差和目标运动引起的时标误差.

"/!测距测速数据时标

测距数据为某时刻目标的径向距离,时标打在收信号时刻;测速数据为0#.1积分时间内的平均速度,

时标打在积分时间的中间点上.

"/%测距测速数据时标误差

测距数据的时标为收信号时刻/

",由于目标运动和电波传播延迟,测距数据的真实时标应为/

"

+!,时

延!随目标距离而变化.如果直接修正!,则测距数据为非均匀采样;所以把/ "

+!时刻的测距数据推算

到/

"时刻,现以!

!的修正方法为例,计算如下

!

!0

#!

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!

!

1

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同理,测速数据的时标误差修正如下

*

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3%飞行器测控学报第%!卷

!"#测距测速数据误差分析

在距离捕获完成后,选!

$时刻侧音测距数据作为参考基准(积分初值)

"

$

#"(!

$)#"真(!

$)$!"电离层(!

$)$!"对流层(!

$)$!"校零差

$!"噪声(!

$)

如果用载波测距,则!

$时刻距离值为

"(!

$)#"真(!

$)$!"电离层(!

$)$!"对流层(!

$)$!"校零差

$!"噪声(!

$)

由于信号电平变化,多普勒频率变化,温度和时间变化等因素,! $到!

%时刻的侧音测距产生距离漂移

误差,故!

%时刻侧音测距表达如下

"(!

%)#"真(!

%)$!"电离层(!

%)$!"对流层(!

%)$!"校零差

$!"漂移(!

%)$!"噪声(!

%)

如果用载波测距,则!

%时刻距离值为

"(!

%)#"真(!

%)$!"电离层(!

%)$!"对流层(!

%)$!"校零差

$!"噪声(!

%)

用载波测速,速度值为

&(!)#&真(!)$!&电离层(!)$!&对流层(!)$"&

噪声(!)

在上述几个表达式中,"真

%"真

.由于随机误差可以通过数字滤波的方法处理,校零误差主要是由多

径传播引起的,而侧音调制在载波上,所以,!"校零差

%!"校零差

;对流层是非色散媒质,群速度等于相速度;

电离层是一种色散媒质,群速度不等于相速度,而群延迟与相延迟大小相等,符号相反,所以!"电离层

%&

!"电离层

.综合以上分析,则有

"(!

%)'"(!

%)#'!"电离层(!

%)$!"漂移(!

%)

"(!

$)'"(!

$)#'!"电离层(!

$)(')

由于测速终端测量的速度值是积分时间内的平均速度值,()&'*+测速终端采用数字载波环直接提

取载波多普勒信息,多普勒频率测量的积分时间等于采样周期(,故有

"(!

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(())*(]#'!"电离层(!

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综合(')式和(#)式,则有

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(())*(]#'*[!"电离层(!

%)'!"电离层(!