基于精密星历的USB系统测距误差的标定与修正

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1、工程技术载人航天2011年第3期基于精密星历的USB系统测距误差的标定与修正杨洋L2王家松L2郭丹阳s(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93805部队)摘要我国高精度对地观测卫星HY一2A卫星搭载有SLR、DORIS等高精度测轨仪器，其径向定轨精度能达到lOom以内．针对载人航天任务要求，利用HY一2A卫星的精密星历进行USB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．关键词精密轨道确定S频段统一测控系统(USB)载人飞船分类号V556文献标识码A文章编号1674—5825(201

2、1)03—001l一04l引言数据处理的铺垫工作。载人飞船除它的特殊航天任务外，同以往人造地球卫星一样，需要地面测控系统的测轨、遥测、遥控和通信的支撑，在其整个飞行过程中都离不开地面测控系统的支持【1】。精确的轨道确定是飞船测控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USB(S频段微波统一测控系统)的测距数据误差在lm～8m范围内，导致其测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、卫星质心相位误差等。要想提高飞船轨道确定与预报精度，需要对误差修正

3、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一2A即将投人使用，它搭载有激光测距仪(SLR)、多普勒测速仪(DORIS)等高精度测轨仪器，可以获得高精度测轨数据，使用此类数据的卫星定轨精度能达到径向10cm。通过对HY一2A的长期跟踪，可以进行USB系统测距数据的误差研究。为我国载人航天任务做好2海洋卫星综合精密轨道确定系统HY一2A卫星是国家海洋应用中心的一颗高精度对地测高卫星，有了该卫星提供的测量结果，将可提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，该卫星对轨道确定提出了很高的要求，

4、要求计算出的精密轨道径向精度达到10cm之内。西安卫星测控中心在HY一2A卫星任务中承担利用SLR、DORIS等数据联合定轨任务。针对海洋卫星特点，其地面应用系统综合精密定轨软件已研制成型。目前使用此软件对JASON一1的Doris实测数据进行精密轨道确定，在定轨方法中引人经验力加速度项和折线型大气阻力因子，计算了JASON一1卫星第12、15、16、17和229个回归周期的轨道(只有的5段数据)，并通过与美国GSFC(哥达德航天飞行中心)计算的精密轨道比较来分析本文的定轨精度。分析结果表明，定轨精度达到了JASON—l卫星径

5、向1．8cm，空间位置9．5era。来稿日期：2011-04-01；修回日期：2011-04-15。作者简介：杨洋(1984．06-)。女，本科。工程师．主要从事卫星精密轨道确定工作。载人航天2011年第3期工程技术表l第12、15、16、17和229个回归周期定轨精度统计表回归周期数据长度／天参考轨道R方向／cmT方向／emN方向／emTotal／em第12个9．98GSFC1．375．085．0l7．26第15个10．06GSFC1．414．804．726．88第16个10．07GSFC1．694．705．257．25第1

6、7个9舯GSFC1．755．5l5．037．66第229个6．OGSFc1．464．957．939．46O．050-0．05各个方向的

7、可．差脚帅删‰蛳帆；0．2O-0．2．。L墟‰u。丘Ji姐l^“矗ⅡⅡ．“i．i-』．ht“工L．上I．■“I．1‘㈨h嘶qW’r研唧。FmF甲”‘I吖盯T∥"n『f『。1q-r-IlIl5．24285．24295．24315．24325．24335．24345．24355．24365．24375．2438O．20．10⋯⋯jr⋯。：⋯⋯■⋯⋯毛⋯⋯：⋯⋯：⋯⋯：⋯⋯‘f⋯⋯m⋯‘f吲撕慨枷舳

8、娜如豳州5．24285．24295．243l5．24325．24335．24345．24355．24365．24375．2438历元：MJD×104图1第15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3误差标定与修正3．1测距误差主要来源测距过程中引入误差的途径是多种多样的。按误差的表现形式可以区分为系统误差和随机误差两部分。3．1．1随机误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、伺服噪声误差、量化误差、发射脉冲宽度变化误差和多路径误差等121。3．1．2系统误差系统误差是测距误差的主要部分，包括零

9、值误差、信号接收机或转发器时延误差、电波折射误差、12动态滞后误差等。(1)零值误差零值误差是USB跟踪测量过程中主要的确定性误差项，必须校准。一般的，校准后的零值误差残差应小于2m。(2)时延误差时延误差也可通过标校获得，标校后此项误差残差应小于2m。(3)相位中心偏差(4