短基线干涉仪数据误差影响分析

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1、V01．19No．368载人航天M柚nedSpacenjght第19卷第3期2013年5月短基线干涉仪数据误差影响分析王佳112，沈世禄2，王敏2，李云峰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，西安710043)摘要研究短基线干涉仪测量信息中包含的各种误差残差对测速的影响，对短基线干涉仪数据误差残差对测速的影响和灵敏度进行分析，明确了各项误差残差对测速影响的的大小和变化特征，为后续的弹道确定及精度分析提供了误差分析基础。关键词短基线干涉仪；误差残差；灵敏度分析中图分类号：v412．1文献标识码：A文章编号：1674

2、—5825(2013)03一0068—061引言在外测数据处理过程中，测量设备的跟踪性能评价和数据精度及置信度是非常值得研究的一个问题【l】。为解决这个问题，应研究和分析测量设备的各种误差源，合理准确地分析误差源对弹道精度的影响。短基线干涉仪系统是运载火箭一、二级飞行段跟踪测量的主要设备。本文以其测量数据为研究对象，针对航天测控高精度数据处理的实际需求，主要分析短基线测量数据的各种误差残差对弹道精度的影响特性幽，以期对每一个测量元素消除部分系统误差，减少随机误差，提高测量数据的精度，从而提高测量结果的置信度。2误差模型建立短基线干涉仪影响测速精度的

3、随机误差主要有：①发射信号的频率抖动：在双程相干多普勒测速系统中，发射信号的频率抖动直接影响接收信号的测频精度，随着收发时延的增加，接收信号与发射信号的相干性减弱，测速误差随之增加；②接收机本振信号的频率抖动：主要由本振信号的频率抖动、本振链路的相位噪声和杂散干扰等因素产生；③接收机热噪声；④测速终端的多种量化误差；⑤光速不定性；⑥应答机噪声：应答机转发信号噪声引人随机相位抖动；⑦其它，主要有发射机及其它电磁环境引入的接收信号相位抖动，以及接收机自身引入的杂波调相等。影响方向余弦变化率测量精度的随机误差源主要有主副站信号的相互泄漏，多径影响，基传天

4、线晃动，其它误差源与测速大体相同。由短基线干涉仪测量原理可得肌)-_掣讯)=掣(1)砒，=笔掣其《蒙蒜；式中矗(t)是径向速度；j(t)、琉(￡)是方向余弦变化率；厶(￡)(i=1，2，3)是多普勒频率；A，为常数，取值0．00176881；D是基线长度，约3km。由(1)式得出收稿日期：2012—04-07；修回日期：2012—10_22作者简介：王佳(1981一)，女，博士，工程师，主要从事数据处理工作。E—mil：奶—∞l@126．c∞疵)-_笔盟猷难掣(2)吲啦掣第3期王佳等：短基线干涉仪数据误差影响分析根据短基线干涉仪测量原理，可以得到I

5、△S(f)=△R(￡){俄￡)=D△f(￡)(3)l△p(f)=D△m(￡)式(3)中，S(t)为距离变化率，即径向速度；反￡)、D(￡)为距离差变化率。将(2)式代人(3)式，即可得到△s(￡)=～，鱿l(￡)／2△户(￡)一，蜕。：(c)△0(￡)矗，馘。，(≠)3系统误差灵敏度分析(4)短基线干涉仪从测量信息到计算弹道之间要涉及到测量信息读取、数据转换、系统误差修正、坐标计算、曲线拟合等多个环节，存在着较为复杂的解析关系，这使得不同误差残差对测速的影响通过复杂的非线性关系耦合在一起。分析测量信息中包含的各种误差残差对测速的影响，必须对来自不同

6、源的误差残差进行合理、科学的线性解耦处理，建立测量信息的误差残差与弹道计算结果偏差之间的解析关系。以下以任务实测仿真数据为例，分析距离(差)变3020、等lo、蔷。一lO一202．52、1．5钆2ol。。O．50{／■一{．

7、I}I∥⋯’一⋯⋯：‘／⋯⋯：，；：／⋯_!，／!≯．50100150200250300时间，(s)化率残差(舔、驴、印)对测速的影响和灵敏度分析同。对于研究对象y(戈)，当自变量菇发生微小改变时，必然会导致y(戈)出现相应的变化。影响函数能较好地反映对象，，(石)因z变化而影响的灵敏程度，定义如下：i砜菇，y)：lim丛生坐

8、正一荽(5)。—‰Z—石0似以任务实测仿真数据，以l，=(口菇秽y口z)r为研究对象，分析距离(差)变化率(S户D)r对弹道速度各分量的影响灵敏度曲线以及综合影响。根据式(5)，给出具体影响函数如下式：i砜(sPQ)，l，)一艿(S户0)ri砜s，y)。韭：f擘誓擘1’6§j6s6Si砜如，。盖：(等等告)7∞’i砜¨，2嚣_(嚣嚣嚣)3，l豁、舻、印分量对测速的影响灵敏度曲线从图1至图3可以看出，不同的系统误差残差图1残差对速度分量影响的灵敏度曲线。7≯一I／-●●●●●●名／50100150200250300时间／(s)图2残差对速度分量影70

9、载人航天第19卷O．1：0．05富。一0．05时间／(s)1510～o∞5＼oco0—5●●-●●●●●●●●‘●’●●_