CN114018161A - 一种用于测控***的高精度距离标校方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测控***的高精度距离标校方法,涉及航天测控技术领域。本发明首先采用基于无人机与激光测量联合方式,利用全站仪完成对无人机标校天线相心的高精度坐标标定,由无人机与测控站通过无线闭环方式联合完成测控站距离校零工作。然后,通过偏馈天线无线闭环与任务环路同时工作的方式,实现测控站距离零值变化量的实时修正,最终完成***高精度距离测量的功能。该方法可有效消除链路设备随时间产生的时延变化,实现***距离零值厘米级高精度标校效果。
Description
技术领域
本发明涉及航天测控领域,特别是指一种用于测控***的高精度距离标校方法。
背景技术
在航天测控领域,为进一步提高卫星测定轨精度,需对测控***的设备距离零值进行高精度标定。目前,传统测控***的距离零值标校精度仅在米量级,无法满足厘米级高精度测距要求。同时,目前的测控站建设,通常不具备标校塔建设条件,无法实现远场标校,采用近场标校手段时,无法避免多径效应带来的距离标校误差。
发明内容
为了解决现有测控***设备距离零值***误差大的问题,本发明提供了一种用于测控***的高精度距离标校方法。该方法可有效消除链路设备随时间产生的时延变化,实现***距离零值厘米级高精度标校效果。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种用于测控***的高精度距离标校方法,包括以下步骤:
(1)测控任务准备阶段,进行测控站设备零值标校;
(2)测控任务执行阶段,进行星地高精度距离测量。
进一步的,步骤(1)具体包括以下步骤:
(101)无人机搭载标校设备,悬停在符合远场标校要求的位置;
(102)在无人机周边架设全站仪,建立控制网坐标系;
(103)通过全站仪激光测量完成对无人机标校天线相心位置的标定;
(104)地面测控站与无人机建立无线射频闭环,完成距离测量和设备零值标校,分离测控站设备零值R***。
进一步的,步骤(2)具体包括以下步骤:
(201)建立无线偏馈校零环路和任务环路,两环路同时工作;其中,任务环路实时测量星地距离R星地;无线偏馈校零环路实时完成偏馈环路距离零值的标校;
(202)利用偏馈环路距离零值随时间的变化量ΔR,对测控站设备零值R***进行实时修正,进而实现对星地距离R星地的高精度测距。
进一步的,所述标校设备包括无人机云台、标校天线、变频器和靶标;其中,无人机云台采用三轴设计,三轴控制精度高达0.01°;标校天线、靶标垂直安装于无人机云台,与无人机旋转中线严格平行,消除无人机位姿不同对天线相心标定的影响。
进一步的,步骤(102)的具体方式为:在距离无人机悬停位置小于1km的地面布设2个基准墩,分别为1号墩和2号墩;全站仪架设于1号墩,靶标架设于2号墩,完成定向后形成控制网坐标系。
进一步的,步骤(103)的具体方式为:
全站仪发射激光测量信号,照射无人机搭载的靶标,完成多次距离测量,取平均值得到靶标坐标;
根据无人机结构模型,通过靶标坐标推算出无人机标校天线相心位置在控制网坐标系中的坐标;
通过控制网坐标系到测控站坐标系、测控站坐标系到大地空间直角坐标系的转换,得到无人机标校天线相心位置在大地空间直角坐标系中的坐标;
将无人机标校天线相心位置在大地空间直角坐标系中的坐标与测控站主收天线相心位置坐标联合解算,得到无人机标校天线与测控站主收天线相心之间的距离R1。
进一步的,步骤(104)的具体方式为:地面测控站与无人机建立无线射频闭环,完成距离测量,得到距离值为R2;
标定无人机变频器距离零值为R3;
完成零值分离,得到测控站设备零值R***=R2-R3-R1。
进一步的,步骤(201)具体包括以下步骤:
将偏馈天线安装于测控站天线主反射面底部,用于避免副反射面处的多径干扰效应,保证其稳定的时延特性;
使用具备双通道接收功能的测距终端,一路用于接收卫星下行测量信号,完成星地距离测量;另一路用于接收无线偏馈环路中的标校信号,用于无线偏馈校零;
测距终端发送上行中频测量信号,经上行信道变频至射频,通过主天线发射出去;由卫星接收后转发下行测量信号,通过主天线接收,经下行信道变频至中频;测距终端接收下行中频测量信号,完成距离测量,得到星地距离测量值为R4;分离测控站设备零值,得到星地真实距离R星地=R4-R***;
偏馈天线收到主天线发出的上行射频测量信号,送至校零变频器,下变频为下行射频标校信号,由偏馈天线发出;下行射频标校信号通过主天线接收,经下行信道变频至中频;测距终端接收下行中频标校信号,完成距离测量,得到偏馈环路距离零值R偏馈;
步骤(202)的具体方式为:
伴随测距任务的持续,偏馈校零环路实时测量R偏馈,利用R偏馈值的变化量ΔR对R***进行实时修正,消除随时间、温度、不同天线指向带来的***零值的变化;
利用实时修正的R***,实现对星地真实距离R星地的高精度测量。
本发明相比背景技术具有如下优点:
1、本发明可有效消除链路设备随时间产生的时延变化,其利用全站仪激光测量对无人机标校天线相心进行高精度标定,定位精度可达厘米量级。
2、本发明有效地满足了无塔标校和远场标校需求,可利用无人机平台在满足远场标校的条件下,实现对测站天线360°方位覆盖,可广泛应用于无标校塔、远场条件难以满足的标校环境。
3、本发明通过偏馈无线校零环路的实时工作,实现了对***距离零值随时间漂移量的实时修正,进一步提高了***距离零值精度。
附图说明
图1是本发明实施例中高精度距离标校的原理示意图;
图2是本发明实施例中偏馈无线闭环实时距离标校信号流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种用于测控***的高精度距离标定方法,原理如图1所示,具体包括以下步骤:
(1)测控任务准备阶段,进行***设备零值标校。无人机搭载标校设备,悬停位置符合远场标校要求;距离无人机一定范围内架设全站仪,建立控制网坐标系;通过全站仪激光测量完成对无人机标校天线相心位置标定;地面测控站与无人机形成无线闭环,完成***距离零值标校,分离测控站距离零值R***。
步骤(1)具体包括以下步骤:
(101)无人机搭载无人机云台、标校天线、变频器和靶标,悬停位置符合远场标校要求;无人机云台采用三轴设计,三轴控制精度高达0.01°;标校天线、靶标垂直安装于无人机云台,与无人机旋转中线严格平行;通过以上设计消除无人机位姿不同对天线相心标定的影响。
(102)在距离无人机悬停位置小于1km的地面布设2个基准墩,分别为1号墩和2号墩;全站仪架设于1号墩,靶标架设于2号墩,完成定向后形成控制网坐标系;
(103)全站仪发射激光测量信号,照射无人机搭载的靶标,完成多次距离测量,取平均值得到靶标坐标。根据无人机结构模型,通过靶标坐标推算出无人机标校天线相心位置在控制网坐标系中的坐标;
(104)通过控制网坐标系到测控站坐标系、测控站坐标系到大地空间直角坐标系的转换,得到无人机标校天线相心位置在大地空间直角坐标系中的坐标;与地面站主收天线相心位置坐标联合结算,得到无人机标校天线与地面测控站主收天线相心之间的距离R1;
(105)地面测控站与无人机建立无线射频闭环,完成距离测量,得到距离值为R2;标定无人机变频器距离零值为R3;完成零值分离,可得测控站设备零值R***=R2-R3-R1。
(2)测控任务执行阶段,进行星地高精度距离测量。无线偏馈校零环路与任务环路同时工作;任务环路实时进行星地距离测量R星地;无线偏馈校零环路实时完成***距离零值标校;利用测控站设备零值随时间的变化量ΔR对星地实测距离值进行实时修正,实现高精度测距功能。
如图2所示,步骤(2)具体包括以下步骤:
(201)偏馈天线安装于测控站天线主反射面底部,用于避免副反射面处的多径干扰效应,保证其稳定的时延特性;
(202)测距终端具备双通道接收功能,一路用于接收卫星下行测量信号,完成星地距离测量;一路用于接收无线偏馈环路中的标校信号,用于无线偏馈校零;
(203)测距终端发送上行中频测量信号,经上行信道变频至射频,通过主天线发射出去;由卫星接收后转发下行测量信号,通过主天线接收,经下行信道变频至中频;测距终端接收下行中频测量信号,完成距离测量,得到星地距离为R4;分离测控站设备零值,可得星地真实距离R星地=R4-R***;
(204)偏馈天线收到主天线发出的上行射频测量信号,送至校零变频器完成下变频为下行射频标校信号,由偏馈天线发出;下行射频标校信号通过主天线接收,经下行信道变频至中频;测距终端接收下行中频标校信号,完成距离测量,得到偏馈环路距离零值为R偏馈;
(205)伴随测距任务的持续,偏馈校零环路实时测量R偏馈,利用R偏馈值的变化量ΔR对R***进行实时修正,消除随时间、温度、不同天线指向等因素带来的测控站设备零值的变化。
总之,本发明分为准备阶段的测控站距离零值标校和执行阶段的测控站距离零值变化实时修正两部分。其中,准备阶段采用基于无人机与激光测量联合方式,利用全站仪完成对无人机标校天线相心的高精度坐标标定,由无人机与测控站通过无线闭环方式联合完成***距离校零工作。执行阶段,通过偏馈天线无线闭环与任务环路同时工作的方式,实现测控站距离零值变化量的实时修正,最终完成***高精度距离测量的功能。
本发明可有效消除链路设备随时间产生的时延变化,实现测控站距离零值厘米级高精度标校效果。
Claims (8)
1.一种用于测控***的高精度距离标校方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)测控任务准备阶段,进行测控站设备零值标校;
(2)测控任务执行阶段,进行星地高精度距离测量。
2.根据权利要求1所述的一种用于测控***的高精度距离标校方法,其特征在于,步骤(1)具体包括以下步骤:
(101)无人机搭载标校设备,悬停在符合远场标校要求的位置;
(102)在无人机周边架设全站仪,建立控制网坐标系;
(103)通过全站仪激光测量完成对无人机标校天线相心位置的标定;
(104)地面测控站与无人机建立无线射频闭环,完成距离测量和设备零值标校,分离测控站设备零值R***。
3.根据权利要求1所述的一种用于测控***的高精度距离标校方法,其特征在于,步骤(2)具体包括以下步骤:
(201)建立无线偏馈校零环路和任务环路,两环路同时工作;其中,任务环路实时测量星地距离R星地;无线偏馈校零环路实时完成偏馈环路距离零值的标校;
(202)利用偏馈环路距离零值随时间的变化量ΔR,对测控站设备零值R***进行实时修正,进而实现对星地距离R星地的高精度测距。
4.根据权利要求2所述的一种用于测控***的高精度距离标校方法,其特征在于,所述标校设备包括无人机云台、标校天线、变频器和靶标;其中,无人机云台采用三轴设计,三轴控制精度高达0.01°;标校天线、靶标垂直安装于无人机云台,与无人机旋转中线严格平行,消除无人机位姿不同对天线相心标定的影响。
5.根据权利要求4所述的一种用于测控***的高精度距离标校方法,其特征在于,步骤(102)的具体方式为:在距离无人机悬停位置小于1km的地面布设2个基准墩,分别为1号墩和2号墩;全站仪架设于1号墩,靶标架设于2号墩,完成定向后形成控制网坐标系。
6.根据权利要求5所述的一种用于测控***的高精度距离标校方法,其特征在于,步骤(103)的具体方式为:
全站仪发射激光测量信号,照射无人机搭载的靶标,完成多次距离测量,取平均值得到靶标坐标;
根据无人机结构模型,通过靶标坐标推算出无人机标校天线相心位置在控制网坐标系中的坐标;
通过控制网坐标系到测控站坐标系、测控站坐标系到大地空间直角坐标系的转换,得到无人机标校天线相心位置在大地空间直角坐标系中的坐标;
将无人机标校天线相心位置在大地空间直角坐标系中的坐标与测控站主收天线相心位置坐标联合解算,得到无人机标校天线与测控站主收天线相心之间的距离R1。
7.根据权利要求6所述的一种用于测控***的高精度距离标校方法,其特征在于,步骤(104)的具体方式为:地面测控站与无人机建立无线射频闭环,完成距离测量,得到距离值为R2;
标定无人机变频器距离零值为R3;
完成零值分离,得到测控站设备零值R***=R2-R3-R1。
8.根据权利要求3所述的一种用于测控***的高精度距离标校方法,其特征在于,步骤(201)具体包括以下步骤:
将偏馈天线安装于测控站天线主反射面底部,用于避免副反射面处的多径干扰效应,保证其稳定的时延特性;
使用具备双通道接收功能的测距终端,一路用于接收卫星下行测量信号,完成星地距离测量;另一路用于接收无线偏馈环路中的标校信号,用于无线偏馈校零;
测距终端发送上行中频测量信号,经上行信道变频至射频,通过主天线发射出去;由卫星接收后转发下行测量信号,通过主天线接收,经下行信道变频至中频;测距终端接收下行中频测量信号,完成距离测量,得到星地距离测量值为R4;分离测控站设备零值,得到星地真实距离R星地=R4-R***;
偏馈天线收到主天线发出的上行射频测量信号,送至校零变频器,下变频为下行射频标校信号,由偏馈天线发出;下行射频标校信号通过主天线接收,经下行信道变频至中频;测距终端接收下行中频标校信号,完成距离测量,得到偏馈环路距离零值R偏馈;
步骤(202)的具体方式为:
伴随测距任务的持续,偏馈校零环路实时测量R偏馈,利用R偏馈值的变化量ΔR对R***进行实时修正,消除随时间、温度、不同天线指向带来的***零值的变化;
利用实时修正的R***,实现对星地真实距离R星地的高精度测量。
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