[发明专利]异地天线阵中基于预测模型的时延和时延率快速搜索方法

权利要求书

1.一种基于预测模型的时延和时延率快速搜索方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据天线位置和观测目标位置，初步计算出观测目标到天线之间的时延预测值；

步骤2：对计算得到的时延预测值进行最小二乘模型拟合，得到时间连续的时延预测模型；

步骤3：利用得到的时延预测模型对天线阵观测数据进行初步的时延和时延率补偿，然后使用互相关方法对天线数据进行互相关处理，对时延真值和时延预测值之间的残差进行搜索；

其中，所述步骤2包括：

步骤201：将得到的每个天线关于地心参考点的几何时延预测值τ_i(t_j)读入，根据观测目标的运动特性，对上述预测值列表分成M分段，M为自然数；

步骤202：使用最小二乘法，对一段预测值进行多项式拟合，得到多项式模型y；

步骤203：评估多项式模型y拟合精度，拟合精度满足要求，得到时延预测模型。

2.根据权利要求1所述的基于预测模型的时延和时延率快速搜索方法，其特征在于，所述步骤1包括：

步骤101：读取观测目标跟踪文件列表(t，ra，dec)和异地阵中各个天线地理坐标(x_i，y_i，z_i)，其中(t，ra，dec)表示在t时刻，观测目标的赤经和赤纬值；(x_i，y_i，z_i)表示地球空间直角坐标系中的每个天线位置，下标i用来区分不同的天线，阵中有N个天线，则有N组(x_i，y_i，z_i)，i取0，1...N-1；

步骤102：根据经典天体时延计算方法计算观测目标到天线以及参考点的几何时延预测值。

3.根据权利要求2所述的基于预测模型的时延和时延率快速搜索方法，其特征在于，步骤102中所述经典天体时延计算方法包括：

步骤A1：输入测站坐标和探测器位置；

步骤A2：修正由潮汐、板块运动造成的测站本地坐标误差；

步骤A3：将地心地球坐标系转换到地心天球坐标系；

步骤A4：通过洛伦兹变换将地心天球坐标系变换到太阳系质心天球坐标系，在太阳系质心天球坐标系中计算几何时延，并修正太阳系重力吸引造成的信号传输路径弯曲误差；

步骤A5：通过洛伦兹变换将太阳系质心天球坐标系变换回地心天球坐标系，得到所求的几何时延预测值。

4.根据权利要求1所述的基于预测模型的时延和时延率快速搜索方法，其特征在于，步骤202中所述最小二乘法采用5阶多项式进行最小二乘拟合。

5.根据权利要求1所述的基于预测模型的时延和时延率快速搜索方法，其特征在于，所述步骤203包括：

根据公式计算得出一个标准精度，f为观测信号频率，单位为Hz；拟合误差是通过公式求得，式中y_j代表多项式模型y在t_j时刻的值，τ₀(t_j)，τ₁(t_j)对应几何时延计算结果表中密云站和昆明站t_j时刻的几何时延计算值，n表示每一分段预测值的个数；拟合误差RMS需要小于标准精度；如果精度满足要求，则多项式系数可以作为该天线的时延预测模型，如果拟合精度不满足要求，返回步骤201，调整分段或者增加多项式阶数，重新进行拟合，直到拟合精度满足要求。

6.根据权利要求1所述的基于预测模型的时延和时延率快速搜索方法，其特征在于，步骤3中所述时延真值和时延预测值之间的残差包括残余时延和残余时延率。

7.根据权利要求1所述的基于预测模型的时延和时延率快速搜索方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤301：选取天线阵中口径最大的天线作为参考天线，选取步骤203中得到天线阵的1个时延预测模型值减去参考天线的预测模型值，得到其他天线相对于参考天线的时延差值预测模型y(i，t_j)；

步骤302：读入参考天线观测数据O_R(t_j)及阵中其他一个天线观测数据O_i(t_j)，去除观测数据的直流分量，得到O^a_R(t_j)，O^a_i(t_j)；

步骤303：从O^a_R(t_j)数据中取2ⁿ个数据，利用步骤301得到的时延差值预测模型y(i，t_j)对观测数据O^a_i(t_j)进行时延补偿和时延率补偿，得到补偿后的2ⁿ个数据0^a_i(t_j-y(i，t_j))；

步骤304：分别对O^a_R(t_j)，0^a_i(t_j-y(i，t_j))进行快速傅立叶变换，并进行互相关，得到互相关频谱fft(O_R^a(t_j))×fft^*(0^a_i(t_j-y(i，t_j)))；求互相关频谱fft(0_R^a(t_j))×fft^*(0^a_i(t_j-y(i，t_j)))的相位值，然后对相位值解卷绕，然后利用最小二乘方法对相位曲线进行一次线性函数拟合，得到这个2ⁿ个数据的残余时延Δτ¹；

步骤305：取下2ⁿ个数据，同样进行上述304步骤计算，得到下2ⁿ个数据的残余时延Δτ²，计算得到时延率

步骤306：将上述搜索得到的残余时延Δτ¹和时延率加到对应的时延差值预测模型y(i，t_j)中，即可得到可供后续天线组阵数据处理使用的真实时延模型。