[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

说明书

本发明公开了一种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，该方法包括以下步骤：预测值计算，预测模型拟合和残差搜索。本发明的时延和时延率快速搜索方法引入了时延和时延率的预测模型，对时延和时延率的搜索范围进行了有效限定，极大的提高了互相关处理的搜索效率，从而可以快速得到异地天线阵中各个天线的时延和时延率值，为后续的天线阵数据处理提供支持。

技术领域

本发明涉及深空探测技术领域，尤其涉及一种异地天线阵中基于预测模型的信号时延和时延率的快速搜索方法。

背景技术

随着人类深空探测活动的不断拓展，航天器的飞行距离越来越远，航天器发射的信号也随距离增加越来越弱。由于单面天线的口径和接收机系统的技术指标存在工程极限，需要借助天线组阵技术来达到接收信号所需要的最低信噪比。天线组阵的目的简要概括为：在相同的传输码率下，天线组阵技术能够增加地面对航天器的接收距离；在相同接收距离下，天线组阵技术能够提高地面与航天器之间的传输码速率。

异地天线阵指的利用现有的分布在不同区域的大口径天线同时观测航天器，然后通过数字信号处理技术将来自各个天线的信号进行记录、合成，以达到提高接收信号信噪比的目的。这种天线组阵技术的优势在于可以利用现有的天线及接收设备，只需要增加后端数据处理设备就可以实现天线组阵，研制周期短和成本低。

随着火星探测工程的立项，我国的深空探测活动也开始了由月球向火星的拓展。由于火星距离地球十分遥远，信号在空间传输过程中衰减巨大，相对于月球，火星距离增加了1000倍，信号空间衰减增加约60dB。地面接收到的探测器信号非常微弱，如采用现有的单天线接收，无法满足探测器的科学数据下行需求。如果新建口径更大的单天线来进行数据接收，由于受到单天线工程极限、研制进度、研制经费等诸多条件限制，使得整个项目存在极大的研制风险。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种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，以快速得到异地天线阵中各个天线的时延和时延率值。

(二)技术方案

本发明提供一种基于预测模型的时延和时延率快速搜索方法，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。

上述方案中，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。

上述方案中，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。