[发明专利]深空探测器无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算方法

说明书

本发明属于深空探测器无线电干涉测量领域，公开了一种深空探测器无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算方法。该方法包括：步骤一、建立(U，V，W)右手坐标系；步骤二、计算两个测站的几何相位差；步骤三、对探测器和参考源的相位差测量值进行差分处理；步骤四、最小二乘法求解差分相位整周模糊度。本发明解决了地面测站数量少且深空探测器仅具备常规遥测或数传下行测控信号时，无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算问题，有效提高深空探测器高精度导航定位精度。

技术领域

本发明涉及深空探测器无线电干涉测量领域，具体涉及一种深空探测器无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算方法。

背景技术

在深空探测任务中，需要对探测器开展无线电干涉测量以获得其精确的空间角位置(即赤经和赤纬)。无线电干涉测量技术主要是通过测量探测器信号和参考源信号到达两个相隔很远的测站间的差分时延来确定探测器的角位置。现有无线电干涉测量技术主要获得差分群时延。当其它条件一定时，探测器下行信号带宽越宽，差分群时延测量精度越高。但探测器下行信号带宽受国际电信联盟频率分配限制，导致差分群时延测量精度难以提高。为了提高差分时延测量精度，一种解决方法是测量差分相时延，而测量差分相时延的关键在于差分相位整周模糊度的求解。

在先技术[1](参见F Kikuchi，L Qinghui，H Hanada，et al.Pico-secondaccuracy VLBI of the two sub-satellites of SELENE(KAGUYA)using multi-frequency and same beam methods.Radio Science，2009，44(2)：1-7)中提出了利用探测器发送多个特定频率的正弦波测量信号，然后通过频率综合求解差分相位整周模糊度的方法，该方法的不足之处在于需要额外占用探测器的下行功率。由于深空探测器功率资源非常紧张，这种方法在深空探测中较少用到。

在先技术[2](参见周欢，李海涛，董光亮.利用多基线组合求解深空航天器载波相位模糊方法研究.宇航学报，2015，36(8)：938-944)中提出利用多条长短和指向均匀分布的基线，然后通过基线间的约束关系求解差分相位整周模糊度的方法，该方法的不足之处在于至少需要8个地面测站同时观测。由于我国现有深空探测任务中，可用测站数量一般仅4个，无法满足该方法的使用条件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种深空探测器无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算方法，实现在地面测站数量小于5个且深空探测器功率资源紧张，仅具备常规遥测或数传下行测控信号时，获取探测器与参考源之间的高精度差分相时延。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种深空探测器无线电干涉测量差分相位整周模糊度解算方法，包括如下步骤：

步骤一、建立(U，V，W)右手坐标系

以地心为原点，建立(U，V，W)右手坐标系，W指向探测器方向，V位于过天顶和探测器的子午圈平面内，指向北向，U指向东向。

步骤二、计算两个测站的几何相位差

在地心J2000坐标系(X，Y，Z)下，多个测站之间一共有K条基线矢量，任意两个测站形成的基线矢量记为(L_x，L_y，L_z)，长度单位为信号波长，基线矢量(L_x，L_y，L_z)在(U，V，W)右手坐标系下表示为：

u＝-sinαL_x+cosαL_y

v＝-sinδcosαL_x-sinδsinαL_y+cosδL_z