[发明专利]一种完全空间基线VLBI系统的稀疏测量方法

说明书

本发明涉及航空航天领域，是完全空间基线VLBI系统的一种稀疏测量方法，目的在于通过VLBI信号的稀疏测量，减轻空间VLBI系统用于航天器轨道测量时的数据获取、存储和通信负担。其方法是，根据VLBI测量原理，构建完全空间基线VLBI系统的测量模型，给出时延计算方法，进而根据航天器轨道参数的稀疏先验特征，设计空间VLBI导航信号稀疏测量模式，建立导航测量信号稀疏采样与重构方法。该方法，可以显著降低VLBI测量数据规模，为完全空间基线VLBI系统的星座构型设计和数据处理提供参考。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，是一种面向空间VLBI系统的航天器轨道稀疏测量方法。

背景技术

精密可靠的定轨结果是保证航天器任务执行的基础，也是空间科学应用的关键内容。随着航天器活动范围的扩大，特别是深空探测任务的需求，传统以地球卫星测控为目标的地基观测系统广泛应用的测距、测速体制，因单一径向约束对飞行距离的敏感性，越来越难以单独完成深空航天器的测控任务。

甚长基线干涉测量技术(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)通过射电干涉测量获得航天器到两个基线端的距离差及其变化率，实际上对应于轨道沿基线方向投影的测量，是对径向距离和速率测量体制的有益补充。地基VLBI基线长度和数量受到地球直径和几何遮挡的严重制约，为此，人们萌发了将VLBI天线建设到太空的设想。空间VLBI有许多得天独厚的优势，如长基线可获得比地面VLBI更高的分辨率和精度；轨道运动能够快速形成大范围密集UV覆盖并有效改善地球赤道方向及南半球测量能力；是目前唯一可以联系天球惯性系、中心天体固联系和卫星轨道系的测量手段，等等。

但目前的空间VLBI均是基于空间-地面基线的测量模式，系统均只包含一个空间VLBI站，其观测是基于星载天线和地面天线构成的空间-地面基线，这种非完全空间基线的测量精度仍然受到地球大气衰减和时延的影响。VLBI体制的原理是以长时间的信号累积和相关处理来获取高精度测量，由此导致的大数据量一直是制约空间VLBI发展的主要因素之一，需要采取有效措施降低系统数据规模。压缩采样又称压缩感知，是数据采集过程的根本性变革，该技术旨在突破Nyquist采样定律，以更少的测量数据实现信号的精确可靠估计，这可能给完全空间基线的VLBI系统的数据获取过程提供有益的参考。

因此，本发明利用导航信号具有稀疏性的先验特征(源于航天器轨道的可参数化描述)，充分考虑空间VLBI系统测量原理，设计空间VLBI导航信号稀疏测量方法，以减轻空间VLBI系统用于航天器轨道测量时的数据获取、存储和通信负担，为完全空间基线VLBI系统的星座构型设计和数据处理提供参考。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，面向基于空间VLBI系统发展航天器导航技术需求，提供一种航天器轨道稀疏测量方法，以降低VLBI测量数据规模，服务于完全空间基线VLBI系统的研发。

为实现上述目的，本发明技术方案的基本思路是，充分利用航天器轨道可参数化描述的稀疏特征，将基于空间VLBI的轨道测量与估计问题，转化为稀疏信号压缩采样与恢复问题。

本发明的技术方案是，完全空间基线VLBI系统的一种稀疏测量方法，其特征在于，构建完全空间基线VLBI系统的测量模型和时延计算方法，根据航天器轨道参数的稀疏先验特征建立系统导航信号的稀疏测量方法，处理方法如下：

(1)完全空间基线VLBI系统测量建模

采用逐步细化的策略，依据空间平台运动规律和VLBI干涉测量机理，建立航天器轨道与干涉测量信息间的数学模型。

首先，固定VLBI平台位置，根据航天器相对测量基线的几何关系，建立航天器轨道与测量的函数映射关系。

其次，根据VLBI平台轨道运动参数，将测量模型中的站址坐标替换为平台瞬时位置，可建立时变测量模型。