短基線干涉儀測元與距離變化率融合處理方法

李 果，崔書華，沈 思，王 佳

（1. 宇航動力學國家重點實驗室，西安，710043；2. 中國西安衛星測控中心技術部，西安，710043）

短基線干涉儀測元與距離變化率融合處理方法

李 果1,2，崔書華1,2，沈 思1,2，王 佳1,2

（1. 宇航動力學國家重點實驗室，西安，710043；2. 中國西安衛星測控中心技術部，西安，710043）

短基線干涉儀與脈沖雷達（或微波統一測控系統）相結合的外彈道測量體制是目前航天發射任務主動段測控的主要手段。針對不同傳感器跟蹤測量數據的融合問題，建立了短基線干涉儀測量元素與雷達測量的距離變化率測量元素融合的算法，實現了利用測速數據確定目標的位置和速度參數的功能。仿真結果表明，該方法改變了以往短基線干涉儀測量必須依賴定位數據的境況，拓展了外彈道的數據處理手段。

0 引 言

目前，中國航天測控網包括多種不同類型的傳感器設備，其中短基線干涉儀與單脈沖雷達（或微波統一測控系統）相結合的外彈道測量體制是火箭飛行外彈道測量的主要手段。

短基線干涉儀通過2個副站被動接收同一個無線電信號源，參照共同的參考頻率得到所收信號的相位差和相位差變化率，由此導出信號源到2個副站的單向差分距離和差分單向多普勒[1,2]，結合兩副站到主站之間的2條非平行（一般采用垂直）高精度基線長度，獲得導航所需的信號源至基線的2個方向余弦變化率l˙和m˙，以及徑向速度R˙。這種測量模式下，需要至少再加入一個徑向距離信息R才能完成對目標飛行器的定位。所以，目前的航天發射任務中，短基線干涉儀測元的計算需要加入目標的定位數據，才能實現對航天器外彈道參數的確定[3～5]。

為了擺脫對目標定位數據的依賴和束縛，利用雷達可用的測量元素（如因設備問題、火箭各級分離等影響，出現部分弧段雷達測角和測距數據信息不全的情況時，只留有距離變化率），建立了短基線干涉儀測量數據R˙，l˙，m˙與多臺雷達的距離變化率數據kR˙的融合方法，解決了利用短基線干涉儀測量元素和距離變化率數據就可以同時確定飛行目標位置和速度的問題，不僅為外彈道數據處理方法拓展了技術途徑，同時提高了數據處理精度。

1 融合處理方法[6～8]

假設x，y，z為目標飛行器在發射系中的位置分量，x˙，y˙，z˙為目標飛行器在發射系中的速度分量，xi，yi，zi（i = 1, 2, 3, 4）為測站在發射系中的站址（測站1為主站，測站2～4為副站，其中測站1和測站2為同站），D13和D14為2條基線的長度，由此建立如下測量方程：

飛行目標參數計算步驟如下：

a）初始值數據X0=(x0,y0,z0,x˙0,y˙0,z˙0)T。

b）用初始值反算測量元素的近似值。

1）反算短基線干涉儀測量元素R˙0，l˙0和m˙0：

式中 x′k,y′k,z′k為雷達測站的站址，k=1,2,…,n 。c）計算誤差方程自由項向量。

令：

則，

d）誤差方程系數矩陣B。

再有：

e）協方差陣估計。

目標位置和速度參數解算：

計算目標在發射坐標系中的坐標和速度：

目標坐標和速度的精度：f）迭代計算。

2 仿真分析

利用某射向及設備布站情況，采用短基線干涉儀測量系統的測量元素和3臺雷達的距離變化率測量元素進行仿真分析。數據融合計算得到的目標定位數據的仿真結果與對應標稱彈道比對差數據曲線如圖1所示，相應的速度分量比對差數據曲線如圖2所示。

Method of Fusion Algorithm in Measuring Element of Short Baseline Interferometer and Range Rate

Li Guo1,2, Cui Shu-hua1,2, Shen Si1,2, Wang Jia1,2
(1. State Key Laboratory of Astronautic Dynamics, Xi’an, 710043; 2. Xi’an Satellite Control Center of China, Xi’an, 710043)

External trajectory measurement system with the combination of the short baseline interferometer and radio detection and ranging (unified microwave system) is the main means of TT&C in boost phase. Aiming at the problem of data fusion, fusion algorithm that short baseline interferometer measurement element is effectively fused with the range rate measurement of the radio detection and ranging measurement is established, the target location and flying speed parameters can be determined by velocity measurement data. The method offers a new technical means to change the situation that the short baseline interferometer measurement must rely on the target location data, and provides technical support to process external trajectory measurement.

Short baseline interferometer; Fusion algorithm; Data processing; Comparison analysis

圖1 坐標差數據曲線

圖2 速度差數據曲線

短基線干涉儀；融合算法；數據處理；比對分析

V44

A

1004-7182(2016)04-0096-04

10.7654/j.issn.1004-7182.20160424

2015-06-01；

2016-04-01

國家自然科學基金（61473222,61231018,41274018）

李 果（1983-），男，工程師，主要研究方向為外彈道數據處理與評估