[发明专利]基于卫星定位系统差分的大气相位扰动修正方法

说明书

本公开提供了一种基于卫星定位系统差分的大气相位扰动修正方法，对校准卫星的误差源进行分析与处理；对校准天线进行相位差分，得到校准天线之间的大气相位延迟的双差相位差拟合方程；求解双差相位差拟合方程，得到拟合系数；根据拟合系数拟合出校准天线与观测卫星之间的单差相位差，得到观测天线的大气相位扰动修正量。本公开降低了计算复杂度，提高了运算效率，在保证修正效果的前提下，缩短了相位修正所需的时间。

技术领域

本公开涉及深空探测领域，特别涉及深空探测天线阵的基于卫星定位系统差分的大气相位扰动修正方法。

背景技术

探月工程的顺利进行和首次火星探测任务的正式立项，标志着我国在深空探测领域取得了重大的进展。为了满足未来更远距离的深空探测计划，开展深空探测天线阵的相关研究有着重要的意义。大气相位扰动修正技术是深空探测天线阵相关研究的重要组成部分。由于涉及到气象学、天文学、物理学和电子学等多种学科，大气相位扰动修正技术的研究具有较大的挑战性。但是合理有效的大气相位扰动修正技术，可以在节约成本的前提下，显著地提高深空探测天线阵的性能。因此，无论是着眼于当下的月球探测、火星探测计划，还是未来更宏伟的深空探测计划，大气相位扰动修正技术的研究都有着非常重要的意义。

由于成本和技术的限制，提高单个天线G/T值的代价越来越大，而天线组阵是实现G/T值进一步提高的有效途径。相对于单个天线，组阵天线的数据接收速率更高，工作的稳定性更强，建造成本更低，建造灵活性也更好。

单天线接收信号的低信噪比，是天线阵应用于深空探测首先需要克服的问题。火星探测器的路径衰减要比地球同步卫星高63～80dB。此外，由于深空探测对实时性要求较高，使得天线阵必须尽量缩短信号合成的数据处理时间。

为了实现信号时延与相位差的辨识，当探测器信号强度微弱时，需要较长的互相关积分时间；大气相位扰动会导致信号的相位发生抖动，从而导致天线信号间的相关性变差，严重影响信号的合成性能。如图1所示，受大气相位扰动的影响，Ka频段的信号(34GHz)，合成效率只有未受影响时的17％。为了提高微弱信号合成的性能，有必要对大气相位延迟引起的信号相位波动进行修正。

常用的相位扰动修正技术包括：基于微波辐射计的相位修正，和基于校准天线的相位修正。其中，基于微波辐射计的相位修正技术成本较高，且修正的效果较差；基于校准天线的修正效果最好，但是分配校准天线的做法会导致天线阵性能的下降。由于这些修正方法存在上述问题，本领域亟需一种修正效果较好、成本低、实时性好、便于推广应用的修正方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述技术问题，本公开提供了一种基于卫星定位系统差分的大气相位扰动修正方法。

(二)技术方案

本公开提供了一种基于卫星定位系统差分的大气相位扰动修正方法，包括：对校准卫星的误差源进行分析与处理；对校准天线进行相位差分，得到校准天线之间的大气相位延迟的双差相位差拟合方程；求解双差相位差拟合方程，得到拟合系数；以及根据拟合系数拟合出校准天线与观测卫星之间的单差相位差，得到观测天线的大气相位扰动修正量。

在本公开的一些实施例中，所述对校准卫星的误差源进行分析与处理包括：校准天线接收校准卫星信号；降低或消除校准卫星信号中除大气相位延迟外的其他因素导致的误差。

在本公开的一些实施例中，所述除大气相位延迟外的其他因素导致的误差包括：校准卫星本身的误差、校准天线所属接收机的误差。

在本公开的一些实施例中，所述对校准天线进行相位差分，得到校准天线之间的大气相位延迟的双差相位差拟合方程包括：获取校准天线的俯仰角和水平角；基于校准天线的俯仰角和水平角，得到单差相位差拟合方程；以及基于单差相位差拟合方程，得到双差相位差拟合方程。

在本公开的一些实施例中，所述单差相位差拟合方程为：