一種基于有源定標(biāo)器的星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移在軌校正方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于有源定標(biāo)器的星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移在軌校正方法，通過采用有源定標(biāo)器對(duì)星載雷達(dá)脈沖信號(hào)進(jìn)行跟蹤、接收并轉(zhuǎn)發(fā)，通過對(duì)比有源定標(biāo)器距離拋物線和星載雷達(dá)距離拋物線，得出星載雷達(dá)的時(shí)鐘漂移量，基于此來實(shí)現(xiàn)星載雷達(dá)時(shí)鐘運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)定量監(jiān)測(cè)。本發(fā)明首次采用一種獨(dú)立的方法精確測(cè)量了星載雷達(dá)的時(shí)鐘漂移量，所述方法在星載雷達(dá)波束覆蓋區(qū)域內(nèi)任意位置，星載雷達(dá)過境期間任意時(shí)刻均可進(jìn)行測(cè)試，具有很強(qiáng)的時(shí)空靈活性，通過在地面使用有源定標(biāo)器接收脈沖時(shí)間間隔作為分析數(shù)據(jù)，對(duì)有源定標(biāo)器無絕對(duì)定時(shí)基準(zhǔn)要求，同時(shí)消除了星載雷達(dá)信號(hào)在傳輸過程中由大氣造成的路徑誤差，進(jìn)而能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量出星載雷達(dá)的時(shí)鐘漂移量。
【專利說明】一種基于有源定標(biāo)器的星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移在軌校正方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及星載雷達(dá)遙感【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于有源定標(biāo)器的星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移在軌校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]星載雷達(dá)在軌運(yùn)行中，向地面發(fā)射脈沖信號(hào)，并接收地物目標(biāo)的反射回波，通過測(cè)量脈沖的往返時(shí)間來確定星載雷達(dá)到被測(cè)目標(biāo)的距離。星載雷達(dá)高度計(jì)就是這樣一種指向星下點(diǎn)的主動(dòng)式星載雷達(dá)。在軌運(yùn)行期間，星載雷達(dá)垂直向下發(fā)射脈沖信號(hào)，信號(hào)經(jīng)地球表面(海、陸、冰)或其他地面目標(biāo)反射后回到星載雷達(dá)接收天線。星載雷達(dá)通過測(cè)量脈沖往返時(shí)間可以確定其質(zhì)心到星下點(diǎn)的距離，進(jìn)而計(jì)算星下點(diǎn)的海平面高度。通過分析返回脈沖的波形和強(qiáng)度，可以獲取海面有效波高和海面風(fēng)速等信息。因此，海平面高度、海面有效波高和海面風(fēng)速是星載雷達(dá)高度計(jì)測(cè)量的三個(gè)基本參數(shù)。
[0003]其中，海平面高度的測(cè)量需要精確獲得星載雷達(dá)發(fā)射/接收脈沖的往返時(shí)間t,由d=tc/2，c為真空中的光速，求得星載雷達(dá)至地面(或其他反射目標(biāo))的距離d，然后根據(jù)地球物理參數(shù)修正星載雷達(dá)信號(hào)傳輸過程中的各項(xiàng)誤差，以獲取星載雷達(dá)星下點(diǎn)的海平面聞度。
[0004]根據(jù)上述，星載雷達(dá)發(fā)射/接收脈沖往返時(shí)間t的測(cè)量精度直接影響到星下點(diǎn)海平面高度的測(cè)量精度，因此，為獲得準(zhǔn)確的海平面高度值，要求星載雷達(dá)具有高精度高穩(wěn)定性的時(shí)鐘系統(tǒng)。任何一種時(shí)鐘系統(tǒng)，恒溫晶振或原子鐘，由于器件自身老化等原因，其頻率都會(huì)發(fā)生隨時(shí)間緩慢漂移的現(xiàn) 象，時(shí)鐘頻率的變化將直接影響到星載雷達(dá)對(duì)地測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。
[0005]星載雷達(dá)發(fā)射前，可通過采用頻率計(jì)或頻譜儀測(cè)量的方法直接測(cè)量其時(shí)鐘頻率；星載雷達(dá)在軌運(yùn)行期間，無法對(duì)其進(jìn)行直接測(cè)量。目前，在國(guó)內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn)一種專門測(cè)量星載雷達(dá)在軌運(yùn)行期間時(shí)鐘漂移量的方法，國(guó)際上通常將時(shí)鐘漂移造成的誤差和星載雷達(dá)硬件系統(tǒng)固有偏差做綜合處理，作為星載雷達(dá)在軌測(cè)量的總誤差。能夠獨(dú)立測(cè)量出星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移量可以準(zhǔn)確分離出總誤差中的可變誤差量和固有誤差量，時(shí)鐘漂移作為可變誤差量，其準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)于有效分析星載雷達(dá)整機(jī)設(shè)備的在軌運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)鐘部件的定時(shí)準(zhǔn)確度具有非常重要的意義，進(jìn)而對(duì)于精確測(cè)量星下點(diǎn)的海平面高度也具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于有源定標(biāo)器的星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移校正方法。采用有源定標(biāo)器對(duì)星載雷達(dá)脈沖信號(hào)進(jìn)行跟蹤，接收并轉(zhuǎn)發(fā)，通過對(duì)比有源定標(biāo)器距離拋物線和星載雷達(dá)距離拋物線，得出星載雷達(dá)的時(shí)鐘漂移量，基于此來實(shí)現(xiàn)星載雷達(dá)時(shí)鐘運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)定量監(jiān)測(cè)。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下:一種基于有源定標(biāo)器的星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移在軌校正方法，包括以下步驟:
步驟(1):通過有源定標(biāo)器跟蹤并接收星載雷達(dá)的脈沖信號(hào)，并記錄每個(gè)接收脈沖的到達(dá)時(shí)刻，得到有源定標(biāo)器接收脈沖時(shí)刻序列；
步驟(2):通過有源定標(biāo)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)有源定標(biāo)器接收脈沖時(shí)刻序列的相鄰兩點(diǎn)求差值，得到有源定標(biāo)器接收脈沖時(shí)間間隔序列Rn+1_Rn ；
步驟(3):通過有源定標(biāo)器從星載雷達(dá)存儲(chǔ)記錄的數(shù)據(jù)中讀取星載雷達(dá)每一個(gè)發(fā)射脈沖的時(shí)刻，得到星載雷達(dá)發(fā)射脈沖時(shí)刻序列，然后將該發(fā)射脈沖時(shí)刻序列的相鄰兩點(diǎn)求差值，得到星載雷達(dá)發(fā)射脈沖時(shí)間間隔序列tn+1-tn ；
步驟(4):通過有源定標(biāo)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理模塊將步驟(2)和步驟(3)得到的時(shí)間間隔序列變換為星載雷達(dá)與有源定標(biāo)器間的距離之差序列；
步驟(5):對(duì)步驟(4)得到的距離之差序列進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合得到以時(shí)間t為變量的一次直線函數(shù)；
步驟(6):對(duì)步驟(5)得到的一次直線函數(shù)進(jìn)行積分得到有源定標(biāo)器距離拋物線，星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移誤差使所述有源定標(biāo)器距離拋物線的對(duì)稱軸位置較理想狀態(tài)下距離拋物線的對(duì)稱軸位置發(fā)生偏移；
步驟(7):從星載雷達(dá)存儲(chǔ)記錄的數(shù)據(jù)中讀取星載雷達(dá)每一個(gè)發(fā)射脈沖的時(shí)刻和對(duì)應(yīng)的每一個(gè)接收脈沖的時(shí)刻，并用每一個(gè)接收脈沖時(shí)刻減去對(duì)應(yīng)的發(fā)射脈沖時(shí)刻，得到星載雷達(dá)收發(fā)脈沖時(shí)間間隔序列rn-tn ；
步驟(8 ):通過有源定標(biāo)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理單元將步驟(7 )得到的星載雷達(dá)收發(fā)脈沖時(shí)間間隔序列變換為星載雷達(dá)與有源定標(biāo)器的距離序列，并通過對(duì)該距離序列進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合得到星載雷達(dá)距離拋物線函數(shù)，星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移誤差引起所述星載雷達(dá)距離拋物線較理想狀態(tài)下的距離拋物線發(fā)生上下平移；
步驟(9):在有源定標(biāo)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理模塊中，對(duì)比步驟(6)所得到的有源定標(biāo)器距離拋物線和步驟(8)所得到的星載雷達(dá)距離拋物線的對(duì)稱軸位置，根據(jù)其對(duì)稱軸位置之差得出有源定標(biāo)器時(shí)鐘頻率和星載雷達(dá)時(shí)鐘頻率之間的時(shí)鐘頻率偏差；
步驟(10):在地面使用頻率計(jì)或頻譜儀，直接測(cè)量所述有源定標(biāo)器的時(shí)鐘頻率，并根據(jù)步驟(9)得到的有源定標(biāo)器時(shí)鐘頻率和星載雷達(dá)時(shí)鐘頻率之間的時(shí)鐘頻率偏差，求出星載雷達(dá)的時(shí)鐘頻率測(cè)量值；
步驟(11):將步驟(10)得到的星載雷達(dá)時(shí)鐘頻率測(cè)量值與星載雷達(dá)時(shí)鐘頻率理論設(shè)計(jì)值相比較，得出星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移量，基于所述時(shí)鐘漂移量校正星載雷達(dá)時(shí)鐘系統(tǒng)。
[0008]進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的基于有源定標(biāo)器的星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移在軌校正方法，其中步驟(1)中，有源定標(biāo)器通過其內(nèi)部的高速數(shù)據(jù)采集模塊和精密的GPS定時(shí)模塊記錄每個(gè)接收脈沖的到達(dá)時(shí)刻。
[0009]進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的基于有源定標(biāo)器的星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移在軌校正方法，其中步驟(4)具體包括:通過有源定標(biāo)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理模塊將步驟2得到的有源定標(biāo)器接收脈沖時(shí)間間隔序列1--+1-1^減去步驟3得到的對(duì)應(yīng)的星載雷達(dá)發(fā)射脈沖時(shí)間間隔序列tn+1-tn，得到一個(gè)差值序列(Rn+1_Rn) - (tn+1-tn)，再將該差值序列乘以光速C，得到相鄰兩個(gè)發(fā)射脈沖所對(duì)應(yīng)的星載雷達(dá)與有源定標(biāo)器間的距離之差序列
【權(quán)利要求】
1.一種基于有源定標(biāo)器的星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移在軌校正方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟(1):通過有源定標(biāo)器跟蹤并接收星載雷達(dá)的脈沖信號(hào)，并記錄每個(gè)接收脈沖的到達(dá)時(shí)刻，得到有源定標(biāo)器接收脈沖時(shí)刻序列； 步驟(2):通過有源定標(biāo)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)有源定標(biāo)器接收脈沖時(shí)刻序列中的相鄰兩點(diǎn)求差值，得到有源定標(biāo)器接收脈沖時(shí)間間隔序列Rn+1_Rn ； 步驟(3):通過有源定標(biāo)器從星載雷達(dá)存儲(chǔ)記錄的數(shù)據(jù)中讀取星載雷達(dá)每一個(gè)發(fā)射脈沖的時(shí)刻，得到星載雷達(dá)發(fā)射脈沖時(shí)刻序列，然后將該發(fā)射脈沖時(shí)刻序列中的相鄰兩點(diǎn)求差值，得到星載雷達(dá)發(fā)射脈沖時(shí)間間隔序列tn+1-tn ； 步驟(4):通過有源定標(biāo)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理模塊將步驟(2)和步驟(3)得到的時(shí)間間隔序列變換為星載雷達(dá)與有源定標(biāo)器間的距離之差序列； 步驟(5):對(duì)步驟(4)得到的距離之差序列進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合得到以時(shí)間t為變量的一次直線函數(shù)； 步驟(6):對(duì)步驟(5)得到的一次直線函數(shù)進(jìn)行積分得到有源定標(biāo)器距離拋物線，星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移誤差使所述有源定標(biāo)器距離拋物線的對(duì)稱軸位置較理想狀態(tài)下距離拋物線的對(duì)稱軸位置發(fā)生偏移； 步驟(7):從星載雷達(dá)存儲(chǔ)記錄的數(shù)據(jù)中讀取星載雷達(dá)每一個(gè)發(fā)射脈沖的時(shí)刻和對(duì)應(yīng)的每一個(gè)接收脈沖的時(shí)刻，并用每一個(gè)接收脈沖時(shí)刻減去對(duì)應(yīng)的發(fā)射脈沖時(shí)刻，得到星載雷達(dá)收發(fā)脈沖時(shí)間間隔序列rn-tn ； 步驟(8 ):通過有源定標(biāo)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理單元將步驟(7 )得到的星載雷達(dá)收發(fā)脈沖時(shí)間間隔序列變換為星載雷達(dá)與有源定標(biāo)器的距離序列，并通過對(duì)該距離序列進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合得到星載雷達(dá)距離拋物線函數(shù)，星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移誤差引起所述星載雷達(dá)距離拋物線較理想狀態(tài)下的距離拋物線發(fā)生上下平移； 步驟(9):在有源定標(biāo)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理模塊中，對(duì)比步驟(6)所得到的有源定標(biāo)器距離拋物線和步驟(8)所得到的星載雷達(dá)距離拋物線的對(duì)稱軸位置，根據(jù)其對(duì)稱軸位置之差得出有源定標(biāo)器時(shí)鐘頻率和星載雷達(dá)時(shí)鐘頻率之間的時(shí)鐘頻率偏差； 步驟(10):在地面使用頻率計(jì)或頻譜儀，直接測(cè)量所述有源定標(biāo)器的時(shí)鐘頻率，并根據(jù)步驟(9)得到的有源定標(biāo)器時(shí)鐘頻率和星載雷達(dá)時(shí)鐘頻率之間的時(shí)鐘頻率偏差，求出星載雷達(dá)的時(shí)鐘頻率測(cè)量值； 步驟(11):將步驟(10)得到的星載雷達(dá)時(shí)鐘頻率測(cè)量值與星載雷達(dá)時(shí)鐘頻率理論設(shè)計(jì)值相比較，得出星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移量，基于所述時(shí)鐘漂移量校正星載雷達(dá)時(shí)鐘系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源定標(biāo)器的星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移在軌校正方法，其特征在于，其中步驟(1)中，有源定標(biāo)器通過其內(nèi)部的高速數(shù)據(jù)采集模塊和精密的GPS定時(shí)模塊記錄每個(gè)接收脈沖的到達(dá)時(shí)刻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源定標(biāo)器的星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移在軌校正方法，其特征在于，其中步驟(4)具體包括:通過有源定標(biāo)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理模塊將步驟(2)得到的有源定標(biāo)器接收脈沖時(shí)間間隔序列仏+1-1^減去步驟(3)得到的對(duì)應(yīng)的星載雷達(dá)發(fā)射脈沖時(shí)間間隔序列tn+「tn，得到一個(gè)差值序列(Rn+1-Rn) — (tn+1-tn)，再將該差值序列乘以光速C，得到相鄰兩個(gè)發(fā)射脈沖所對(duì)應(yīng)的星載雷達(dá)與有源定標(biāo)器間的距離之差序列
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源定標(biāo)器的星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移在軌校正方法，其特征在于，其中步驟(5)中所述擬合得到的一次直線函數(shù)為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源定標(biāo)器的星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移在軌校正方法，其特征在于，其中步驟(6)中所述的有源定標(biāo)器距離拋物線函數(shù)為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源定標(biāo)器的星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移在軌校正方法，其特征在于，其中步驟(8)具體包括:通過有源定標(biāo)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理單元將步驟(7)得到的星載雷達(dá)收發(fā)脈沖時(shí)間間隔序列乘以光速c再除以2，以得到星載雷達(dá)至有源定標(biāo)器的距離序列，然后對(duì)該距離序列進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到以時(shí)間t為變量的二次函數(shù)曲線，然后將該二次函數(shù)曲線與理想情況下星載雷達(dá)與有源定標(biāo)器間的距離拋物線函數(shù)曲線進(jìn)行擬合比對(duì)得到實(shí)測(cè)情況下的星載雷達(dá)距離拋物線函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于有源定標(biāo)器的星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移在軌校正方法，其特征在于，所述實(shí)測(cè)情況下的星載雷達(dá)距離拋物線函數(shù)為:
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的基于有源定標(biāo)器的星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移在軌校正方法，其特征在于，各步驟中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于有源定標(biāo)器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的基于有源定標(biāo)器的星載雷達(dá)時(shí)鐘漂移在軌校正方法，其特征在于，理想狀態(tài)下星載雷達(dá)與有源定標(biāo)器間的距離關(guān)系為:

【文檔編號(hào)】G01S7/40GK103792519SQ201410013535
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月13日
【發(fā)明者】王彩云, 郭偉, 萬珺之, 趙飛, 何佳寧, 諶華, 蔡朋飛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心