同步軌道共位衛(wèi)星位置確定技術(shù)
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2．2 共位衛(wèi)星相對位置測量精度分析
甚長基線干涉測量(VLBI)系統(tǒng)是目前測量精度最高的測量系統(tǒng)，采用甚長基線干涉測量系統(tǒng)，同波束干涉測量精度經(jīng)過分析可達(dá)36 prad，滿足同步軌道共位衛(wèi)星相對位置精度需求。但VLBI測量需要遠(yuǎn)程傳輸，不能實時處理，并且安排觀測比較困難。這里采用CEI系統(tǒng)分析同步軌道共位衛(wèi)星相對位置的測量精度。
文獻(xiàn)對深空探測SBI測量差分相對距離誤差進(jìn)行了詳盡的分析。誤差源包括太陽等離子體、電離層、對流層等引起的傳輸時延誤差，系統(tǒng)噪聲、相位漂移、航天器晶振漂移、未校準(zhǔn)群時延或時鐘偏差引起的地面站測量誤差，基線誤差引起的測量誤差。同步軌道衛(wèi)星是近地衛(wèi)星，金星、火星等太陽行星旁航天器目標(biāo)不同，它受太陽等離子體影響很小，可以或略不計。
同步軌道衛(wèi)星是高軌衛(wèi)星，離地面約36 000 km，CEI測量的各個測量站對衛(wèi)星觀測的仰角都很高，這里分析取測量站仰角為45°。并不是所有同步軌道衛(wèi)星都采用雙頻傳輸，這里分析取C頻段單頻進(jìn)行分析，天線口徑10 m，積分時間1 s。單頻電離層影響較大，可以通過CPS長期觀測同步軌道共位衛(wèi)星方向的電離層影響。通過GPS觀測，C頻段天頂方向電離層影響可以降低到30 mm以下。對流層和頻率沒有關(guān)系，可以采用GPS掩星觀測，對流層天頂方向影響可以降低到40 mm以下。如果采用微波輻射計校準(zhǔn)，精度更高。根據(jù)上述條件，采用文獻(xiàn)的分析方法，同步軌道共位衛(wèi)星SBI測量差分相對距離誤差表1所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/193323.htm
兩目標(biāo)相對位置可以通過式(9)分別計算出兩個目標(biāo)的位置，對其作差，獲得其相對位置。對相對位置中距離、方向余弦角等變量求偏導(dǎo)。假設(shè)各個方向余弦誤差相同，通過化簡計算得到相對位置誤差為
其中，xAB，yAB，zAB是A、B兩個航天器x，y，z位置坐標(biāo)差。假設(shè)單站測距精度系統(tǒng)誤差為2 m，隨機(jī)誤差δR為1 m。由于系統(tǒng)差可以在定軌過程中扣除，這里計算精度按照隨機(jī)測距誤差計算。δRAB=δRA-δRB，δRA和δRB為測站測量航天器A和航天器的距離隨機(jī)差。RA為測站到航天器A的距離，△R為測站到航天器A距離和航天器B距離的差，δαAB為SBI方向余弦角誤差，δα為系統(tǒng)測量單個目標(biāo)的方向余弦角誤差。
根據(jù)前面分析，基線100 km，方向余弦角45°，δα取300 nrad，δαAB為3．6 nrad。取RA為50 000 km，△R300 m，取值300m。通過CEI系統(tǒng)進(jìn)行SBI測量，相對位置誤差約為1．5 m。對于10 km的基線，誤差最大放大10倍，相對位置也可達(dá)15 m。
3 結(jié)束語
同步軌道衛(wèi)星用途廣泛，“多星共位”可以解決同步軌道衛(wèi)星日益增長的需要。通過分析可以看出，采用CEI系統(tǒng)進(jìn)行同步軌道共位衛(wèi)星位置確定，100 km的基線，采用GPS校正絕對位置定位精度50 m。采用SBI技術(shù)測量它們間的相對位置，相對位置定位精度可以達(dá)到m級。要達(dá)到同樣的測量精度，傳統(tǒng)的測距、多普勒跟蹤測量需要幾個小時甚至幾天的時間。而采用測距和連接端站干涉測量相結(jié)合，航天器三維位置可以在直接測定，能夠滿足同步軌道共位衛(wèi)星高精度測量的要求。
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