基于轨道动力学约束和EMBET算法的雷达标校仿真技术研究

摘要

作为无线电侦测和定距方法，雷达测量误差分为系统误差（设备系统误差、测量误差）和随机误差。特别是在雷达进场安装调试后和执行大型任务前，需要进行雷达精度鉴定。本文开展EMBET自校准技术在雷达标校中的应用研究。 首先，介绍常见的弹道测量系统，并对其误差模型进行分析。然后，介绍测量模型及雷达标校中电波和台站系统误差的改正模型。进一步，阐述为飞行器估计轨迹和雷达系统误差进行标校的EMBET技术的基本理论和方法。分析了高精度星载GNSS定轨原理，既为基于EMBET技术的雷达标校提供了比较标准，也可单独用于雷达标校。最后，开展具体算例验证轨道动力学约束EMBET模型理论和方法，得出具有应用价值的结论，并对后续的研究计划进行了展望。主要工作包括: (1)对基于EMBET技术的雷达自校准方法进行了详细分析。首先讨论了EMBET自校准技术的基本原理，然后根据飞行器飞行动力学规律是否已知，分别给出了样条约束EMBET模型和轨道动力学约束EMBET模型。针对轨道动力学约束EMBET模型，详细分析了轨道力学模型和基于数值积分的微分方程求解方法。 (2)对星载GNSS定轨精度进行估算，给出了估算方法，分析了星载GNSS的观测卫星几何分布，分别得出采用广播星历/伪距/多普勒的实时定轨精度估算、采用超快速精密星历（钟差）/双频载波相位的定轨精度估算、采用快速和最终精密星历（钟差）/双频载波相位的定轨精度估算的结果。 (3)分析了噪声对估计结果的影响，指出在无噪声的情况下，估计结果满足指标要求;有噪声的情况下，当俯仰角零值误差＜0.01mrad，满足指标要求，而在距离零值和方位零值出现严重偏差，R0误差＜50m、A0误差＜0.5mrad，不满足指标要求。分析得出结论:随机误差的“色噪声”性，造成估计结果的偏差;噪声对方位角零值估计精度影响最大，其次是距离零值估计，对仰角零值估计精度影响相对较小。 (4)为了克服随机误差对估计效果的影响，提出了雷达准实时精度验证的改进方法，给出了三种新的处理模式:单雷达单星双弧段模式、单雷达双（多）星双（多）弧段模式和多雷达联合跟星模式。开展具体的验证，结果表明:多雷达联合跟踪模式测元零值估计精度最高、计算速度最快，单雷达单星双弧段模式次之;单雷达双星双弧段模式（多星多弧段），测元零值估计效果比多雷达联合跟踪模式、单雷达单星双弧段模式差;单雷达单星单弧段模式，对于无噪声的仿真测量数据计算效果较好，而对于有误差的测量数据效果较差。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景

1．2国内外研究现状及其技术发展趋势

1．3研究内容及论文安排

2弹道测量系统测量误差模型

2．1常见弹道测量系统

2．1．1光电经纬仪测量系统

2．1．2脉冲跟踪测量雷达

2．1．3连续波测量系统

2．2测量误差及分类

2．2．1系统误差

2．2．2随机误差

2．2．3野值

2．3测量系统误差模型

2．3．1光电经纬仪误差模型

2．3．2脉冲雷达误差模型

2．3．3连续波测量系统误差模型

2．4本章小结

3电波传播与台站误差改正模型

3．1观测模型

3．2台站误差改正模型

3．3电波传播改正模型

3．3．1对流层改正

3．3．2引力时延改正

3．3．3电离层改正

3．3．4双频改正

3．4本章小结

4基于EMBET自校准技术的雷达标校

4．1 EMBET自校准的原理

4．2样条约束EMBET模型

4．3轨道动力学约束EMBET模型

4．4轨道力学模型与数值积分

4．4．1飞行轨道力学模型

4．4．2基于数值积分的微分方程求解

4．5本章小结

5高精度星载GNSS定轨与评估

5．1星载GNSS定轨算法概况

5．2星载GNSS轨道确定原理

5．3星载GNSS观测量误差分析

5．3．1伪距观测量误差

5．3．2多普勒观测量误差

5．3．3双频载波相位测距观测量误差

5．3．4载波相位等效距离率观测量误差

5．4星载GNSS实时定轨精度估算

5．4．1估算方法

5．4．2 GNSS观测卫星几何分布分析

5．4．3采用广播星历／伪距／多普勒的实时定轨精度估算

5．4．4采用超快速精密星历(钟差)／双频载波相位的定轨精度估算

5．4．5采用快速和最终精密星历(钟差)／双频载波相位的定轨精度估算

5．5定轨精度评估与检核

5．6本章小结

6雷达标校数据处理与仿真分析

6．1摄动力对卫星影响分析

6．2雷达零值偏差对速度测量值的影响分析

6．3轨道积分精度分析

6．4噪声对测元零值估计结果的影响

6．5软件验证与应用效果

6．6本章小结

7结论与展望

致谢

参考文献

附录