[发明专利]一种深空测控信号误差修正方法

说明书

技术领域

本发明属于空间物理技术领域，涉及一种深空测控信号误差修正方法。

背景技术

深空测控通信系统不同于现有的地基和天基测控系统，其接收信号微弱、信号时延巨大，使得深空测控与地球轨道航天器的测控有很大差异。深空探测信号的传播介质包括中高层大气、电离层和等离子区，在火星探测等深空探测任务中，传播介质对测控信号的折射、散射和吸收是影响深空测控信号精度的主要误差源之一。

信号传播中由于传播介质导致的误差主要来自三个方面，一是以中性大气为主的对流层影响，二是电离层对信号的延迟效应，第三个方面的误差来自太阳附近和行星际等离子区。三种误差的量级也各有不同，以X频段信号在天顶方向的影响为例，中性大气折射带来的信号路径延迟约2m，白天电离层的影响为0.2～0.6m、最大1.5m，而等离子区延迟达到1～75m。相对于深空探测约十几cm的高精度测量需求，这三方面的误差都是必须加以修正的。

传统的传播媒介修正主要是模型修正，包括经验模型和近年来伴随探测手段的进步而出现的修正模型。如对流层折射修正的经验模型(Hopfield、Saastamoinen等)，对流层折射修正湿分量修正的水汽辐射计校准模型；电离层修正的经验模型(IRI、Klobuchar等)，以及重要性日益提高的电离层双频修正模型；等离子区修正包括经验模型(Bird、M&A等)和双频修正模型。由于现有模型建模时数据对测控站的代表性非常有限，不同模型由于数据源、建模机理和适用范围的差异，对同一物理量的修正可能出现差异很大的情况，存在各种模型选择应用的难题。总体而言，现有模型修正精度不能满足深空探测的需求，尤其对于低仰角、湿度较大等情况。

随着火星探测等航天工程的逐步实施，传播介质引起的测控信号误差修正成为深空探测的一个关键技术难题。在深空测控中，部分情况下传播媒介导致的信号误差将远远大于设备的测量误差，常规的模型修正方法已不能满足测控系统及数据处理精度的需要。

发明内容

本发明需解决技术问题是提供一种精确的深空测控信号误差修正方法。

为解决上述技术问题，本发明分别对对流层修正量、电离层修正量、等离子区修正量进行修正，具体修正方法如下：

步骤一、修正对流层修正量Δρ，包括(1)用经验模型计算对流层修正量干分量Δρ_d，(2)用水汽辐射计校准模型计算对流层修正量湿分量Δρ_w，(3)采用回归方法获得对流层修正量Δρ，Δρ修正方程为Δρ=a₀+a₁Δρ_d+a₂Δρ_w，a₀、a₁、a₂为由最小二乘方法获得的对流层修正量修正方程的回归系数；

步骤二、修正电离层修正量δρ，包括(1)用经验模型计算电离层修正量δρ_m，(2)用双频修正模型计算电离层修正量δρ_f，(3)采用回归方法获得电离层修正量δρ，δρ修正方程为δρ=b₀+b₁δρ_m+b₂δρ_f，b₀、b₁、b₂为由最小二乘方法获得的电离层修正量修正方程的回归系数；

步骤三、修正等离子区修正量Δs，包括(1)用经验模型计算等离子区修正量Δs_m，(2)用双频修正方法计算等离子区修正量Δsf，(3)采用回归方法获得等离子区修正量Δs，Δs修正方程为Δs=c₀+c₁Δs_m+c₂Δs_f，c₀、c₁、c₂为由最小二乘方法获得的等离子区修正量修正方程的回归系数；

步骤四、修正深空测控信号误差修正量ρ_c，ρ_c=Δρ+δρ+Δs。

进一步，经验模型计算对流层修正量干分量Δρ_d的值是采用权重求和方法综合利用多种经验模型修正获得，具体修正方程如下：