[发明专利]运载火箭多源多类测量数据时间零点高精度对齐方法

说明书

本发明属于航天发射领域与航天测控领域，公开了一种运载火箭多源多类测量数据时间零点的高精度对齐方法。该方法包括：将运载火箭惯性导航弹道转换成发射系弹道；将发射系弹道转换成测速雷达测量系弹道；利用测速雷达测量系弹道，计算惯性导航弹道转换数据；估算与惯性导航弹道转换数据相对时间一致的速率测元数据；建立时间零点偏差修正模型；基于修正模型估算时间零点偏差；基于时间零点偏差估值计算外测数据时间零点的修正初值；基于修正初值改进估算时间零点偏差；基于改进的时间零点偏差对外测数据时间零点进行迭代校准并估算其精度。本发明方法的修正精度优于0.2ms，可以非常有效地解决运载火箭多源多类测量数据时间基准高精度对齐的问题。

技术领域

本发明属于航天发射领域与航天测控领域，涉及一种运载火箭多源多类测量数据时间零点高精度对齐方法。

背景技术

在航天发射测量数据中，与发射轨道相关的测量数据有三大类：一是各种外弹道测量数据，即光学测量设备与雷达(包括脉冲雷达和高精度测速雷达)的测量数据；二是惯性导航弹道数据，即运载火箭箭上遥测系统下传的运载火箭惯性测量器件(加速度计与速率陀螺)的输出脉冲数据和导航计算机根据这些脉冲数据解算的弹道数据(即惯性导航弹道数据)，由于惯性测量器件的输出脉冲数据与惯性导航弹道数据之间具有严格的对应关系，两者在应用上可等同视之，为了应用方便，在后面的描述中除了特别说明之外一般仅指惯性导航弹道数据；三是运载火箭通过箭上遥测系统下传的卫星导航(GNSS)测量数据。有效融合这些光学、雷达、惯性导航、卫星导航等多种来源多种类型测量数据，可以得到运载火箭的高精度发射轨道估算结果。

在我国当前的航天发射任务中，现有的外弹道测量数据与卫星导航测量数据融合机理比较简单、融合程度不高，而且目前还没有出现将惯性导航弹道数据与其他测量数据进行高精度融合处理的相关研究结果。随着航天发射高密度常态化发展的趋势越来越明显，对航天发射过程中大量的外弹道测量数据、惯性导航弹道数据和卫星导航测量数据进行高精度融合处理、获得高品质的弹道处理结果，对航天发射过程中的指挥决策和分析评估具有重要的现实意义。这就必须要首先统一这三类测量数据之间的时间基准，即将惯性导航弹道的时间零点与外弹道测量数据的时间零点和卫星导航测量数据的时间零点对准在同一时刻。到目前为止，国内外还没有可以应用的高精度体系化解决方法。

惯性导航弹道的时间零点是运载火箭开始导航计算的时刻，一般情况下是导航计算机接到运载火箭发射指令之后启动导航计算的时刻。目前，运载火箭并没有精确记录该时刻的世界时。惯性导航弹道数据以数值量遥测参数的形式，通过箭上遥测系统向外无线广播。这些惯性导航弹道数据所对应的时间参数，都是以导航计算开始时刻为零值的相对时间。也就是说，惯性导航弹道数据是从“0”时刻开始，并以等时间间隔的形式形成可对外发送的数据帧，一般仅在运载火箭关机阶段可能出现丢失数据帧的情况。

光学测量设备与雷达的外弹道测量数据，都是以航天发射场发出的运载火箭起飞时刻为时间零点的，且该零点所对应的世界时有高精度记录值。因此，可以将外弹道测量数据所对应的时间看作是高精度的世界时。卫星导航测量数据本身就对应着高精度世界时。也就是说，外弹道测量数据与卫星导航测量数据的时间基准都是高精度世界时，这两类测量数据的时间基准可以看作是一致的。

综上所述，只要将惯性导航弹道数据的时间基准与外弹道测量数据的时间基准对齐，就可以保证航天发射任务中三种类型测量数据时间基准的一致性。

发明内容

为了有效地解决时间基准高精度对齐问题，本发明提供了一种运载火箭多源多类测量数据时间零点高精度对齐方法，将惯性导航弹道数据所转换的速率测元数据与高精度测速雷达的测量数据等时作差，形成速率测元差序列，再根据运载火箭在发动机关机过程中的加速度变化很大的特性，利用速率测元差序列对时间零点偏差进行估算并得到估算精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种运载火箭多源多类测量数据时间零点高精度对齐方法，包括如下步骤：