一种基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法
【专利摘要】本发明提出一种基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法，通过采用有源定标器对星载雷达脉冲信号进行跟踪、接收并转发，通过对比有源定标器距离抛物线和星载雷达距离抛物线，得出星载雷达的时钟漂移量，基于此来实现星载雷达时钟运行状态的实时定量监测。本发明首次采用一种独立的方法精确测量了星载雷达的时钟漂移量，所述方法在星载雷达波束覆盖区域内任意位置，星载雷达过境期间任意时刻均可进行测试，具有很强的时空灵活性，通过在地面使用有源定标器接收脉冲时间间隔作为分析数据，对有源定标器无绝对定时基准要求，同时消除了星载雷达信号在传输过程中由大气造成的路径误差，进而能够实时准确的测量出星载雷达的时钟漂移量。
【专利说明】一种基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法【技术领域】
[0001]本发明涉及星载雷达遥感【技术领域】，具体涉及一种基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法。
【背景技术】
[0002]星载雷达在轨运行中，向地面发射脉冲信号，并接收地物目标的反射回波，通过测量脉冲的往返时间来确定星载雷达到被测目标的距离。星载雷达高度计就是这样一种指向星下点的主动式星载雷达。在轨运行期间，星载雷达垂直向下发射脉冲信号，信号经地球表面(海、陆、冰)或其他地面目标反射后回到星载雷达接收天线。星载雷达通过测量脉冲往返时间可以确定其质心到星下点的距离，进而计算星下点的海平面高度。通过分析返回脉冲的波形和强度，可以获取海面有效波高和海面风速等信息。因此，海平面高度、海面有效波高和海面风速是星载雷达高度计测量的三个基本参数。
[0003]其中，海平面高度的测量需要精确获得星载雷达发射/接收脉冲的往返时间t,由d=tc/2，c为真空中的光速，求得星载雷达至地面(或其他反射目标)的距离d，然后根据地球物理参数修正星载雷达信号传输过程中的各项误差，以获取星载雷达星下点的海平面闻度。
[0004]根据上述，星载雷达发射/接收脉冲往返时间t的测量精度直接影响到星下点海平面高度的测量精度，因此，为获得准确的海平面高度值，要求星载雷达具有高精度高稳定性的时钟系统。任何一种时钟系统，恒温晶振或原子钟，由于器件自身老化等原因，其频率都会发生随时间缓慢漂移的现 象，时钟频率的变化将直接影响到星载雷达对地测量结果的准确性和数据的稳定性。
[0005]星载雷达发射前，可通过采用频率计或频谱仪测量的方法直接测量其时钟频率；星载雷达在轨运行期间，无法对其进行直接测量。目前，在国内外尚未发现一种专门测量星载雷达在轨运行期间时钟漂移量的方法，国际上通常将时钟漂移造成的误差和星载雷达硬件系统固有偏差做综合处理，作为星载雷达在轨测量的总误差。能够独立测量出星载雷达时钟漂移量可以准确分离出总误差中的可变误差量和固有误差量，时钟漂移作为可变误差量，其准确测量对于有效分析星载雷达整机设备的在轨运行状态，实时监测时钟部件的定时准确度具有非常重要的意义，进而对于精确测量星下点的海平面高度也具有重要的意义。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种基于有源定标器的星载雷达时钟漂移校正方法。采用有源定标器对星载雷达脉冲信号进行跟踪，接收并转发，通过对比有源定标器距离抛物线和星载雷达距离抛物线，得出星载雷达的时钟漂移量，基于此来实现星载雷达时钟运行状态的实时定量监测。
[0007]本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下:一种基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法，包括以下步骤:
步骤(1):通过有源定标器跟踪并接收星载雷达的脉冲信号，并记录每个接收脉冲的到达时刻，得到有源定标器接收脉冲时刻序列；
步骤(2):通过有源定标器内部的数据处理模块对有源定标器接收脉冲时刻序列的相邻两点求差值，得到有源定标器接收脉冲时间间隔序列Rn+1_Rn ；
步骤(3):通过有源定标器从星载雷达存储记录的数据中读取星载雷达每一个发射脉冲的时刻，得到星载雷达发射脉冲时刻序列，然后将该发射脉冲时刻序列的相邻两点求差值，得到星载雷达发射脉冲时间间隔序列tn+1-tn ；
步骤(4):通过有源定标器内部的数据处理模块将步骤(2)和步骤(3)得到的时间间隔序列变换为星载雷达与有源定标器间的距离之差序列；
步骤(5):对步骤(4)得到的距离之差序列进行数据拟合得到以时间t为变量的一次直线函数；
步骤(6):对步骤(5)得到的一次直线函数进行积分得到有源定标器距离抛物线，星载雷达时钟漂移误差使所述有源定标器距离抛物线的对称轴位置较理想状态下距离抛物线的对称轴位置发生偏移；
步骤(7):从星载雷达存储记录的数据中读取星载雷达每一个发射脉冲的时刻和对应的每一个接收脉冲的时刻，并用每一个接收脉冲时刻减去对应的发射脉冲时刻，得到星载雷达收发脉冲时间间隔序列rn-tn ；
步骤(8 ):通过有源定标器内部的数据处理单元将步骤(7 )得到的星载雷达收发脉冲时间间隔序列变换为星载雷达与有源定标器的距离序列，并通过对该距离序列进行数据拟合得到星载雷达距离抛物线函数，星载雷达时钟漂移误差引起所述星载雷达距离抛物线较理想状态下的距离抛物线发生上下平移；
步骤(9):在有源定标器内部的数据处理模块中，对比步骤(6)所得到的有源定标器距离抛物线和步骤(8)所得到的星载雷达距离抛物线的对称轴位置，根据其对称轴位置之差得出有源定标器时钟频率和星载雷达时钟频率之间的时钟频率偏差；
步骤(10):在地面使用频率计或频谱仪，直接测量所述有源定标器的时钟频率，并根据步骤(9)得到的有源定标器时钟频率和星载雷达时钟频率之间的时钟频率偏差，求出星载雷达的时钟频率测量值；
步骤(11):将步骤(10)得到的星载雷达时钟频率测量值与星载雷达时钟频率理论设计值相比较，得出星载雷达时钟漂移量，基于所述时钟漂移量校正星载雷达时钟系统。
[0008]进一步的根据本发明所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法，其中步骤(1)中，有源定标器通过其内部的高速数据采集模块和精密的GPS定时模块记录每个接收脉冲的到达时刻。
[0009]进一步的根据本发明所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法，其中步骤(4)具体包括:通过有源定标器内部的数据处理模块将步骤2得到的有源定标器接收脉冲时间间隔序列1--+1-1^减去步骤3得到的对应的星载雷达发射脉冲时间间隔序列tn+1-tn，得到一个差值序列(Rn+1_Rn) - (tn+1-tn)，再将该差值序列乘以光速C，得到相邻两个发射脉冲所对应的星载雷达与有源定标器间的距离之差序列
【权利要求】
1.一种基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤(1):通过有源定标器跟踪并接收星载雷达的脉冲信号，并记录每个接收脉冲的到达时刻，得到有源定标器接收脉冲时刻序列； 步骤(2):通过有源定标器内部的数据处理模块对有源定标器接收脉冲时刻序列中的相邻两点求差值，得到有源定标器接收脉冲时间间隔序列Rn+1_Rn ； 步骤(3):通过有源定标器从星载雷达存储记录的数据中读取星载雷达每一个发射脉冲的时刻，得到星载雷达发射脉冲时刻序列，然后将该发射脉冲时刻序列中的相邻两点求差值，得到星载雷达发射脉冲时间间隔序列tn+1-tn ； 步骤(4):通过有源定标器内部的数据处理模块将步骤(2)和步骤(3)得到的时间间隔序列变换为星载雷达与有源定标器间的距离之差序列； 步骤(5):对步骤(4)得到的距离之差序列进行数据拟合得到以时间t为变量的一次直线函数； 步骤(6):对步骤(5)得到的一次直线函数进行积分得到有源定标器距离抛物线，星载雷达时钟漂移误差使所述有源定标器距离抛物线的对称轴位置较理想状态下距离抛物线的对称轴位置发生偏移； 步骤(7):从星载雷达存储记录的数据中读取星载雷达每一个发射脉冲的时刻和对应的每一个接收脉冲的时刻，并用每一个接收脉冲时刻减去对应的发射脉冲时刻，得到星载雷达收发脉冲时间间隔序列rn-tn ； 步骤(8 ):通过有源定标器内部的数据处理单元将步骤(7 )得到的星载雷达收发脉冲时间间隔序列变换为星载雷达与有源定标器的距离序列，并通过对该距离序列进行数据拟合得到星载雷达距离抛物线函数，星载雷达时钟漂移误差引起所述星载雷达距离抛物线较理想状态下的距离抛物线发生上下平移； 步骤(9):在有源定标器内部的数据处理模块中，对比步骤(6)所得到的有源定标器距离抛物线和步骤(8)所得到的星载雷达距离抛物线的对称轴位置，根据其对称轴位置之差得出有源定标器时钟频率和星载雷达时钟频率之间的时钟频率偏差； 步骤(10):在地面使用频率计或频谱仪，直接测量所述有源定标器的时钟频率，并根据步骤(9)得到的有源定标器时钟频率和星载雷达时钟频率之间的时钟频率偏差，求出星载雷达的时钟频率测量值； 步骤(11):将步骤(10)得到的星载雷达时钟频率测量值与星载雷达时钟频率理论设计值相比较，得出星载雷达时钟漂移量，基于所述时钟漂移量校正星载雷达时钟系统。
2.根据权利要求1所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法，其特征在于，其中步骤(1)中，有源定标器通过其内部的高速数据采集模块和精密的GPS定时模块记录每个接收脉冲的到达时刻。
3.根据权利要求1所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法，其特征在于，其中步骤(4)具体包括:通过有源定标器内部的数据处理模块将步骤(2)得到的有源定标器接收脉冲时间间隔序列仏+1-1^减去步骤(3)得到的对应的星载雷达发射脉冲时间间隔序列tn+「tn，得到一个差值序列(Rn+1-Rn) — (tn+1-tn)，再将该差值序列乘以光速C，得到相邻两个发射脉冲所对应的星载雷达与有源定标器间的距离之差序列
4.根据权利要求1所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法，其特征在于，其中步骤(5)中所述拟合得到的一次直线函数为:
5.根据权利要求1所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法，其特征在于，其中步骤(6)中所述的有源定标器距离抛物线函数为:
6.根据权利要求1所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法，其特征在于，其中步骤(8)具体包括:通过有源定标器内部的数据处理单元将步骤(7)得到的星载雷达收发脉冲时间间隔序列乘以光速c再除以2，以得到星载雷达至有源定标器的距离序列，然后对该距离序列进行数据拟合，得到以时间t为变量的二次函数曲线，然后将该二次函数曲线与理想情况下星载雷达与有源定标器间的距离抛物线函数曲线进行拟合比对得到实测情况下的星载雷达距离抛物线函数。
7.根据权利要求6所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法，其特征在于，所述实测情况下的星载雷达距离抛物线函数为:
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法，其特征在于，各步骤中的数据存储于有源定标器的数据存储单元中。
9.根据权利要求1-7任一项所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法，其特征在于，理想状态下星载雷达与有源定标器间的距离关系为:
【文档编号】G01S7/40GK103792519SQ201410013535
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】王彩云, 郭伟, 万珺之, 赵飞, 何佳宁, 谌华, 蔡朋飞 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心