一种星间测距的方法、系统、电子设备及介质与流程

本发明涉及星间测控测量领域，特别是涉及一种星间测距的方法、系统、电子设备及介质。

背景技术：

1、地球重力场及其时变反映地球表层及内部物质的空间分布、运动和变化，同时决定着大地水准面的起伏和变化。因此，确定地球重力场的精细结构及其时变不仅是大地测量学、海洋学、空间科学等的需求，同时也将为寻找资源、保护环境和预测灾害提供重要的信息资源。卫星重力测量系统主要采用高轨卫星跟踪低轨卫星(高低跟踪)、低轨卫星跟踪低轨卫星(低低跟踪)、卫星重力梯度等方式探测地球重力场。其中，grace/grace follow-on卫星采用高低跟踪和低低跟踪相结合的方式(简称低低跟踪重力卫星)探测地球重力场。k波段星间测距仪(k-bandranging instrument，kbr)作为低低跟踪重力卫星的核心载荷，用于以微米级精度观测两星相对距离及其变率，联合加速度计观测到的非保守力数据，卫星的精密轨道和姿态数据，进而反演地球重力场。因此，精确获取重力卫星载荷观测信息是确定高精度地球重力场的前提。对于kbr测距仪数据预处理，星间测距本质上是时间的测量，因此双星时间同步至关重要。同时，星上kbr测距仪为了保证相位观测量数值精度，kbr相位观测量累积到一定值会扣除一个常数(即相位缠绕)，当下传到地面进行事后处理时，需要对相位缠绕进行恢复，相位缠绕处理不当也会引入数值误差，影响最终产品精度。

2、传统的时标处理方法是对观测量时标直接进行钟差改正，然后进行插值和重采样等数据处理，从而实现双星时间同步。同时，对观测量中的相位缠绕直接进行改正恢复k和ka数据的连续性。然而，kbr观测量精度达到微米量级，直接对时标和相位缠绕进行改正会引入数值误差。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种星间测距的方法、系统、电子设备及介质，能够提高k波段星间测距仪对星间距离测量的准确性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种星间测距的方法，所述方法包括：

4、根据低低跟踪重力测量卫星的kbr 1a级数据，提取频段观测量；所述频段观测量包括k频段观测量和ka频段观测量；

5、根据预设数值精度，对每一所述频段观测量的时间标识进行拆分，得到对应的虚拟时标和虚拟钟差；其中，所述虚拟时标为所述时间标识中符合所述预设数值精度要求的部分；所述虚拟钟差为所述时间标识中不符合所述预设数值精度的部分；

6、对所述虚拟时标对应的频段观测量进行异常值剔除和数据补齐，得到预处理频段观测量；

7、根据所述预处理频段观测量的时间标识和所述虚拟钟差，将所述预处理频段观测量转换为gnss时标对应的频段观测量；

8、对所述gnss时标对应的频段观测量进行重采样，得到时标对齐的频段观测量；

9、根据时标对齐的所述频段观测量，应用双向单程测距，计算星间距离。

10、可选地，对所述虚拟时标对应的频段观测量进行异常值剔除和数据补齐，得到预处理频段观测量，具体包括：

11、确定所述虚拟时标对应的频段观测量中周跳观测量和对应的第一时间标识以及粗差观测量和对应的第二时间标识；

12、剔除所述虚拟时标对应的频段观测量中的粗差观测量，得到无粗差频段观测量；

13、应用插值算法，得到所述无粗差频段观测量中所述第二时间标识对应的第一插值观测量，并将所述无粗差频段观测量和所述第一插值观测量作为第一修正观测量；

14、根据所述第一时间标识对所述第一修正观测量进行数据分段，得到第二修正观测量；

15、确定所述第二修正观测量中值为零的观测量对应的时间标识，得到第三时间标识；

16、将所述第三时间标识中连续时间标识组成的时间段的长度大于预设时间阈值时，根据所述时间段对所述第二修正观测量进行数据分段，得到第三修正观测量；

17、对所述第三修正观测量中值为零的观测量应用插值算法，得到第二插值观测量，并将所述第三修正观测量和所述第二插值观测量作为预处理观测量。

18、可选地，在执行“对所述虚拟时标对应的频段观测量进行异常值剔除和数据补齐，得到预处理频段观测量”之前，还包括：

19、将所述虚拟时标对应的频段观测量的相邻历元观测量作差，得到差值；

20、当所述差值的绝对值大于相位缠绕阈值时，所述相邻历元观测量为相位缠绕观测量；

21、统计所述相位缠绕观测量的个数，得到相位缠绕的截断次数。

22、可选地，根据时标对齐的所述频段观测量，应用双向单程测距，计算星间距离，具体包括：

23、根据时标对齐的所述频段观测量，确定卫星的差分相位测量值；所述卫星的差分相位测量值包括第一卫星的差分相位测量值、第二卫星的差分相位测量值、标称接收时间、第一卫星的钟误差、第二卫星的钟误差、第一卫星的本地参考相位信号、第一卫星接收到的第二卫星相位信号、第二卫星的本地参考相位信号、第二卫星接收到的第一卫星相位信号、第一卫星整周模糊度、第二卫星整周模糊度、第一卫星电离层延迟、第二卫星电离层延迟、第一卫星相位缠绕的截断次数和第二卫星相位缠绕的截断次数；

24、根据所述卫星的差分相位测量值，应用双向单程测距，计算星间距离。

25、可选地，所述双向单程测距的公式为：

26、

27、其中，是卫星a的差分相位测量值，是卫星b的差分相位测量值，t是标称接收时间，δta，δtb是两颗卫星的钟误差，为卫星a的本地参考相位信号，为卫星a接收到的b星相位信号，为卫星b的本地参考相位信号，为卫星b接收到的a星相位信号，是卫星a的整周模糊度，是卫星b的整周模糊度，为卫星a的电离层延迟，为卫星b的电离层延迟，是a星k频点相位缠绕b星的截断次数，是b星k频点相位缠绕a星的截断次数，为a星残余误差，为b星残余误差，w为常数。

28、可选地，在执行“对所述gnss时标对应的频段观测量进行重采样，得到时标对齐的频段观测量”之前，还包括：

29、对所述gnss时标对应的频段观测量进行低通滤波。

30、一种星间测距的系统，应用于上述的星间测距的方法，所述系统包括：

31、提取模块，用于根据低低跟踪重力测量卫星的kbr 1a级数据，提取频段观测量；所述频段观测量包括k频段观测量和ka频段观测量；

32、第一时标转换模块，用于根据预设数值精度，对每一所述频段观测量的时间标识进行拆分，得到对应的虚拟时标和虚拟钟差；其中，所述虚拟时标为所述时间标识中符合所述预设数值精度要求的部分；所述虚拟钟差为所述时间标识中不符合所述预设数值精度的部分；

33、预处理模块，用于对所述虚拟时标对应的频段观测量进行异常值剔除和数据补齐，得到预处理频段观测量；

34、第二时标转换模块，用于根据所述预处理频段观测量的时间标识和所述虚拟钟差，将所述预处理频段观测量转换为gnss时标对应的频段观测量；

35、重采样模块，用于对所述gnss时标对应的频段观测量进行重采样，得到时标对齐的频段观测量；

36、计算模块，用于根据时标对齐的所述频段观测量，应用双向单程测距，计算星间距离。

37、一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述的星间测距的方法。

38、一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的星间测距的方法。

39、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

40、本发明提供的一种星间测距的方法，通过引入虚拟时标，将时标为整数部分和小数部分单独处理，避免数据插值和重采样过程中，由于时标舍入误差造成数据插值或者拟合误差，进一步地，依据双星kbr1a观测量的特性，隐式消除相位缠绕，从而避免相位缠绕直接改正引入的数值误差，提高了应用k波段星间测距仪对星间距离测量的准确性。