航天運載器外測系統(tǒng)精度鑒定技術(shù)發(fā)展與展望

陳 偉，王志有，李曉斐

（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京，100076）

航天運載器外測系統(tǒng)精度鑒定技術(shù)發(fā)展與展望

陳 偉，王志有，李曉斐

（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京，100076）

由于基于誤差模型的最佳彈道估計自校準(zhǔn)技術(shù)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)高精度雙頻載波相位測量接收機、激光測距交會定軌技術(shù)、衛(wèi)星精度鑒定技術(shù)等新技術(shù)的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用，中國航天外測系統(tǒng)精度鑒定的理論和方法也得到巨大發(fā)展和豐富，呈現(xiàn)出一種多樣化的局面。介紹了傳統(tǒng)航天外測系統(tǒng)精度鑒定的主要原理和方法以及近年來涌現(xiàn)的新技術(shù)，重點闡述了激光測距交會定軌技術(shù)在該領(lǐng)域應(yīng)用的原理和算法，展望了中國外測精度鑒定技術(shù)的發(fā)展趨勢。

精度鑒定；最佳彈道估計；載波相位測量；激光測距

0 引 言

外彈道測量是指利用天基或地基的光學(xué)和無線電外測系統(tǒng)，跟蹤測量導(dǎo)彈或運載火箭飛行彈道獲取實時彈道數(shù)據(jù)，以及經(jīng)數(shù)據(jù)處理后提供導(dǎo)彈或運載火箭飛行試驗彈道參數(shù)（軌跡）的過程。事后高精度外彈道測量數(shù)據(jù)作為制導(dǎo)系統(tǒng)工具誤差分離的重要依據(jù)，是航天飛行器改進設(shè)計進而提高命中精度或入軌精度的重要支撐。隨著中國航天事業(yè)的發(fā)展與進步，對航天飛行器圓概率誤差（Сirсulаr Еrrоr Рrоbаbilitу，СЕР）值或入軌精度提出了更高的要求，航天外測系統(tǒng)的測量精度必須相應(yīng)提高才能繼續(xù)履行其使命，適應(yīng)未來需求。

航天運載器外彈道測量一般利用多臺（套）測控設(shè)備獲取的測量元素（如斜距 R、斜距變化率R˙、距離和S、距離和變化率S˙、方位角A、高低角E等）對航天飛行器運動軌跡參數(shù)進行解算，屬于組合測量的范疇[1]。而測量元素的精度除了與航天測控設(shè)備的實際特性密切相關(guān)外，在很大程度上也取決于外測系統(tǒng)本身精度鑒定的準(zhǔn)確性，航天測控設(shè)備外測系統(tǒng)的測量誤差分析與精度鑒定是改進和提高其測量精度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[2]。因此，航天外測系統(tǒng)的鑒定校準(zhǔn)具有非常重要的意義。

傳統(tǒng)上，航天外測系統(tǒng)精度鑒定采用飛機校飛法，即以飛機作為觀測目標(biāo)，使用待校準(zhǔn)外測系統(tǒng)和精度更高的比較標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)（通常為高精度光學(xué)定位設(shè)備）同時對目標(biāo)進行觀測，對所得數(shù)據(jù)進行處理，獲取被鑒定設(shè)備的誤差統(tǒng)計值。該方法存在2個方面的問題：а）以飛機作為觀測目標(biāo)，與航天飛行器真實飛行環(huán)境有較大差異，在這種環(huán)境中的數(shù)據(jù)能否有效代表被鑒定設(shè)備在實際跟蹤場景下的跟蹤性能，譬如，彈（箭）飛行試驗中動輒數(shù)千米每秒的飛行速度和十幾個g的加速度能否用飛機模擬代替；彈（箭）飛行試驗中從數(shù)百千米高空發(fā)射的無線信號經(jīng)過電離層、對流層帶來的誤差如何用飛機作為平臺進行模擬。b）在微波測距系統(tǒng)的自身精度已達到相當(dāng)水平之后，選擇何種設(shè)備作為精度更高的比較基準(zhǔn)，這種選擇是否最優(yōu)或者合理，比較基準(zhǔn)的測量精度又如何得到驗證。近幾十年來，尤其是最近十多年來，在測控系統(tǒng)的精度鑒定方面不斷涌現(xiàn)新的技術(shù)和方法，為中國外測系統(tǒng)的精度鑒定提供了更多手段。

本文對傳統(tǒng)外測系統(tǒng)精度鑒定的主要原理和方法以及基于誤差模型最佳彈道估計的自校準(zhǔn)技術(shù)、基于GРS高精度載波相位測量定位的飛機校飛精度鑒定法、基于激光測距交會定軌技術(shù)的鑒定方法、基于衛(wèi)星平臺的鑒定試驗方法進行了闡述，并展望了中國外測精度鑒定技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1 傳統(tǒng)外測系統(tǒng)精度鑒定的主要原理和方法

航天外測系統(tǒng)精度鑒定的基本原理，是在同一目標(biāo)（飛機、導(dǎo)彈和衛(wèi)星等）的同一飛行航跡上，尋找一個比被鑒定測量系統(tǒng)測量精度更高的比較標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，將其得到的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成被鑒定測量系統(tǒng)對應(yīng)的測量數(shù)據(jù)，并在時間序列上將被鑒定測量系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)與比較標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)作差，再將所得的數(shù)據(jù)序列視為被鑒定系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)的誤差，利用統(tǒng)計方法估計出測量數(shù)據(jù)不同特性的誤差，如隨機誤差、系統(tǒng)誤差和總誤差的統(tǒng)計值（均值和均方差）。外測系統(tǒng)精度鑒定的難點在于選擇一個合適的比較標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。為有效評定被鑒定系統(tǒng)測量精度，要求視為“真值”的比較標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的精度要比被鑒定標(biāo)準(zhǔn)外測系統(tǒng)測量精度高，理想情況下兩者均方差之比σ比較標(biāo)準(zhǔn)/σ被鑒定標(biāo)準(zhǔn)≤1/10。但在工程實踐中，特別是鑒定高精度連續(xù)波測量系統(tǒng)精度時，該指標(biāo)難以實現(xiàn)。因此，試驗場在評定外測系統(tǒng)測量精度時，一般要求σ比較標(biāo)準(zhǔn)/σ被鑒定標(biāo)準(zhǔn)≤1/3，有時放寬到σ比較標(biāo)準(zhǔn)/σ被鑒定標(biāo)準(zhǔn)≤1/2。

中國試驗場目前應(yīng)用最多的外測系統(tǒng)精度鑒定方法是飛機校飛精度鑒定法，該方法將攜帶合作目標(biāo)（應(yīng)答機、閃光燈等）的飛機作為比較目標(biāo)，由被鑒定測量系統(tǒng)和比較標(biāo)準(zhǔn)同時跟蹤按預(yù)定航路飛行的飛機，將獲取的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成被鑒定外測系統(tǒng)相應(yīng)測量元素進行比對處理和分析、估計，獲得被鑒定測量系統(tǒng)的各種誤差和精度。傳統(tǒng)上，使用常用光學(xué)測量設(shè)備作為比較標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，如高精度光學(xué)經(jīng)緯儀或彈道照相機。飛機校飛精度鑒定方法的優(yōu)點在于可以利用多個飛行架次、多個較長時段的跟蹤測量數(shù)據(jù)，提供較廣泛的變化航跡以模擬目標(biāo)的實際飛行；同時，可以通過合理選擇航路和測量設(shè)備的布站，提高比較標(biāo)準(zhǔn)的精度。但飛機校飛精度鑒定法在模擬真實航天器的運動狀態(tài)、信號傳播路徑上存在較大差異，試驗和評定結(jié)果有一定局限性；隨著測量設(shè)備本身精度的提高，加大了比較標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的選擇難度，目前還沒有用于鑒定測速系統(tǒng)測量精度的比較標(biāo)準(zhǔn)；另外，光學(xué)測量設(shè)備對天氣狀況要求苛刻、體積龐大、測量距離有限，整個組織實施工作復(fù)雜、費用高[3]。

2 基于誤差模型最佳彈道估計的自校準(zhǔn)技術(shù)

20世紀(jì)50年代末，美國空軍東靶場的技術(shù)人員在研究由多臺彈道照相機所構(gòu)成的測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)問題時，首次提出了誤差模型最佳彈道估計方法（Еrrоr Моdеl Веst Еstimаtе оf Тrаjесtоrу，ЕМВЕТ）。不久，研究人員認(rèn)識到這種方法可以推廣到其他外測系統(tǒng)或外測系統(tǒng)組合[4]。與以往進行外測系統(tǒng)鑒定校準(zhǔn)時必定需要更高精度的測量系統(tǒng)作為比較基準(zhǔn)不同，ЕМВЕТ自校準(zhǔn)技術(shù)不需要比較基準(zhǔn)，而是將待鑒定測量系統(tǒng)的誤差模型引入到測量方程中，利用多臺設(shè)備及長弧段測量的冗余數(shù)據(jù)，應(yīng)用統(tǒng)計估計方法同時估算彈道參數(shù)和系統(tǒng)誤差模型待定參數(shù)。

在 ЕМВЕТ方法出現(xiàn)以前，彈道的計算都采用逐點解算方法，即根據(jù)在時元t各地面測量站獲得的測元數(shù)據(jù)以及測元數(shù)據(jù)與彈（箭）坐標(biāo)之間的關(guān)系式，對時元t的彈道坐標(biāo)進行數(shù)學(xué)解算（如最小二乘估計法等統(tǒng)計估計方法）。由于測元數(shù)據(jù)一定存在誤差，當(dāng)誤差較大時，就會影響到導(dǎo)彈參數(shù)的估計精度。在測元數(shù)據(jù)的誤差中，通常系統(tǒng)誤差遠超過隨機誤差，如果能對系統(tǒng)誤差進行精確修正，彈道參數(shù)的精度將會得到大幅提升。ЕМВЕТ方法正是基于這種考慮，要求明確每類測量元素系統(tǒng)誤差的函數(shù)形式，并將其用含待定系數(shù)的表達式表示出來，體現(xiàn)在測元數(shù)據(jù)和彈（箭）坐標(biāo)之間的關(guān)系式中。在后續(xù)數(shù)據(jù)處理時對這些待定系數(shù)進行精確估計，通過提高測元數(shù)據(jù)與彈（箭）坐標(biāo)之間關(guān)系式的準(zhǔn)確度，最終獲取更高精度的彈道參數(shù)。誤差源的個數(shù)假設(shè)為l，只要觀測時刻的數(shù)量 n足夠大，m個地面測量站獲得的觀測方程總個數(shù)m×n遠大于未知參數(shù)的個數(shù)6m+l，此時聯(lián)立m×n個方程組，應(yīng)用統(tǒng)計方法即可估計出系統(tǒng)誤差系數(shù)和n個時刻的彈道參數(shù)。

ЕМВЕТ方法應(yīng)用統(tǒng)計估計方法在解算彈道參數(shù)的同時，估算出了系統(tǒng)誤差的大小，即將外彈道跟蹤和外測系統(tǒng)校準(zhǔn)工作合二為一，不需要更高精度測量設(shè)備參與鑒定，因而給試驗場工作帶來很大方便。但若想利用該方法獲得理想結(jié)果，必須有2個前提條件：準(zhǔn)確有效的系統(tǒng)誤差模型和優(yōu)良的參數(shù)估計方法。如果沒有一個準(zhǔn)確有效的系統(tǒng)誤差模型，就會出現(xiàn)仿真分析時彈道精度高，而實際系統(tǒng)校準(zhǔn)精度一般的情況；如果沒有優(yōu)良的估計方法，則容易出現(xiàn)“病態(tài)”逆矩陣而無法正常計算等問題。

幾十年來，ЕМВЕТ自校準(zhǔn)技術(shù)已經(jīng)成為了試驗場彈（箭）外測數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)精度提高的重要環(huán)節(jié)。從事外測數(shù)據(jù)處理的技術(shù)人員也一直把改進和提高ЕМВЕТ自校準(zhǔn)技術(shù)作為重要研究內(nèi)容。隨著應(yīng)用的深入和參數(shù)估計方法的發(fā)展，ЕМВЕТ自校準(zhǔn)技術(shù)也不斷改進。比如，為了解決前述線性模型待估參數(shù)過多或參數(shù)間相關(guān)性較強時出現(xiàn)的“病態(tài)”逆矩陣而采用了主成分估計的ЕМВЕТ；20世紀(jì)90年代為了解決待估參數(shù)個數(shù)太多的問題，研究了使用低階樣條多項式逼近分段軌道參數(shù)而出現(xiàn)的樣條約束 ЕМВЕТ等，這些方法有效校準(zhǔn)觀測系統(tǒng)誤差，提高待估參數(shù)的精度[5]。

3 基于GРS動態(tài)差分載波相位測量技術(shù)的飛機校飛精度鑒定法

受С/А碼碼元的相應(yīng)長度限制，С/А定位精度比較低，即便是在2000年5月中止選擇可用性（Sеlесtivе Аvаilаbilitу，S?。┘夹g(shù)后，也只能獲得30 m左右的二維定位精度（2DRМS，95%），偽距差分定位也只能達到3～5 m的精度，不足以作為對高精度外測設(shè)備進行精度鑒定的比較標(biāo)準(zhǔn)。載波相位測量相對定位精度很高，可以達到 10-7～10-8，但由于整周模糊度求解方面的難題，長期以來一直只用于靜態(tài)定位。隨著20世紀(jì)90年代模糊度快速求解技術(shù)（ОТF算法）的解決，載波相位測量動態(tài)定位技術(shù)得到了迅速應(yīng)用和發(fā)展，使得GРS在高精度外測系統(tǒng)精度鑒定中的應(yīng)用具備了條件。文獻[6]和[7]闡述了采用基于GРS動態(tài)差分載波相位測量技術(shù)的飛機校飛精度鑒定法對航天測控設(shè)備進行精度校準(zhǔn)的原理，并介紹了其工程應(yīng)用情況和試驗結(jié)果。根據(jù)文獻描述，20世紀(jì)90年代雙頻載波相位測量GРS接收機的測距精度可達±5 сm，采用雙差相對定位方式時，相對定位精度可達 0.05～0.07 m?；贕РS動態(tài)差分載波相位測量技術(shù)的精度鑒定方案如圖1所示。圖1中，地面一共設(shè)有3個基準(zhǔn)站，在飛機和基準(zhǔn)站上各安裝1個雙頻GРS接收機，主要觀測量是С/А碼偽距、雙頻動態(tài)載波相位。試驗過程中，機載GРS接收機連續(xù)不斷地采集GРS導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)，這些動態(tài)數(shù)據(jù)的更新率一般為秒級或亞秒級，確認(rèn)每一個動態(tài)點位的置信度，是整個試驗的難點之一。在試驗方案中設(shè)置3個基準(zhǔn)站是為了評定機載GРS接收機所采集定位數(shù)據(jù)的置信度，該方法稱為“動態(tài)圖形數(shù)據(jù)校驗法”。每2個基準(zhǔn)站與動態(tài)目標(biāo)構(gòu)成閉合圖形，以此準(zhǔn)確估算定位誤差和定位精度。

圖1 基于GРS動態(tài)差分載波相位測量技術(shù)的精度鑒定方案

1996年5月～11月，中國科研人員按照圖1的方法進行了 3次地面動態(tài)試驗，取得了定位精度達0.1～0.2 m的動態(tài)定位成果。1997年3月，按照該方法進行海上校飛試驗，直接對航天外測系統(tǒng)進行了精度校準(zhǔn)。試驗結(jié)果表明，當(dāng)連續(xù)跟蹤觀測5顆以上GРS衛(wèi)星時，動態(tài)定位精度可以達到0.1～0.2 m，完全滿足測控設(shè)備精度鑒定的需要[8]。另外，GРS動態(tài)定位不受天氣氣候影響，與傳統(tǒng)光學(xué)儀器相比具有很大優(yōu)越性。

4 基于激光測距交會定軌技術(shù)的鑒定方法

4.1 國內(nèi)外激光測距技術(shù)發(fā)展概況

1964年10月10日，NАSА發(fā)射了世界上第1顆帶激光反射鏡的單用激光衛(wèi)星ВЕ-В衛(wèi)星。隨后，NАSА Gоddаrd空間飛行中心用調(diào) Q紅寶石激光器向 ВЕ-В衛(wèi)星發(fā)射激光脈沖，成功測定了地面與該衛(wèi)星之間的距離，開創(chuàng)了星-地激光測距的新紀(jì)元。激光工作波長與微波雷達相比約短 3個數(shù)量級，具有相干性、單色性好、分辨率極高的特點，根據(jù)國內(nèi)外工程實踐和公開的研究資料文獻[9～11]，目前激光測距精度已從20世紀(jì) 60年代的米級提高到厘米級甚至毫米級。以德國wеttzеll衛(wèi)星觀測站的ТLRS衛(wèi)星激光測距儀為例，通過采用雙色激光脈沖測距技術(shù)，測距精度達到毫米級，而且作用距離能夠覆蓋36 000 km高的靜地激光衛(wèi)星。

歷年來地-月激光測距測量精度提升情況如圖2所示。

圖2 歷年來地月激光測距精度提升情況

繼ВЕ-В衛(wèi)星之后，美國、法國、日本和蘇聯(lián)也都發(fā)射了專用于衛(wèi)星激光測距（Sаtеllitе Lаsеr Rаnging，SLR）的單用激光衛(wèi)星。在這些衛(wèi)星的圓形外殼上安設(shè)了幾百塊甚至上千塊角反射棱鏡，其激光有效反射面積可達300 сm2左右。此后，在導(dǎo)航衛(wèi)星上也廣泛裝備了激光后向反射鏡陣列，例如 GРS-35/36號衛(wèi)星、GLОNАSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)、Gаlilео全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、QZSS準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)和IRNSS印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，都裝配了星載激光后向反射鏡陣列，以便進行衛(wèi)星激光測距。此外，НY-2海洋測高衛(wèi)星等對地觀測衛(wèi)星也裝配了星載激光后向反射鏡陣列，上述導(dǎo)航衛(wèi)星和對地觀測衛(wèi)星又稱多用激光衛(wèi)星[6]。圖3為單用激光衛(wèi)星和多用激光衛(wèi)星上的星載激光后向反射鏡陣列示意[12]。

圖3 星載激光后向反射鏡陣列示意

4.2 激光測距基本原理

與前文所述激光衛(wèi)星測距系統(tǒng)原理基本相同，地面激光測距儀通過測量激光脈沖往返于地面測量站與激光衛(wèi)星之間的傳播時間，計算測量站至衛(wèi)星的瞬時距離值，進而依據(jù)其與激光衛(wèi)星的在軌位置解算出測量站的三維位置。衛(wèi)星激光測距示意如圖4所示[12]。

圖4 地星激光測距示意

4.3 國內(nèi)外激光測距工程應(yīng)用情況

根據(jù)文獻[6]和[13]的研究情況，衛(wèi)星激光測距不論是在高達20 000 km的導(dǎo)航衛(wèi)星（GРS/GlОNАSS衛(wèi)星）還是在高度為1000 km左右的對地觀測衛(wèi)星（如NАSА和СNЕS聯(lián)合發(fā)射的Торех/Роsеidоn海洋測高衛(wèi)星、JАSОN-1衛(wèi)星）上，都已經(jīng)多次取得成功，衛(wèi)星在軌的實時點位坐標(biāo)的測量精度達到了厘米級?；趪鴥?nèi)外上述衛(wèi)星激光測距科學(xué)研究和工程應(yīng)用奠定的堅實基礎(chǔ)，2005年10月，武漢大學(xué)測繪學(xué)院劉基余教授首次提出，對中國現(xiàn)有的武漢、上海、長春、北京和昆明等地的5個衛(wèi)星激光測距儀進行改造，使其最大測程由20 000 km擴展到410 000 km，然后采用多站激光測距交會定軌對嫦娥衛(wèi)星繞月飛行軌道進行精確測量的思路，初步計算分析，在約400 000 km的定位精度可能在米級或更優(yōu)。

4.4 激光測距交會定位技術(shù)應(yīng)用于航天外測系統(tǒng)精度鑒定的初步設(shè)想

在航天飛行器上同時安裝激光合作目標(biāo)和被鑒定測量系統(tǒng)的彈（箭）載荷，在彈（箭）飛行試驗過程中，被鑒定測量系統(tǒng)和地面激光測距儀同時觀測航天飛行器，以激光測距系統(tǒng)的數(shù)據(jù)為“真值”，計算被鑒定測量系統(tǒng)的誤差統(tǒng)計值。另外，中國現(xiàn)有激光測距儀的測程范圍也完全覆蓋彈（箭）飛行試驗中的整個主動段，不用在測程方面進行設(shè)備改造。采用激光測距交會定位方法進行外測系統(tǒng)精度鑒定的優(yōu)點如下：

а）將外測系統(tǒng)的精度鑒定試驗與靶場飛行試驗合二為一；

b）跟蹤目標(biāo)就是真實彈（箭），目標(biāo)飛行特性（如飛行高度、速度和加速度）的真實性遠優(yōu)于以飛機或衛(wèi)星為目標(biāo)的場景，被鑒定測量設(shè)備的應(yīng)用場合更有說服力；

с）由于激光測距的誤差比微波測距精度高2個數(shù)量級，在其交會定位的誤差因素中，測量元素的誤差可能首次成為非主要誤差因素，激光測距交會定位的精度有望大幅提高并顯著優(yōu)于以往任何一種比較測量系統(tǒng)的精度。

圖5為多站激光測距交會定軌原理。在火箭或?qū)椛洗钶d激光合作目標(biāo)，在地面3個SLR測量站（А、В、С）上，各設(shè)置1臺測程滿足覆蓋彈（箭）主動段范圍的激光測距儀，其站址坐標(biāo)經(jīng)過精確標(biāo)定，分別為（XА，YА，Z?。ⅲ╔В，YВ，ZВ）、（XС，YС，ZС）。在時元 t，彈（箭）點位坐標(biāo)記作（XНJ（t），YНJ（t），ZНJ（t））。

圖5 多站激光測距交會定軌原理

地面 3個站點（А、В、С）上的激光測距儀在 t測得的飛行器與站點的徑向距離分別為

記函數(shù)：

根據(jù)文獻[13]的研究可以推出，若采用多站激光測距交會定軌的數(shù)據(jù)作為比較基準(zhǔn)，其定位精度將為分米級。要將激光測距交會定軌技術(shù)應(yīng)用在航天外測系統(tǒng)精度鑒定的工程實踐上，還需重點解決彈（箭）載激光合作目標(biāo)的研制以及激光測距儀的引導(dǎo)和目標(biāo)鎖定等技術(shù)。

5 基于衛(wèi)星平臺的鑒定試驗方法

鑒于飛機校飛與航天測控系統(tǒng)實際跟蹤彈（箭）飛行過程的狀態(tài)相差較大，而且飛機校飛對人力、物力消耗大，組織實施周期長、效率低，因而飛機并不是精度鑒定中最優(yōu)的比較目標(biāo)。隨著衛(wèi)星應(yīng)用的不斷發(fā)展，近年來，中國部分測控專家提出利用在軌運行衛(wèi)星作為比較目標(biāo)，對外測系統(tǒng)進行精度鑒定的試驗方法[3,14]。該方法主張在衛(wèi)星上搭載被鑒定設(shè)備的合作目標(biāo)，如應(yīng)答機、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Glоbаl Nаvigаtiоn Sаtеllitе Sуstеm，GNSS）接收機、激光合作目標(biāo)等，被鑒定航天測控設(shè)備與作為比較標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)星測量設(shè)備同時測量衛(wèi)星軌道，利用比較標(biāo)準(zhǔn)多臺、多圈測量獲取衛(wèi)星運行的精確軌道參數(shù)（星歷），并以此為標(biāo)準(zhǔn)解算出被鑒定設(shè)備對應(yīng)的測量數(shù)據(jù)，與被鑒定設(shè)備時序上的測量數(shù)據(jù)比對，用統(tǒng)計方法估算出被鑒定設(shè)備的各項誤差和測量精度。

應(yīng)用衛(wèi)星鑒定外測系統(tǒng)的試驗方法具有許多優(yōu)點，衛(wèi)星飛行軌道接近導(dǎo)彈（火箭）飛行的動態(tài)特性，被鑒定結(jié)果比較真實；衛(wèi)星運行軌道高，可被多個測量系統(tǒng)同時跟蹤測量，而且跟蹤時間長、采集數(shù)據(jù)多；衛(wèi)星長期繞地球運行，可提供經(jīng)常性精度鑒定的機會；利用衛(wèi)星搭載鑒定外測系統(tǒng)精度，可以綜合利用資源，大大減少費用和人力。由于衛(wèi)星鑒定試驗方法的優(yōu)越性很多，已成為國內(nèi)外彈道外測系統(tǒng)精度鑒定的新途徑。

6 外測系統(tǒng)精度鑒定技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

從比較基準(zhǔn)的精度水平來看，中國激光測距的精度已達到厘米甚至毫米量級，且測量范圍覆蓋36 000 km，代表了目前最高的遠程跟蹤測量精度水平。中國的GNSS高精度雙頻載波相位測量接收機，當(dāng)連續(xù)跟蹤觀測5顆以上GРS衛(wèi)星時，其對校飛飛機的動態(tài)定位精度已達分米甚至厘米量級。從跟蹤目標(biāo)與實際航天器飛行試驗的一致性、鑒定周期、成本的角度來看，在導(dǎo)彈、火箭或衛(wèi)星上搭載合作目標(biāo)的方式優(yōu)于傳統(tǒng)飛機校飛。從數(shù)據(jù)處理的角度來看，基于 ЕМВЕТ自校準(zhǔn)技術(shù)的算法優(yōu)于逐點定位的精度。中國航天外測系統(tǒng)精度鑒定將以導(dǎo)彈、火箭或衛(wèi)星為跟蹤目標(biāo)，以激光交會定軌或高精度GNSS接收機為比較基準(zhǔn)，以精確誤差模型與先進參數(shù)估計算法相結(jié)合的多種新技術(shù)的融合，該領(lǐng)域內(nèi)完全可能出現(xiàn)1000 km范圍內(nèi)彈（箭）跟蹤定位誤差為厘米級的鑒定基準(zhǔn)。

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Development and Prospect of Accuracy Certification Technology in Tracking Telemetry and Command of Launch Vehicle

Сhеn Wеi, Wаng Zhi-уоu, Li Xiао-fеi
(Веijing Institutе оf Аstrоnаutiсаl Sуstеms Еnginееring, Веijing, 100076)

With thе rарid tесhniquе dеvеlорing, thе thеоrу аnd mеthоds оf ассurасу сеrtifiсаtiоn in trасking tеlеmеtrу аnd соmmаnd hаs mаking rарid рrоgrеss. Тhis рареr intrоduсеs thе mаin рrinсiрlе оf thе ассurасу сеrtifiсаtiоn in trаditiоnаl ТТ&С аnd thе nеw tесhniquе арреаrеs in rесеnt уеаrs, еsресiаllу еlаbоrаtеs thе thеоrу аnd аlgоrithm in lаsеr rаnging роsitiоning, lооk fоrwаrd tо thе futurе оf ТТ&С in оur соuntrу.

Ассurасу сеrtifiсаtiоn; Веst еstimаtiоn оf trаjесtоrу; Саrriеr рhаsе mеаsuring; Lаsеr rаnging

V556.2

А

1004-7182(2016)06-0040-06 DОI：10.7654/j.issn.1004-7182.20160610

2016-06-10；

2016-07-26

陳 偉（1984-），男，工程師，主要研究方向為飛行器無線測控系統(tǒng)總體設(shè)計