无线电干涉测量中的稳健相位解卷绕算法研究

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无线电干涉测量是深空导航中的一项重要测量手段,相比于传统的无线电测距、测速等视向测量,具有作用距离远、测角精度高的切面测量优势。无线电干涉测量的核心是提取信号抵达不同测站的时延差,进而获得信号源相对于干涉基线的角位置。干涉时延通常分为群时延和相时延。相时延具有分辨率高、测量噪声低等优势,然而想要获取准确的相时延会遇到一个难题——干涉相位解卷绕。相位解卷绕的准确性对相时延精度有着重要影响。本文首先完成了预测修正与基于相位跳变区划分的两种算法设计,然后利用北京航天飞行控制中心连线干涉测量系统(BACC-CEI)进行了长时连续干涉测量与短时差分干涉测量等实验,对实际数据进行相位干涉处理。其中,根据无线电干涉测量实验实况,利用实验数据验证了常见相位解卷绕算法与本文提出的相位解卷绕算法,从而验证了本文提出的相位解卷绕算法在实际实验中的稳健性。针对长时连续干涉测量,本文分别使用了三种算法进行干涉相位解卷绕,并比较结果:1.经典的解卷绕算法。这种算法基于对相邻卷绕相位的差值判断,如果相邻相位之差的绝对值大于一个阂值(通常是π),则对后一个相位点之后的所有相位均增加或减少2π。这种方法算法简单,处理迅速,但是在低信噪比的情况下容易发生错误的解卷绕,造成误差的传递。2.基于预测修正的算法。这种算法是从一些高信噪比的相位点出发向两侧进行解卷绕,并根据趋势预测下一点的相位值。如果预测值和实测值的相位差的卷绕的绝对值大于某个阂值,则使用预测值作为下一点的相位,否则使用实测值解卷绕。这种方式是我们对经典相位解卷绕的改进算法,它处理速度稍慢,但对噪声的处理已经有了很大的提升。3.基于相位跳变区划分的相位解卷绕算法。这种算法是利用一个概率条件,把卷绕相位划分为相位跳变区和非相位跳变区。然后把各个非相位跳变区通过整体加减2π的方式解卷绕,再对各段中间的相位跳变区通过拟合的方式解卷绕,最后通过滤波的方法整体降噪。这种算法速度比上两种都稍慢,但是很好的解决了误差的累积效应。针对短时差分干涉测量,对同一个航天器或射电源来说,它的观测弧段在时间上是间断的、在相位上是不连续的。相邻的观测弧段的相位差远远大于2π。针对这种情况,本文提出了两种方法:一种是相邻观测弧段都向中间拟合,判断它们在中间点的拟合相位差,从而把整个观测弧段向上或向下平移2π的整数倍;另一种方式是通过精密星历进行辅助。其中方法1为通用方法,方法2仅适用于具有精密星历的标校卫星相位干涉测量。
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