陳建榮，李俊峰，李少敏，劉 蓉

（1. 清華大學(xué)航天航空學(xué)院，北京 100084；2. 宇航動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710043）

隨著對地觀測技術(shù)和應(yīng)用需求的快速發(fā)展，米級至厘米級的定軌精度需求日益凸顯。由于地理位置的影響，GEO 衛(wèi)星的觀測幾何強(qiáng)度較差[1]；需要頻繁地實(shí)施機(jī)動控制對GEO 進(jìn)行位置保持，這些給GEO 精密定軌預(yù)報(bào)帶來一定難度[2]。

國內(nèi)外對GEO測定軌展開了新技術(shù)理論研究和實(shí)驗(yàn)[3]。當(dāng)前，GEO 常用測控手段是測距精度為m 級USB 設(shè)備[4]，其定軌精度為百米量級，可以完成衛(wèi)星常規(guī)測控任務(wù)。為提高USB 測距精度，利用SJ-17衛(wèi)星上搭載的S 頻段非相干高精度測距應(yīng)答機(jī)，將新研制的地面高精度測距試驗(yàn)樣機(jī)（NUSB）接入三亞（SY）、喀什（KS）、青島（QD）USB 系統(tǒng)，借用USB 設(shè)備天線伺饋及信道分系統(tǒng)，開展了7天測定軌在軌試驗(yàn)。

本文針對S 波段高精度測距試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了高精度測距模型，分析了試驗(yàn)測距數(shù)據(jù)對于GEO 的定軌精度影響。

1 新S 波段統(tǒng)一擴(kuò)頻測距數(shù)據(jù)

分米級測距試驗(yàn)樣機(jī)的測距數(shù)據(jù)R 為：

式中，R_0 為設(shè)備最大無模糊距離內(nèi)的原始距離測量值；R_0g 為地面設(shè)備距離零值；R_01g 為地面設(shè)備距離零值附加修正量；R_s 為衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)零值；R_s1為衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)零值附加修正量；R_atm 為大氣折射修正量；R_phase 為天線相位中心修正。其中QD 和SY 兩站的地面設(shè)備零值R_0g 是采用標(biāo)校塔標(biāo)校得到的，而KS 站的設(shè)備地面零值填入的是實(shí)時(shí)的R_srev/2（R_srev 為偏饋校零的雙程距離）。

2 定軌試驗(yàn)與分析

2017年9月18日-25日開展測定軌試驗(yàn)。首先利用精度約為10.0m[5]的弱GPS 定軌結(jié)果檢驗(yàn)測距數(shù)據(jù)。圖1給出了測距數(shù)據(jù)的觀測數(shù)據(jù)與計(jì)算真值之間的互差O-C，可以看出，三站存在明顯的系統(tǒng)誤差，KS 測距系統(tǒng)誤差明顯大于QD 和SY 的系統(tǒng)誤差。

圖1 以弱GPS定軌結(jié)果為基準(zhǔn)，三站測距數(shù)據(jù)的O-C

利用7天測距，固定SY 系統(tǒng)誤差為0.0m，估計(jì)QD 和KS 系統(tǒng)差分別為-2.76m 和-20.72m。QD、KS 和SY 測距殘差分別為41.91cm、31.81cm 和50.35cm。KS 系統(tǒng)誤差遠(yuǎn)大于其他兩站的，是因?yàn)闇y量設(shè)備通過偏饋完成實(shí)時(shí)校零，無法精確獲得設(shè)備地面零值。

圖2 是NUSB 和USB 數(shù)據(jù)分別定軌的殘差RMS。結(jié)果表明，USB 在1.24m 和4.33m 之 間，NUSB 從21.0cm 變 化 到32.0cm。NUSB 的測量精度明顯高于USB。

圖2 NUSB和USB數(shù)據(jù)分別定軌的殘差

圖3給出兩天數(shù)據(jù)定軌與標(biāo)準(zhǔn)軌道比較的偏差，其中徑向軌道平均偏差優(yōu)于1.0m，切向平均偏差為7.04m，法向平均偏差小于5.0m，三維位置平均偏差為8.95m。

圖3 定軌誤差（與標(biāo)準(zhǔn)軌道比較）（1σ，單位：m）

3 結(jié)束語

針對GEO 衛(wèi)星開展高精度測距測定軌試驗(yàn)。本文建立了高精度測距模型，分析了系統(tǒng)誤差對定軌精度的影響。結(jié)果顯示測距殘差優(yōu)于50cm，滿足樣機(jī)的設(shè)計(jì)指標(biāo)；與標(biāo)準(zhǔn)軌道比較，三維位置平均偏差為8.95m（1σ）。