分米級USB 測距在GEO 衛(wèi)星定軌中的應用

陳建榮，李俊峰，李少敏，劉 蓉

（1. 清華大學航天航空學院，北京 100084；2. 宇航動力學國家重點實驗室，西安 710043）

隨著對地觀測技術和應用需求的快速發(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)星的觀測幾何強度較差[1]；需要頻繁地實施機動控制對GEO 進行位置保持，這些給GEO 精密定軌預報帶來一定難度[2]。

國內外對GEO測定軌展開了新技術理論研究和實驗[3]。當前，GEO 常用測控手段是測距精度為m 級USB 設備[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。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答機，將新研制的地面高精度測距試驗樣機（NUSB）接入三亞（SY）、喀什（KS）、青島（QD）USB 系統(tǒng)，借用USB 設備天線伺饋及信道分系統(tǒng)，開展了7天測定軌在軌試驗。

本文針對S 波段高精度測距試驗數據，建立了高精度測距模型，分析了試驗測距數據對于GEO 的定軌精度影響。

1 新S 波段統(tǒng)一擴頻測距數據

分米級測距試驗樣機的測距數據R 為：

式中，R_0 為設備最大無模糊距離內的原始距離測量值；R_0g 為地面設備距離零值；R_01g 為地面設備距離零值附加修正量；R_s 為衛(wèi)星應答機零值；R_s1為衛(wèi)星應答機零值附加修正量；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 兩站的地面設備零值R_0g 是采用標校塔標校得到的，而KS 站的設備地面零值填入的是實時的R_srev/2（R_srev 為偏饋校零的雙程距離）。

2 定軌試驗與分析

2017年9月18日-25日開展測定軌試驗。首先利用精度約為10.0m[5]的弱GPS 定軌結果檢驗測距數據。圖1給出了測距數據的觀測數據與計算真值之間的互差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定軌結果為基準，三站測距數據的O-C

利用7天測距，固定SY 系統(tǒng)誤差為0.0m，估計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)誤差遠大于其他兩站的，是因為測量設備通過偏饋完成實時校零，無法精確獲得設備地面零值。

圖2 是NUSB 和USB 數據分別定軌的殘差RMS。結果表明，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數據分別定軌的殘差

圖3給出兩天數據定軌與標準軌道比較的偏差，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（與標準軌道比較）（1σ，單位：m）

3 結束語

針對GEO 衛(wèi)星開展高精度測距測定軌試驗。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。結果顯示測距殘差優(yōu)于50cm，滿足樣機的設計指標；與標準軌道比較，三維位置平均偏差為8.95m（1σ）。