同步轨道共位卫星差分CEI测量技术

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1、空间电子技术70SPACEELECTRONICTECHNOLOGY2011年第4期①同步轨道共位卫星差分CEI测量技术陈文全，杨现金(中国电子科技集团公司第27研究所，郑州450007)摘要:同步轨道卫星共位是指在一个地球同步轨道±0．1°的窗口上放置2颗或2颗以上的卫星。文章介绍了同步轨道卫星多星共位的必要性和差分连接端站干涉测量的原理，对同步轨道共位卫星位置测量精度进行分析，得出结论:差分连接端站干涉测量技术能够满足同步轨道共位卫星位置测量的要求。关键词:地球同步轨道卫星;多星共位;差分连接端站干涉测量0引言1差分CEI测量基本原理地球同

2、步轨道卫星具有相对于地球为“静止”CEI是一个通过光纤连接的短基线干涉测量系的特点，可以有效地利用它为通信、数据传输、电视统。短基线干涉提供了一些操作的有利条件，通过广播、气象、海洋探测、导航和军事等各种行业和科光纤连接2个天线，构成实连线干涉，允许有共同的学研究服务，已发挥出明显的作用并创造了巨大的时钟和频率标准提供给2个天线，实现全相干测量。经济效益。由于同步卫星在许多领域里的广泛应光纤链路也可以用作数据传输，从而实现实时相关用，导致了同步轨道上卫星数目的不断增加。截至处理。这样就可以不用记录到磁带或磁盘上，允许2005年，地球同步轨道附

3、近约60km宽的区域内共实时相关和准实时把跟踪观测数据发送到导航滤波［1］有卫星1120个。随着各国对同步轨道卫星需求器。实时处理可以改进系统的可靠性并提供实时校的增加，同步轨道位置会日趋紧张，提高地球同步轨正条纹。在相对较短的基线上，实现与长基线干涉道弧段利用率越来越受到各国的重视。仪相当的测角精度，而且它不需要长时间连续的数同步轨道多星共位可以解决同步轨道卫星需求据弧段。这种实时处理能力的优点是可靠性高和可的增长，可以提高地球同步轨道弧段利用率。所谓实时发送导航数据。短基线两站具有较长的共同可“多星共位”，就是在东西、南北方向均为±0．1

4、°窗口见目标的时间和较高的仰角。这样，更容易安排观［2］放置2颗或2颗以上的同步卫星。上世纪80年测计划和降低传输介质的影响。代末到90年代初，ESA的Olympus通信卫星与德国CEI属于角度测量系统，可用于航天器的导航［3］1颗、法国2颗卫星共位运行。1992年，德国科学测量。2个地面站被动接收同一个无线电信号源，家提出了在同一轨道窗口内放置7颗同步卫星的方参照共同的参考频率得到两站所收信号的相位差，案设想。随着在同一窗口放置的卫星数目增多，卫由此导出信号源到两站的距离差(DOR);结合两站星间碰撞的可能性也会增大。为了避免共位卫星飘的高

5、精度基线长度，从而获得导航所需的信号源至逸出窗口和发生碰撞，需要精确测量它们的绝对位基线的方向角θ，利用2条非平行的基线，可以测得置和相对位置。目前，高精度同步轨道卫星绝对位［4］飞行器的2个方向角的测量值，如图1所示。对置测量主要采用相距几千公里的多个测量站测距、测速完成，相对位置主要采用星间微波、激光测量方于共位卫星的测量可以增加一个测距信息，如采用式。星间微波、激光测量方式需要星上装载测量设一主两副的CEI系统，主站发出上行信号，通过共位备，在已经在轨的卫星上不能实现。采用差分连接卫星转发后，主站和2个副站同时接收转发下来的端站干涉(C

6、EI)技术，可以高精度测量共位卫星的信号。一方面，主站通过收发信号的时延，得到主站绝对位置和相对位置。到共位卫星的距离(R);另一方面，通过比较主副站接收信号的相位延迟，得到共位卫星到主副站的距①收稿日期:2010-07-28;修回日期:2010-10-09。2011年第4期陈文全，等:同步轨道共位卫星差分CEI测量技术71离差r，从而形成Rr1r2测量体制(也称为Rlm测量体射电星至测控站1和测控站2的距离测量值制，r1=l×D1，r2=m×D2，Di为主副站之间的基线ρ1A、ρ2A分别为:长度)。该测量体制要求站间基线不能长(几十公ρ1A

7、=R1A+c(τS1A+τc1+τd1A)(1)里到100多公里)，站间要求有同一时钟参考频率，ρ2A=R2A+c(τS2A+τc2+τd2A)(2)或要求非常高的时钟同步精度。航天器至测控站1和测控站2的距离测量值ρ1B、ρ2B分别为:ρ1B=R1B+c(τS1B+τc1+τd1B)(3)ρ2B=R2B+c(τS2B+τc2+τd2)(4)目标A到两测量站的距离差DORA为:DORA=ρ1A－ρ2A=(R1A－R2A)+c［(τS1A－τS2B)+(τc1－τc2)+(τd1A－τd2B)］(5)同理，ΔDORA=ρ1A－ρ2A=(R1A－

8、R2A)+图1CEI测量原理示意图c［(τS1A－τS2A)+(τc1－τc2)+(τd1A－τd2A)］(6)采用CEI对同步卫星的绝对位置测量，由于存ΔDOR=