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1、(10)申请公布号 CN 103792519 A (43)申请公布日 2014.05.14 CN 103792519 A (21)申请号 201410013535.2 (22)申请日 2014.01.13 G01S 7/40(2006.01) (71)申请人 中国科学院空间科学与应用研究中 心 地址 100190 北京市海淀区中关村南二条 1 号 (72)发明人 王彩云 郭伟 万珺之 赵飞 何佳宁 谌华 蔡朋飞 (74)专利代理机构 北京五月天专利商标代理有 限公司 11294 代理人 张瑞丰 (54) 发明名称 一种基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在 轨校正方法 (57) 摘要 本发明提出一。
2、种基于有源定标器的星载雷达 时钟漂移在轨校正方法， 通过采用有源定标器对 星载雷达脉冲信号进行跟踪、 接收并转发， 通过对 比有源定标器距离抛物线和星载雷达距离抛物 线， 得出星载雷达的时钟漂移量， 基于此来实现星 载雷达时钟运行状态的实时定量监测。本发明首 次采用一种独立的方法精确测量了星载雷达的时 钟漂移量， 所述方法在星载雷达波束覆盖区域内 任意位置， 星载雷达过境期间任意时刻均可进行 测试， 具有很强的时空灵活性， 通过在地面使用有 源定标器接收脉冲时间间隔作为分析数据， 对有 源定标器无绝对定时基准要求， 同时消除了星载 雷达信号在传输过程中由大气造成的路径误差， 进而能够实时准确的。
3、测量出星载雷达的时钟漂移 量。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书9页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103792519 A CN 103792519 A 1/2 页 2 1. 一种基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法， 其特征在于， 包括以下步 骤 ： 步骤 （1） ： 通过有源定标器跟踪并接收星载雷达的脉冲信号， 并记录每个接收脉冲的到 达时刻， 得到有源定标器接收脉冲时刻序列 ； 步骤 （2） ： 通过有源定标器内部的数据处理模块对有源定标器接收脉冲时刻。
4、序列中的 相邻两点求差值， 得到有源定标器接收脉冲时间间隔序列 Rn+1-Rn； 步骤 （3） ： 通过有源定标器从星载雷达存储记录的数据中读取星载雷达每一个发射脉 冲的时刻， 得到星载雷达发射脉冲时刻序列， 然后将该发射脉冲时刻序列中的相邻两点求 差值， 得到星载雷达发射脉冲时间间隔序列 tn+1-tn； 步骤 （4） ： 通过有源定标器内部的数据处理模块将步骤 （2） 和步骤 （3） 得到的时间间隔 序列变换为星载雷达与有源定标器间的距离之差序列 ； 步骤 （5） ： 对步骤 （4） 得到的距离之差序列进行数据拟合得到以时间 t 为变量的一次直 线函数 ； 步骤 （6） ： 对步骤 （5）。
5、 得到的一次直线函数进行积分得到有源定标器距离抛物线， 星载 雷达时钟漂移误差使所述有源定标器距离抛物线的对称轴位置较理想状态下距离抛物线 的对称轴位置发生偏移 ； 步骤 （7） ： 从星载雷达存储记录的数据中读取星载雷达每一个发射脉冲的时刻和对应 的每一个接收脉冲的时刻， 并用每一个接收脉冲时刻减去对应的发射脉冲时刻， 得到星载 雷达收发脉冲时间间隔序列 rn-tn； 步骤 （8） ： 通过有源定标器内部的数据处理单元将步骤 （7） 得到的星载雷达收发脉冲时 间间隔序列变换为星载雷达与有源定标器的距离序列， 并通过对该距离序列进行数据拟合 得到星载雷达距离抛物线函数， 星载雷达时钟漂移误差引。
6、起所述星载雷达距离抛物线较理 想状态下的距离抛物线发生上下平移 ； 步骤 （9） ： 在有源定标器内部的数据处理模块中， 对比步骤 （6） 所得到的有源定标器距 离抛物线和步骤 （8） 所得到的星载雷达距离抛物线的对称轴位置， 根据其对称轴位置之差 得出有源定标器时钟频率和星载雷达时钟频率之间的时钟频率偏差 ； 步骤 （10） ： 在地面使用频率计或频谱仪， 直接测量所述有源定标器的时钟频率， 并根据 步骤 （9） 得到的有源定标器时钟频率和星载雷达时钟频率之间的时钟频率偏差， 求出星载 雷达的时钟频率测量值 ； 步骤 （11） ： 将步骤 （10） 得到的星载雷达时钟频率测量值与星载雷达时钟。
7、频率理论设计 值相比较， 得出星载雷达时钟漂移量， 基于所述时钟漂移量校正星载雷达时钟系统。 2. 根据权利要求 1 所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法， 其特征 在于， 其中步骤 （1） 中， 有源定标器通过其内部的高速数据采集模块和精密的 GPS 定时模块 记录每个接收脉冲的到达时刻。 3. 根据权利要求 1 所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法， 其 特征在于， 其中步骤 （4）具体包括 ： 通过有源定标器内部的数据处理模块将步骤 （2）得 到的有源定标器接收脉冲时间间隔序列 Rn+1-Rn减去步骤 （3）得到的对应的星载雷达发 射脉冲时间间隔序列 tn+1。
8、-tn， 得到一个差值序列 （Rn+1-Rn） （tn+1-tn） ， 再将该差值序列 乘以光速 c， 得到相邻两个发射脉冲所对应的星载雷达与有源定标器间的距离之差序列 权 利 要 求 书 CN 103792519 A 2 2/2 页 3 。 4. 根据权利要求 1 所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法， 其特征 在于， 其中步骤 （5） 中所述拟合得到的一次直线函数为 ：， 其中 ， b 表示由时钟漂移误差造成的直线截距， t 为时间变量， a 中各参数的含义为 ： 为星载雷 达飞行速度 ； 0为星载雷达至星下点的距离 ； Re为地球半径。 5. 根 据 权 利 要 求 1 所。
9、 述 的 基 于 有 源 定 标 器 的 星 载 雷 达 时 钟 漂 移 在 轨 校 正 方 法， 其 特 征 在 于， 其 中 步 骤 （6）中 所 述 的 有 源 定 标 器 距 离 抛 物 线 函 数 为 ： ， b 为时钟漂移引入的误差， t 为时间变量， a 中各参数的含义为 ： 为星载雷达飞行速 度 ； 0为星载雷达至星下点的距离 ； Re为地球半径。 6. 根据权利要求 1 所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法， 其特征 在于， 其中步骤 （8） 具体包括 ： 通过有源定标器内部的数据处理单元将步骤 （7） 得到的星载 雷达收发脉冲时间间隔序列乘以光速 c 再除以 。
10、2， 以得到星载雷达至有源定标器的距离序 列， 然后对该距离序列进行数据拟合， 得到以时间 t 为变量的二次函数曲线， 然后将该二次 函数曲线与理想情况下星载雷达与有源定标器间的距离抛物线函数曲线进行拟合比对得 到实测情况下的星载雷达距离抛物线函数。 7. 根据权利要求 6 所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法， 其特征在于， 所述实测情况下的星载雷达距离抛物线函数为 ：， 其中， ， d 表示由 星载雷达时钟漂移误差造成的抛物线函数的上下平移量， a、 C 中各参数的含义为 ： 为星 载雷达飞行速度 ； 0为星载雷达至星下点的距离 ； Re为地球半径， H为有源定标器相对星下 。
11、点的高度。 8. 根据权利要求 1-7 任一项所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方 法， 其特征在于， 各步骤中的数据存储于有源定标器的数据存储单元中。 9. 根据权利要求 1-7 任一项所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在 轨校正方法， 其特征在于， 理想状态下星载雷达与有源定标器间的距离关系为 ： ， 式中 为星载雷达飞行速度 ； 0为星载雷达至星下点的距 离 ； 为星载雷达至有源定标器的距离 ； H 为有源定标器相对星下点的高度 ； Re为地球半 径 ； t 为星载雷达飞行时间。 权 利 要 求 书 CN 103792519 A 3 1/9 页 4 一种基于有源定标器的星。
12、载雷达时钟漂移在轨校正方法 技术领域 0001 本发明涉及星载雷达遥感技术领域， 具体涉及一种基于有源定标器的星载雷达时 钟漂移在轨校正方法。 背景技术 0002 星载雷达在轨运行中， 向地面发射脉冲信号， 并接收地物目标的反射回波， 通过测 量脉冲的往返时间来确定星载雷达到被测目标的距离。 星载雷达高度计就是这样一种指向 星下点的主动式星载雷达。 在轨运行期间， 星载雷达垂直向下发射脉冲信号， 信号经地球表 面 （海、 陆、 冰） 或其他地面目标反射后回到星载雷达接收天线。星载雷达通过测量脉冲往返 时间可以确定其质心到星下点的距离， 进而计算星下点的海平面高度。通过分析返回脉冲 的波形和强度。
13、， 可以获取海面有效波高和海面风速等信息。因此， 海平面高度、 海面有效波 高和海面风速是星载雷达高度计测量的三个基本参数。 0003 其中， 海平面高度的测量需要精确获得星载雷达发射 / 接收脉冲的往返时间 ， 由 d=tc/2， c 为真空中的光速， 求得星载雷达至地面 （或其他反射目标） 的距离 d， 然后根 据地球物理参数修正星载雷达信号传输过程中的各项误差， 以获取星载雷达星下点的海平 面高度。 0004 根据上述， 星载雷达发射 / 接收脉冲往返时间 t 的测量精度直接影响到星下点海 平面高度的测量精度， 因此， 为获得准确的海平面高度值， 要求星载雷达具有高精度高稳定 性的时钟系。
14、统。任何一种时钟系统， 恒温晶振或原子钟， 由于器件自身老化等原因， 其频率 都会发生随时间缓慢漂移的现象， 时钟频率的变化将直接影响到星载雷达对地测量结果的 准确性和数据的稳定性。 0005 星载雷达发射前， 可通过采用频率计或频谱仪测量的方法直接测量其时钟频率 ； 星载雷达在轨运行期间， 无法对其进行直接测量。目前， 在国内外尚未发现一种专门测量 星载雷达在轨运行期间时钟漂移量的方法， 国际上通常将时钟漂移造成的误差和星载雷达 硬件系统固有偏差做综合处理， 作为星载雷达在轨测量的总误差。能够独立测量出星载雷 达时钟漂移量可以准确分离出总误差中的可变误差量和固有误差量， 时钟漂移作为可变误 。
15、差量， 其准确测量对于有效分析星载雷达整机设备的在轨运行状态， 实时监测时钟部件的 定时准确度具有非常重要的意义， 进而对于精确测量星下点的海平面高度也具有重要的意 义。 发明内容 0006 本发明的目的在于提供一种基于有源定标器的星载雷达时钟漂移校正方法。 采用 有源定标器对星载雷达脉冲信号进行跟踪， 接收并转发， 通过对比有源定标器距离抛物线 和星载雷达距离抛物线， 得出星载雷达的时钟漂移量， 基于此来实现星载雷达时钟运行状 态的实时定量监测。 0007 本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下 ： 说 明 书 CN 103792519 A 4 2/9 页 5 一种基于有源定标器的星载雷。
16、达时钟漂移在轨校正方法， 包括以下步骤 ： 步骤 （1） ： 通过有源定标器跟踪并接收星载雷达的脉冲信号， 并记录每个接收脉冲的到 达时刻， 得到有源定标器接收脉冲时刻序列 ； 步骤 （2） ： 通过有源定标器内部的数据处理模块对有源定标器接收脉冲时刻序列的相 邻两点求差值， 得到有源定标器接收脉冲时间间隔序列 Rn+1-Rn； 步骤 （3） ： 通过有源定标器从星载雷达存储记录的数据中读取星载雷达每一个发射脉 冲的时刻， 得到星载雷达发射脉冲时刻序列， 然后将该发射脉冲时刻序列的相邻两点求差 值， 得到星载雷达发射脉冲时间间隔序列 tn+1-tn； 步骤 （4） ： 通过有源定标器内部的数据。
17、处理模块将步骤 （2） 和步骤 （3） 得到的时间间隔 序列变换为星载雷达与有源定标器间的距离之差序列 ； 步骤 （5） ： 对步骤 （4） 得到的距离之差序列进行数据拟合得到以时间 t 为变量的一次直 线函数 ； 步骤 （6） ： 对步骤 （5） 得到的一次直线函数进行积分得到有源定标器距离抛物线， 星载 雷达时钟漂移误差使所述有源定标器距离抛物线的对称轴位置较理想状态下距离抛物线 的对称轴位置发生偏移 ； 步骤 （7） ： 从星载雷达存储记录的数据中读取星载雷达每一个发射脉冲的时刻和对应 的每一个接收脉冲的时刻， 并用每一个接收脉冲时刻减去对应的发射脉冲时刻， 得到星载 雷达收发脉冲时间间。
18、隔序列 rn-tn； 步骤 （8） ： 通过有源定标器内部的数据处理单元将步骤 （7） 得到的星载雷达收发脉冲时 间间隔序列变换为星载雷达与有源定标器的距离序列， 并通过对该距离序列进行数据拟合 得到星载雷达距离抛物线函数， 星载雷达时钟漂移误差引起所述星载雷达距离抛物线较理 想状态下的距离抛物线发生上下平移 ； 步骤 （9） ： 在有源定标器内部的数据处理模块中， 对比步骤 （6） 所得到的有源定标器距 离抛物线和步骤 （8） 所得到的星载雷达距离抛物线的对称轴位置， 根据其对称轴位置之差 得出有源定标器时钟频率和星载雷达时钟频率之间的时钟频率偏差 ； 步骤 （10） ： 在地面使用频率计或。
19、频谱仪， 直接测量所述有源定标器的时钟频率， 并根据 步骤 （9） 得到的有源定标器时钟频率和星载雷达时钟频率之间的时钟频率偏差， 求出星载 雷达的时钟频率测量值 ； 步骤 （11） ： 将步骤 （10） 得到的星载雷达时钟频率测量值与星载雷达时钟频率理论设计 值相比较， 得出星载雷达时钟漂移量， 基于所述时钟漂移量校正星载雷达时钟系统。 0008 进一步的根据本发明所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法， 其中步骤 （1） 中， 有源定标器通过其内部的高速数据采集模块和精密的 GPS 定时模块记录 每个接收脉冲的到达时刻。 0009 进一步的根据本发明所述的基于有源定标器的星载雷。
20、达时钟漂移在轨校正 方法， 其中步骤 （4）具体包括 ： 通过有源定标器内部的数据处理模块将步骤 2 得到的 有源定标器接收脉冲时间间隔序列 Rn+1-Rn减去步骤 3 得到的对应的星载雷达发射脉 冲时间间隔序列 tn+1-tn， 得到一个差值序列 （Rn+1-Rn） （tn+1-tn） ， 再将该差值序列乘 以光速 c， 得到相邻两个发射脉冲所对应的星载雷达与有源定标器间的距离之差序列 说 明 书 CN 103792519 A 5 3/9 页 6 。 0010 进一步的根据本发明所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法， 其中步骤 （5） 中所述拟合得到的一次直线函数为 ：， 其中。
21、， b 表示 由时钟漂移误差造成的直线截距， a 中各参数的含义为 ： 为星载雷达飞行速度 ； 0为星 载雷达至星下点的距离 ； Re为地球半径。 0011 进一步的根据本发明所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法， 其中步骤 （6） 中所述的有源定标器距离抛物线函数为 ：， 其中 为 星载雷达至有源定标器的距离， b 为时钟漂移引入的误差， a 中各参数的 含义为 ： 为星载雷达飞行速度 ； 0为星载雷达至星下点的距离 ； Re为地球半径。 0012 进一步的根据本发明所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法， 其中步骤 （8） 具体包括 ： 通过有源定标器内部的数据处。
22、理单元将步骤 （7） 得到的星载雷达 收发脉冲时间间隔序列乘以光速 c 再除以 2， 以得到星载雷达至有源定标器的距离序列， 然 后对该距离序列进行数据拟合， 得到以时间 t 为变量的二次函数曲线， 然后将该二次函数 曲线与理想情况下星载雷达与有源定标器间的距离抛物线函数曲线进行拟合比对得到实 测情况下的星载雷达距离抛物线函数。 0013 进一步的根据本发明所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法， 其中所述实测情况下的星载雷达距离抛物线函数为 ：， 其中，为星载雷 达至有源定标器的距离， d 表示由星载雷达时钟漂移误差造 成的抛物线函数的上下平移量， a、 C 中各参数的含义为 ：。
23、 为星载雷达飞行速度 ； 0为星 载雷达至星下点的距离 ； Re为地球半径， H 为有源定标器相对星下点的高度。 0014 进一步的根据本发明所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法， 其中各步骤中的数据存储于有源定标器数据存储单元中。 0015 进一步的根据本发明所述的基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法， 其中理想状态下星载雷达与有源定标器间的距离关系为 ：， 式 中 为星载雷达飞行速度 ； 0为星载雷达至星下点的距离 ； 为星载雷达至有源定标器 的距离 ； H 为有源定标器相对星下点的高度 ； Re为地球半径 ； t 为星载雷达飞行时间。 0016 通过本发明的技术方案。
24、至少具备以下技术优势和创新效果 ： 1） 、 本发明首次采用一种独立的方法精确测量了星载雷达的时钟漂移量， 是一种全新 的星载雷达时钟漂移测量技术 ； 2） 、 本发明所述方法在星载雷达波束覆盖区域内任意位置， 星载雷达过境期间任意时 说 明 书 CN 103792519 A 6 4/9 页 7 刻均可进行测试， 具有很强的时空灵活性 ； 3） 、 本发明通过在地面使用有源定标器接收脉冲时间间隔作为分析数据， 对有源定标 器无绝对定时基准要求 ； 4） 、 本发明通过对有源定标器相邻两个接收脉冲的达到时刻做差值求得有源定标器接 收脉冲时间间隔， 消除了星载雷达信号在传输过程中由大气造成的路径误。
25、差， 有源定标器 接收脉冲时间间隔仅取决于星载雷达发射脉冲时间间隔和星载雷达至有源定标器的距离 变化。 附图说明 0017 附图 1 为本发明所述星载雷达与有源定标器之间的空间几何关系图 ； 附图 2 为本发明所述星载雷达在轨运行时与有源定标器之间的空间几何和信号收发 时序关系图。 具体实施方式 0018 以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述， 以使本领域技术人员能够更 加清楚的理解本发明的方案， 但并不因此限制本发明的保护范围。 0019 首先给出本发明所述基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法的基本 原理过程。 0020 星载雷达时钟漂移量的在轨定量化监测需使用布设在地面上的。
26、有源定标器。 有源 定标器对星载雷达发射的脉冲信号进行跟踪， 记录， 并发射射频信号至星载雷达。 通过分析 有源定标器的接收数据和星载雷达的接收数据， 能够准确计算出星载雷达时钟漂移量。具 体的如附图 1 所示， 有源定标器设置于地面， 星载雷达处于卫星轨道， 有源定标器接收星载 雷达的对地发射信号， 并向星载雷达发射射频信号， 星载雷达在轨飞行中， 与布设在地面上 的有源定标器之间的几何关系满足附图1所示关系， 根据附图1所示的几何关系， 利用余弦 定理， 可得出星载雷达至有源定标器的距离 与星载雷达飞行时间 t 的关系表达式 （1） ： 图中 为星载雷达飞行速度 ； 0为星载雷达至星下点的。
27、距离 ； 为星载雷达至有源 定标器的距离 ； H 为有源定标器相对星下点的高度 ； d 为有源定标器至星载雷达天底点的地 表距离 ； Re为地球半径 ； 为距离 d 对应的地心张角 ； t 为星载雷达的飞行时间， 在星载雷 达至有源定标器的距离最近的时刻为时间 t 的零时刻。 0021 。 0022 根据表达式 （1） 可知， 星载雷达至有源定标器的距离 (t) 是一个以时间 t 为变 量的抛物线函数。 0023 星载雷达在轨运行期间一直与有源定标器收发脉冲信号， 具体的如附图 2 所示， 图中tn为星载雷达第n个发射脉冲的发射时刻 ； rn为星载雷达第n个接收脉冲的接收时刻 ； 说 明 书 。
28、CN 103792519 A 7 5/9 页 8 对应星载雷达第 n 个发射脉冲时星载雷达至有源定标器的距离 ； Rn为有源定标器接收星 载雷达第 n 个发射脉冲的接收时刻 ； n 为自然数。 0024 根据实际检测过程， 以下参数条件能够准确获知， 从而作为本发明所述方法的初 始基本条件 ： （1） 星载雷达收发脉冲时间间隔可准确获知， 即若星载雷达的第n个脉冲的发射/接收 时刻为 (tn,rn)， 则 (rn-tn) 能够准确获知 ； （2） 星载雷达发射脉冲时间间隔可准确获知， 即若星载雷达的第 n-1 个脉冲发射时刻 为 tn-1， 第 n 个脉冲发射时刻为 tn, 则 （tn-tn-。
29、1） 能够准确获知 ； （3） 有源定标器能够准确跟踪并记录下每一个接收脉冲的相对到来时刻， 即若第 n 个 雷达脉冲达到有源定标器的时刻 Rn， 第 n+1 个脉冲到达有源定标器的时刻 Rn+1， 则要求有源 定标器能够准确测得 (Rn+1-Rn) 的时间间隔。 0025 在上述基本条件下给出本发明所述校正方法的基本原理 ： 有源定标器跟踪星载雷达的发射脉冲， 并记录接收到的每一个脉冲的到达时刻， 将每 相邻两个脉冲的到达时刻做差值， 得到一个序列， 称为有源定标器接收脉冲时间间隔序列， 该序列的拟合函数为一条直线， 将该序列值逐点累加并转换为距离， 即可得到在有源定标 器上所获知的有源定标。
30、器与星载雷达间的距离关系， 记为有源定标器距离抛物线， 有源定 标器距离抛物线中包含有星载雷达时钟频率和有源定标器时钟频率之间的频率偏差。 0026 同时， 星载雷达跟踪有源定标器发射的射频脉冲， 并记录接收到的每一个脉冲的 到达时刻， 根据星载雷达自身记录下的发射脉冲时刻， 可得到每一对发射 / 接收脉冲的时 间间隔序列， 将该序列转换为距离并做拟合， 即可得到在星载雷达上所获知的有源定标器 与星载雷达间的距离关系， 记为星载雷达距离抛物线， 星载雷达距离抛物线中也包含有星 载雷达时钟频率和有源定标器时钟频率之间的时钟频率偏差。 0027 但是在有源定标器距离抛物线中所包含的星载雷达时钟频率。
31、和有源定标器时钟 频率之间的频率偏差反应在其抛物线的对称轴上 （以下详述） ， 而在星载雷达距离抛物线中 所包含的星载雷达时钟频率和有源定标器时钟频率之间的频率偏差则反应在其抛物线的 上下平移量上 （以下详述） ， 这种频率偏差并不引起星载雷达距离抛物线形状和对称轴位置 的变化， 所以通过对比星载雷达距离抛物线和有源定标器距离抛物线的对称轴位置， 可以 精确测量星载雷达时钟频率和有源定标器时钟频率之间的频率偏差， 在通过地面上使用频 率计或频谱仪直接测量有源定标器的时钟频率， 即可准确求得星载雷达的时钟频率， 进一 步与其理论标准值对比即可求出星载雷达的时钟漂移量。 下面从各距离抛物线的确定入。
32、手 给出具体过程。 0028 获得有源定标器距离抛物线关系。 0029 根据星载雷达与有源定标器之间的空间几何和时序关系， 对于有源定标器， 其所 获知的有源定标器与星载雷达间的距离关系， 有如下关系式 ： 说 明 书 CN 103792519 A 8 6/9 页 9 由于实际中 （Rn-tn） 不可获知， 因此需将上面方程组内相邻两等式两两相减， 得到 ： 式中 c 为光速， 并令 ： ， 表示相邻两个发射脉冲所对应的星载雷达与有源定标器间的距离之 差 ； ， 表示有源定标器接收到的相邻两个星载雷达发射脉冲的时刻之差， 记 为 ： 有源定标器接收脉冲时间间隔 ； ， 表示星载雷达相邻两个发射。
33、脉冲的发射时刻之差， 记为 ： 星载雷达发射 脉冲时间间隔 ； 则上述 (4) 方程式变换为 ： 为有源定标器接收脉冲时间间隔， 通过有源定标器内部的数据处理单元测得。 为星载雷达发射脉冲时间间隔， 其真实值无法直接测量， 在计算中使用星载雷达发射脉 冲时间间隔的理论设计值。由于星载雷达时钟存在时钟频率漂移， 所以星载雷达发射脉 冲时间间隔真实值和星载雷达发射脉冲时间间隔理论设计值不同， 二者之间存在误差量 。 0030 根据上述表达式 (1)， 在没有误差的情况下， 星载雷达至有源定标器的距离满足 ： ， 是一个以时间 t 为变量的抛物线函数， 而是相邻两个发射 脉冲所对应的星载雷达至有源定。
34、标器的距离之差， 故序列等效于对表达式(1)所示抛物 线函数的导函数， 理论上为一次函数， 因此在没有误差的情况下， 当 t=0 时， 。 0031 实际中由星载雷达时钟漂移等因素造成上述误差量的存在， 有源定标器 说 明 书 CN 103792519 A 9 7/9 页 10 计算得到的表达式 （5） 所示的序列存在恒定误差， 根据基于测量可确知的有源定标 器接收脉冲时间间隔和星载雷达发射脉冲时间间隔， 对表达式 （5） 进行数据拟 合， 得到一条直线函数， 该函数的直线斜率与没有误差情况下的直线斜率基本相同， 因 此通过数据拟合得到存在误差量的情况下， 表达式 （5） 所示的有源定标器测量。
35、得到的 序列满足 ： 其中， a 表示序列的直线斜率亦即， b 表示由误差量造成的直 线截距。 0032 对 （6）式所示有源定标器测量拟合得到的序列进行逐点累加， 等效于对 求积分， 得到基于实际测量拟合的有源定标器距离抛物线， 表达式为 ： 其中， 误差量引起的偏差体现在公式 （7） 所示有源定标器距 离抛物线的对称轴上。 0033 获得星载雷达距离抛物线关系。 0034 根据星载雷达与有源定标器之间的空间几何和时序关系， 对于星载雷达， 理想情 况下其所获知的有源定标器与星载雷达间的距离关系， 有如下关系式 ： 实际中由于星载雷达存在时钟漂移， 造成星载雷达测量到的脉冲收发间隔 （rn-。
36、tn） 序列 存在误差量， 所以星载雷达实际得到的距离方程组为 ： 说 明 书 CN 103792519 A 10 8/9 页 11 由误差量造成的星载雷达至有源定标器的距离误差用 d 表示。根据基于测 量可确知的星载雷达收发脉冲时间间隔序列， 对进行数据拟合， 得到一抛物线函 数， 此为考虑误差的星载雷达距离抛物线， 所拟合得到的抛物线与表达式 （1） 所示理想情况 下的有源定标器和星载雷达间的距离抛物线的形状和对称轴位置基本相同， 因此通过数据 拟合得到的存在误差量的情况下， 星载雷达距离抛物线的表达式可表示为 ： 其中， d 表示由误差量造成的星载雷达距离抛 物线的上下平移量。 0035。
37、 由此可见星载雷达时钟漂移量不改变星载雷达距离抛物线的形状和对称轴位置， 仅影响其上下平移量。 所以通过对比星载雷达距离抛物线和有源定标器距离抛物线的对称 轴位置， 可以获知 的数值， 而其中的 b 则蕴含了由星载雷达时钟频率和有源定标器时钟频 率间频率偏差造成的误差量， 因此通过这种对比即可精确测量星载雷达时钟频率和有源定 标器时钟频率之间的频率偏差， 然后在通过地面上使用频率计或频谱仪直接测量有源定标 器的时钟频率， 即可准确求得星载雷达的时钟频率， 进一步与其理论标准值对比即可求出 星载雷达的时钟漂移量， 基于该漂移量即可对星载雷达时钟系统进行校正。 0036 接着在上述基本原理的基础上。
38、， 给出本发明所述基于有源定标器的星载雷达时钟 漂移在轨校正方法的具体步骤， 包括 ： 步骤 1 ： 通过有源定标器跟踪并接收星载雷达的脉冲信号， 通过其内部的高速数据采 集模块和精密的 GPS 定时模块记录每个接收脉冲的达到时刻， 得到有源定标器接收脉冲时 刻序列 ； 步骤 2 ： 通过有源定标器内部的数据处理模块对有源定标器接收脉冲时刻序列的相邻 两点求差值， 得到有源定标器接收脉冲时间间隔序列 Rn+1-Rn， 并存储于有源定标器数据存 储单元中 ； 步骤 3 ： 从星载雷达存储记录的数据中， 读取星载雷达每一个发射脉冲的时刻， 得到星 载雷达发射脉冲时刻序列， 将该发射脉冲时刻序列的相。
39、邻两个时刻依次做差值， 得到星载 说 明 书 CN 103792519 A 11 9/9 页 12 雷达发射脉冲时间间隔序列 tn+1-tn； Rn+1-Rn 步骤 4 ： 通过有源定标器内部的数据处理模块将步骤 2 得到的有源定标器接收脉冲时 间间隔序列减去步骤 3 得到的对应的星载雷达发射脉冲时间间隔序列， 得到一个差值序 列， 再将该差值序列乘以光速 c， 得到相邻两个发射脉冲所对应的星载雷达与有源定标器间 的距离之差序列， 将该距离之差序列存储在数据存储单元中 ； 步骤 5 ： 然后对步骤 4 得到的距离之差序列进行数据拟合得到以时间 t 为变量的一次 直线函数， 该直线函数的斜率拟合。
40、为； 步骤 6 ： 对步骤 5 得到的一次直线函数进行积分得到二次函数曲线即为有源定标器距 离抛物线 （公式 （7） ） ， 并存储在有源定标器数据存储单元中 ； 步骤 7 ： 从星载雷达存储记录的数据中， 读取星载雷达每一个发射脉冲的时刻和对应 的每一个接收脉冲的时刻， 用每一个接收脉冲时刻减去对应的发射脉冲时刻， 得到星载雷 达收发脉冲时间间隔序列 rn-tn， 将该序列也存储在有源定标器数据存储单元中 ； 步骤 8 ： 通过有源定标器内部的数据处理单元将步骤 7 得到的星载雷达收发脉冲时间 间隔序列乘以光速 c， 再除以 2， 得到星载雷达测得的星载雷达至有源定标器的距离序列， 然后对该。
41、距离序列进行数据拟合， 得到一个以时间 t 为变量的二次函数曲线， 通过与没有 误差情况下星载雷达与有源定标器间的距离抛物线 （公式 (1)） 的形状位置进行对比拟合得 到公式 （9） 所示存在误差情况下的星载雷达距离抛物线函数， 并存储于有源定标器数据存 储单元中 ； 步骤 9 ： 在有源定标器内部的数据处理模块中， 对比步骤 6 所得到的有源定标器距离抛 物线和步骤 8 所得到的星载雷达距离抛物线的对称轴位置， 根据其对称轴位置的不同， 得 到两个对称轴的位置之差， 得出有源定标器时钟频率和星载雷达时钟频率之间的时钟频率 偏差 ； 步骤 10 ： 在地面使用频率计或频谱仪， 直接测量有源定。
42、标器的时钟频率， 并根据步骤 9 得到的有源定标器时钟频率和星载雷达时钟频率之间的时钟频率偏差， 求出星载雷达的时 钟频率测量值 ； 步骤 11 ： 将步骤 10 得到的星载雷达时钟频率测量值与星载雷达时钟频率理论设计值 相比较， 得出星载雷达时钟漂移量， 基于所述时钟漂移量校正星载雷达时钟系统。 0037 本发明提出一种基于有源定标器的星载雷达时钟漂移校正方法， 在星载雷达在轨 测试中得到多次成功应用。实际测试结果表明 ： 该种校正方法能够实时准确的测量出星载 雷达时钟漂移量， 测量精度优于 1Hz。通过对星载雷达时钟漂移量的长期监测， 能够更深入 的掌握星载雷达的在轨运行状态， 并为后续星载雷达的研制提供数据参考与方案指导。 0038 上面所述是用于实现本发明的优选方案， 因此本发明的范围不应该由此来限定。 本领域的技术人员应该理解， 在不脱离本发明范围内的任何修改或局部替换， 均属于本发 明权利要求来限定的范围。 说 明 书 CN 103792519 A 12 1/2 页 13 图 1 说 明 书 附 图 CN 103792519 A 13 2/2 页 14 图 2 说 明 书 附 图 CN 103792519 A 14 。