技術領域

本發明屬于空間物理技術領域，涉及一種深空測控信號誤差修正方法。

背景技術

深空測控通信系統不同于現有的地基和天基測控系統，其接收信號微弱、信號時延巨大，使得深空測控與地球軌道航天器的測控有很大差異。深空探測信號的傳播介質包括中高層大氣、電離層和等離子區，在火星探測等深空探測任務中，傳播介質對測控信號的折射、散射和吸收是影響深空測控信號精度的主要誤差源之一。

信號傳播中由于傳播介質導致的誤差主要來自三個方面，一是以中性大氣為主的對流層影響，二是電離層對信號的延遲效應，第三個方面的誤差來自太陽附近和行星際等離子區。三種誤差的量級也各有不同，以X頻段信號在天頂方向的影響為例，中性大氣折射帶來的信號路徑延遲約2m，白天電離層的影響為0.2～0.6m、最大1.5m，而等離子區延遲達到1～75m。相對于深空探測約十幾cm的高精度測量需求，這三方面的誤差都是必須加以修正的。

傳統的傳播媒介修正主要是模型修正，包括經驗模型和近年來伴隨探測手段的進步而出現的修正模型。如對流層折射修正的經驗模型(Hopfield、Saastamoinen等)，對流層折射修正濕分量修正的水汽輻射計校準模型；電離層修正的經驗模型(IRI、Klobuchar等)，以及重要性日益提高的電離層雙頻修正模型；等離子區修正包括經驗模型(Bird、M&A等)和雙頻修正模型。由于現有模型建模時數據對測控站的代表性非常有限，不同模型由于數據源、建模機理和適用范圍的差異，對同一物理量的修正可能出現差異很大的情況，存在各種模型選擇應用的難題。總體而言，現有模型修正精度不能滿足深空探測的需求，尤其對于低仰角、濕度較大等情況。

隨著火星探測等航天工程的逐步實施，傳播介質引起的測控信號誤差修正成為深空探測的一個關鍵技術難題。在深空測控中，部分情況下傳播媒介導致的信號誤差將遠遠大于設備的測量誤差，常規的模型修正方法已不能滿足測控系統及數據處理精度的需要。

發明內容

本發明需解決技術問題是提供一種精確的深空測控信號誤差修正方法。

為解決上述技術問題，本發明分別對對流層修正量、電離層修正量、等離子區修正量進行修正，具體修正方法如下：

步驟一、修正對流層修正量Δρ，包括(1)用經驗模型計算對流層修正量干分量Δρ_d，(2)用水汽輻射計校準模型計算對流層修正量濕分量Δρ_w，(3)采用回歸方法獲得對流層修正量Δρ，Δρ修正方程為Δρ=a₀+a₁Δρ_d+a₂Δρ_w，a₀、a₁、a₂為由最小二乘方法獲得的對流層修正量修正方程的回歸系數；

步驟二、修正電離層修正量δρ，包括(1)用經驗模型計算電離層修正量δρ_m，(2)用雙頻修正模型計算電離層修正量δρ_f，(3)采用回歸方法獲得電離層修正量δρ，δρ修正方程為δρ=b₀+b₁δρ_m+b₂δρ_f，b₀、b₁、b₂為由最小二乘方法獲得的電離層修正量修正方程的回歸系數；

步驟三、修正等離子區修正量Δs，包括(1)用經驗模型計算等離子區修正量Δs_m，(2)用雙頻修正方法計算等離子區修正量Δsf，(3)采用回歸方法獲得等離子區修正量Δs，Δs修正方程為Δs=c₀+c₁Δs_m+c₂Δs_f，c₀、c₁、c₂為由最小二乘方法獲得的等離子區修正量修正方程的回歸系數；

步驟四、修正深空測控信號誤差修正量ρ_c，ρ_c=Δρ+δρ+Δs。

進一步，經驗模型計算對流層修正量干分量Δρ_d的值是采用權重求和方法綜合利用多種經驗模型修正獲得，具體修正方程如下：