TDRS的“倒GPS”定位方法.pdfVIP

TDRS的“倒GPS定位方法 竭奏罢 (电子工业部第十研究所、研究员) 关键诃： -,S定位、倒GPS、3r；定位、3足立定位、3sj定位、耳一 摘要：本文结合TDRS定倪，分析了“倒GPS一”定位的原理，翁出了定位系棼的方案和 “倒GPS”接收机的组成。分析结果说明，这种方选的定位精度高、简单实用-是对TDRS 定位的一种较好方法。它也可以应用于对其它飞行器的定位。 ～、引言 在TDRSS系统中，对用户星的定轨和跟踪是以TDRS星为参考点的，地面终端站测 得的用户星轨道精度，受地面终端站对TDRS的定位精度和TDRS对用户星的定轨精度的 双重影响，因此在TDRSS中．对TDRS的精确定位是十分重要的问题。 八十年代初期，美国在建立第一代_mRsS时，采用距离交汇定位的方法对TDRS定 位。实施的方案是：在白沙靶场设地面中心站，并在远方的阿森匈岛、萨摩亚和澳大利 亚的斯拔林斯各分设一个无入值守的相干应答机，这三个站的位置精确测定。其工作过 程：由中心站发射铡距、铡速信号，经T隙S相干转发至上述三个应答机．它们再相干 转发回TD昭．知皓又相干转发至地面中心站．从而由地面中心站浏褥三个距离和(R】+R：) 的距离，由三个(R。+R2)和(R1+R2)，就可构成3SS(s表示距离和)距离和定位体制． 也可在地面中心站的TTC站已测得焉和焉的情况下，构成4RR定位体制，从而更精 确地定出咖s的位置。同理也可测得TD硒、的矢量速度R。然后再结合TDR$的空间运 动动力学模型进行处理，就可以很精确的测出TDES的位置．这种方法美国称为“双边 测距转发系统”(BRTs)。 美嗣经过多年来对TDRS星历表的测量验证，证明BRTS的测轨精度可达70米，已 能满足当时的要求。但是这种方法要利用TDRS的天线，从而占用TOPS为用户星服务的 宝贵时问，同时这个定t：)=精度也不能满足第二代TDRS对定位精度愈来愈高的要求，冈 此国际上止在研究新的TDRS定何方法。 随着GPS的投入使J{j，一种称为“倒GPS”的定位方法被提出来，它在地面上设 ·36· 多个类似于空间GPS星的定位站，对位于空间的用户星(这里为TORS)定位，采用的定位 原理也类似GPS的测时一测距距离交汇定位，不同的是，天上的用户星发射。个信标信 号，地面多个位置精确已知的定位站同时接收到这个信标信号，并采用测量一测距法实 现距离交汇定位．可见，这种方法和GPS比较．是“天上和地下”、“用户和定位站”倒 过来了．故称“徊GPS”，由于其定位原理与GPS类似．故又称“类GPS”(GLT)。 美田的研究表明“]，采用6个全球定位站网的GLT，有希望将IDRS的定位精度提 高到几米的量级。这种方法也可能是对同步卫星测轨最精确的方法，同时还用它对深空 跟踪进行试验． 二、“倒PGSP定位原理 1．3rr定位的几何原理 倒GPS定位可以采用测控中的典型定位方案一一3，r定位．“为距离差，故又称 距离差定位，它属于距离交汇定位这一丈类)，这三个距离差参数必须是相互独立的。具 体实现方法是在目标上设置一个信标机，地面上设置四个接收站，其中一个定为主站． 以它为涌量坐标系的原点，测量主站至其余三个副站的距离差．就可定出目标位置：测 量多普勒频率差就可测量目标的空间速度矢量，由于距离差可由到达时差测量．故X称 时差定位法(rDOA)。 3，；的定位几何原理是双曲线定位．即有二维平面内，目标发射的信标信号到达 两个地面测量站(站l和站2)的距离差由下列方程确定： ． ．三 ． 三 厂=焉-R2=【(工一玉)2+o—M)2】2—【(工一x2)2+(，一Y2】2， 它确定了一对以两站坐标为焦点的双曲线(圈l中的实线)，被测目标一定在此双 曲线上．两站的联线称为基线．如果设置三个站构成两条基线(站l和站2的联线为～ 条基线，站2和站3的联线为另一条基线)站2和站3确定了另一组双曲臻，图l中用 虚线表示，则两对双曲线将形成两个交点，这时有位置模糊，可利用先验信息或租测数 据，捧除—个虚假定位点8，则可确定出目标的位置A．在三维空问中，则需再增加～ 个站，形成三条基线和三对双曲面，用它们的交点才能确定出空间目标的位