单程测距数据的完好性检验与异常校正方法及存储介质

本技术属于航天器精密测定轨技术、单程测距技术，具体涉及一种用于地月航天器的单程测距数据的完好性检验与异常校正方法及存储介质。

背景技术：

1、在现有深空探测任务中，航天器的测定轨主要依赖地面深空测控网提供的无线电跟踪数据，包括无线电测距、测速和甚长基线干涉测量（vlbi）等。随着地月空间、火星及其他深空探测任务数量不断增加、探测距离持续拓展，传统无线电测控资源日趋紧张，仅依赖现有深空测控手段已难以满足未来任务对高精度、高时效轨道信息的需求。相较于传统双程测量体制，单程测量体制能够降低对地面深空测控网的持续占用和链路协同要求，提高多任务并行观测能力及任务运行灵活性，为深空航天器高精度定轨提供新的技术途径。但是，在开展单程无线电测距和单程激光测距时，地面时间系统通常需要维持与utc的同步，其间的钟差校准、调相或时间驯服操作可能引起时间标记的不连续。同时，星载或地面时钟发生钟跳、重启及调相等异常工况时，也会产生钟差突变和观测时间标记不连续。上述时钟异常误差将直接耦合进入单程测量数据，导致观测残差突变、轨道参数估计偏差，进而影响定轨解的收敛性和可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种单程测距数据的完好性检验与异常校正方法及存储介质，以提高单程测距精密定轨结果的连续性、稳定性和可靠性。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种单程测距数据的完好性检验与异常校正方法，包括：

3、步骤s1：根据航天器预报轨道以及星地原子钟性能参数，进行用于异常校正的弧段划分，得到划分弧段；

4、步骤s2：根据划分弧段，进行单程测距数据完好性检验及异常校正，其具体包括：

5、步骤s21：基于航天器预报轨道和单程测距数据，开展单程时间比对分析，获得星地钟差的序列；

6、步骤s22：对各个划分弧段内的星地钟差序列进行独立拟合，得到钟差拟合残差；根据钟差拟合残差及其与拟合残差阈值的比较结果来实现单程测距数据的完好性检验，并利用钟差拟合残差对未通过完好性检验的单程测距数据进行异常校正。

7、所述步骤s1具体包括：

8、步骤s11：仿真生成航天器预报轨道的轨道误差的量级范围及其对应的三维轨道误差在测站-卫星视线方向上的投影误差序列，并确定不同观测弧长下该投影误差序列的拟合残差。

9、步骤s12：根据星载和地面的原子钟的预期性能参数，确定不同观测弧长下原子钟误差的拟合残差；

10、步骤s13：结合三维轨道误差在测站-卫星视线方向上的投影误差序列的拟合残差和原子钟误差的拟合残差确定处理窗口长度，利用滑动处理窗口对单程测距数据进行异常校正弧段划分，得到划分后的观测弧段。

11、所述步骤s11具体包括：

12、步骤s111：根据地基无线电测距数据、测速数据这些观测数据定轨并外推得到航天器预报轨道；

13、步骤s112：根据参与定轨的观测数据类型、数据覆盖范围和轨道外推时长，开展定轨与轨道预报仿真，得到航天器预报轨道的轨道误差的量级范围及其对应的三维轨道误差在测站-卫星视线方向上的投影误差序列；

14、步骤s113：针对不同观测弧长，采用9阶多项式对仿真生成的三维轨道误差在测站-卫星视线方向上的投影误差序列进行拟合，计算并统计拟合残差，确定不同观测弧长下该投影误差序列的拟合残差，所述拟合残差用于表征轨道预报误差在测站-卫星视线方向上的残余误差；

15、所述步骤s12具体包括：

16、步骤s121：根据原子钟的稳定度指标，仿真得到原子钟的瞬时振荡频率偏差，原子钟的瞬时振荡频率偏差包括原子钟的随机幂律噪声；

17、步骤s122：对于不同观测弧长下的原子钟的瞬时振荡频率偏差，将原子钟的瞬时振荡频率偏差转换为相位数据，并利用9阶多项式拟合相位数据，统计不同观测弧长下原子钟误差的拟合残差。

18、所述步骤s13具体包括：

19、步骤s131：调取多个无时钟异常的历史的单程测距数据的测量弧段，解算得到星地钟差序列，拟合并统计得到钟差拟合残差的统计结果，并叠加工程冗余系数，确定预设精度阈值；

20、步骤s132：遍历所有候选的处理窗口长度，筛选得到满足残差精度约束的候选的处理窗口长度t；残差精度约束是指正常工况下的钟差拟合残差小于或等于预设精度阈值，正常工况下的钟差拟合残差根据三维轨道误差在测站-卫星视线方向上的投影误差序列的拟合残差和星地原子钟误差的拟合残差来确定；

21、步骤s133：对于候选的处理窗口长度t，结合单程测距数据来筛选得到满足数量约束的处理窗口长度，确定最终的处理窗口长度；

22、步骤s135：按照确定的处理窗口长度，利用滑动的处理窗口对全时段的单程测距数据进行弧段划分，得到划分弧段。

23、在所述步骤s133中，对于每个通过步骤s132筛选的候选的处理窗口长度t，遍历全时间轴以统计在候选的处理窗口长度t下，每个处理窗口能够容纳的单程测距有效测量弧段数量；随后，剔除有效的测量弧段的数量<2的处理窗口长度且优先选择有效的测量弧段的数量≥3的理窗口长度，以确定最终的处理窗口长度。

24、在所述步骤s133之后，在所述步骤s135之前，还包括：

25、步骤s134：确定滑动步长，其中滑动步长小于处理窗口长度，以保证相邻的划分弧段存在时间重叠。

26、在所述步骤s21中，利用航天器预报轨道以及单程测距数据中的地面发射时刻以及星载测量载荷测量到的原时，来实现单程时间比对分析；星地钟差的计算公式为：

27、，

28、式中，为星载测量载荷测量到的原时，为地面发射时刻对应的太阳系质心力学时tdb时间，为基于轨道预报数据得到的地面到星上的信号理论飞行时间，为引力时延，为质心修正，为上行信号的大气折射时延，为相对论频移改正，为地面和星载载荷的系统时延。

29、在所述步骤s22中，根据钟差拟合残差及其与拟合残差阈值的比较结果来实现单程测距数据的完好性检验，具体包括：当某一测量弧段内的钟差拟合残差超过预设的拟合残差阈值，或者钟差拟合残差的序列出现明显的阶跃特征时，判定单程测距数据未通过完好性检验，该测量弧段存在钟跳、时钟重启、调相或者时间标记不连续等异常；否则，单程测距数据通过完好性检验；

30、利用钟差拟合残差对未通过完好性检验的单程测距数据进行异常校正，具体包括：对未通过完好性检验的单程测距数据，选取单程测距数据所对应的测量弧段的中间时刻所对应观测点的钟差拟合残差，作为该测量弧段的异常校正量；将所述异常校正量按照光速换算为相应的单程测距误差，并将其从该测量弧段内全部原始的单程测距数据中统一扣除，以实现对该测量弧段的整体平移校正，得到校正后的单程测距数据。

31、在利用钟差拟合残差对未通过完好性检验的单程测距数据进行异常校正之后，还可以包括：对于相邻的两个拟合弧段，在分别完成各自所包含测量弧段的异常校正后，利用两个拟合弧段的重叠观测区间内相同时刻或对应时刻的单程测距数据，计算拟合弧段之间的系统偏差；根据拟合弧段之间的系统偏差，对后一拟合弧段内的全部的校正后的单程测距数据进行整体平移，得到弧段间对齐后的单程测距数据。

32、另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上文所述的单程测距数据的完好性检验与异常校正方法。

33、本发明的单程测距数据的完好性检验与异常校正方法通过对星地钟差序列进行分段拟合和异常特征分析，利用单程时频比对数据中的钟差拟合残差特征，实现异常事件检测、钟跳量提取及数据修正，实现对钟跳、时钟重启、调相以及时间标记不连续等时钟异常的识别、定位、异常量提取与校正，降低时钟异常对单程测距观测数据及航天器定轨结果的影响，从而提高单程测距精密定轨结果的连续性、稳定性和可靠性。