在軌測量指相關設備在軌運行時進行的測量工作。
星載SAR 天線方向圖作為SAR 系統的主要性能參數在地面需要測試，但由於地面測試條件限制，不可能完全達到實際工作時的遠場條件，也不可能完全模擬空間環境，還由於衛星發射升空振動，天線展開，空間環境溫度變化等因素引起天線機械結構變化，對於相控陣天線，於饋源退化和損壞等原因，都會造成實際天線方向圖的變化，因此實際套用中必須對天線方向圖進行在軌測試。
星敏感器的測量誤差會直接影響衛星姿態的測量精度，對星敏感器在軌測量誤差的分析也有助於地面任務處理時的誤差源分解與消除，提升任務執行效果。
基本介紹
- 中文名：在軌測量
- 外文名：Inflight measurement
- 學科：航空航天
- 類型：飛行術語
- 特點：在軌運行
- 星載 SAR：天線方向圖在軌測量是定標關鍵
簡介,星載SAR天線方向圖在軌測量,星敏感器在軌測量誤差分析,
簡介
在軌測量指相關設備在軌運行時進行的測量工作。
天線方向圖在軌測量是星載 SAR定標技術的關鍵部分。所謂天線方向圖，是指在離天線一定距離處，輻射場的相對場強（歸一化模值）隨方向變化的圖形，通常採用通 過天線最大輻射方向上的兩個相互垂直的平面方向圖來表示。
星載SAR天線方向圖在軌測量
星載合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一種先進的航天遙感手段，具有全天候、全天時、解析度高、全球覆蓋的優勢。SAR 天線方向圖對信號的調製是影響 SAR 圖像輻射精度的主要誤差源，需要利用天線方向圖校正 SAR 圖像來消除天線方向圖對圖像幅度調製的影響。因此，星載 SAR 天線方向圖的測量是星載 SAR 輻射定標必不可少的環節。星載 SAR 天線方向圖作為SAR 系統的主要性能參數在地面需要測試，但由於地面測試條件限制，不可能完全達到實際工作時的遠場條件，也不可能完全模擬空間環境，還由於衛星發射升空振動，天線展開，空間環境溫度變化等因素引起天線機械結構變化，對於相控陣天線，於饋源退化和損壞等原因，都會造成實際天線方向圖的變化，因此實際套用中必須對天線方向圖進行在軌測試。
從 1978 年美國發射第一顆星載 SAR 系統SEASAT 開始，美國、俄羅斯、加拿大、日本、歐洲各國紛紛研製並成功發射了各自的 SAR 衛星，如 SIR-A, SIR-B, ERS-1, ERS-2, JERS-1,RADARSAT-1 等。尤其進入 21 世紀後，SAR 衛星的發射更加頻繁，如 ENVISAT, ALOS, SAR-Lupe, Cosmo-Skymed, Terra SAR-X, Radarsat-2,Tan DEM-X 等。為了實現 SAR 數據的定量化，以上星載 SAR 都開展了天線方向圖在軌測試。
近幾年發射的星載 SAR 具有新的工作模式和大量波位，使得天線方向圖的在軌測試任務量非常大，這給衛星發射後的在軌測試和日常定標都提出了更大的要求。國際上針對有源相控陣天線，研究了基於相控陣天線模型的天線方向圖測量方法，並在Terra SAR-X, Radarsat-2等系統上得到了很好的套用。
隨著星載SAR在實際套用中的運行，國際上相應地開展了星載SAR天線方向圖在軌測試方法研究，並進行了SAR定標實驗和天線方向圖在軌測試工作。
最初的天線方向圖在軌測試主要是採用標準反射器方法對衛星發射後天線方向圖是否發生變化進行檢測，如1986年M. C. Dobson等人提出了用標準反射器(經過精確標定的角反射器)進行天線方向圖在軌測量的方法，並進行了SIR-B天線方向圖在軌測量實驗。由於標準反射器方法只能測試距離向天線方向圖，測試精度受到多種因素的制約，同時測試成本較高、工作量大，該方法在ERS-2後就很少再被採用。
上世紀90年代後期，星載SAR天線開始採用有源相控陣技術，由於有源相控陣天線方向圖的收發特性一般不一致，這使得只測量單程天線方向無法直接合成雙程天線方向圖，國內外又提出了多種測量方法，如利用地面發射機測量SAR接收天線方向圖的方法以及ENVISAT ASAR採用基於測量有源相控陣天線外部特性因子的方法。由於以上兩種方法對星地同步精度要求高、實現難度大，在當時主要是試驗性的。隨著SAR新體制的發展，SAR工作模式不斷增多，從而導致SAR實際工作時波位數量急劇增多，例如Terra SAR-X實際工作時，有超過12000種不同波束需要進行標定，這使得在軌測試工作量非常大。為此，國際上提出了基於有源相控陣天線數學模型的測量方法，該方法可以基於內定標數據和天線方向圖模型快速計算出各波位天線方向圖，滿足了Terra SAR-X天線方向圖在軌測試的需要。
星敏感器在軌測量誤差分析
星敏感器是目前衛星上使用的精度最高的姿態測量敏感器，它通過測量某些恆星的觀測矢量在衛星坐標系中的方位以及恆星亮度，再利用星曆表得到這些恆星在慣性坐標系中的方位，經姿態確定算法計算即可提供衛星在慣性系中的姿態信息，精度可達到角秒級。星敏感器的測量誤差會直接影響衛星姿態的測量精度，對星敏感器在軌測量誤差的分析也有助於地面任務處理時的誤差源分解與消除，提升任務執行效果。
通常在計算姿態測量誤差時需要有一個參考姿態，或稱真實姿態，利用測量姿態與參考姿態的統計比較得到測量誤差。在地面評估星敏感器的測量精度時，可將星敏感器直接放於地面並將光軸指向天頂，那么星敏感器的參考姿態變化量就為地球的自轉角度，然後就可以對測量誤差進行統計分析(孫才洪，2002;章仁為，2006)。但是，在衛星人軌後，通常難於建立此真實的參考姿態，故不能與參考姿態相比較。目前對星敏感器在軌測量誤差的計算方法是:統計星敏感器輸出姿態四元數的變化量，或將星敏感器光軸在慣性空間的表示量—赤經((RA)、赤緯ODE)和滾動角(BROLLY作為指標進行定量分析(Liebe,2002)。
雖然上述方法可以分析星敏感器測量數據的波動變化情況，但在通常的星敏感器指標定義以及星地一體化誤差分解中均按照繞星敏感器本體三軸的測量誤差來描述，此方法難以轉換為繞星敏感器每個軸的測量誤差。另一方面，星敏感器的測量誤差由幾個誤差項組成:低頻誤差LFE(Low Frequency Error)、高頻誤差HFE(High Frequency Error)以及隨機誤差TE(TemporalError)，對這些誤差項的分解有助於分析誤差來源，而上述方法中均未對這些誤差項進行分離。
霍德聰旨在克服現有技術的不足，提出參考姿態未知情況下的星敏感器在軌測量誤差確定方法，解決星敏感器在軌及整星測試過程中的測量誤差分析問題。
