现代航天任务对地面测控站测量系统的测量准确度提出了很高的要求,这除了要求对设备精心设计、精密加工和精确装调外,还需对其进行严密、完整的标定和校准。

测角分系统的主要功能就是测量目标的角位置,给出方位、俯仰角数据。但由于各种因素的影响,分系统角度检出装置给出的目标角位置相对于目标实际位置是有误差的。此误差按性质可分为两类:随机误差和系统误差。随机误差没有规律,不可预测,只能用统计特性来表征;系统误差是确知的,或按一定规律变化,可用一定的函数关系来描述。标校的目的就是为了消除系统误差,最终使测角精度主要受随机误差限制。

角度标校包括标定和校准两部分内容,通过标定可给出系统误差修正系数,校准则是采取措施减少或消除系统误差。实际中,这两部分内容是结合进行的,通称为角度标校。角度标校按所采用的方法不同,可分为两类:常规标校和星体标校。

常规标校是以经过精确大地测量的标校塔和方位标为基准进行标校。常规标校可操作性强,普遍用于靶场测量设备,可以标校轴系误差、光电轴不匹配、轴角编码器零值和多极旋变安装偏心等。

常规标校准确度受以下误差源限制:

  • 装置误差,包括光、电标基准大地测量定位误差,天线座转动中心定位误差,标校望远镜制造误差,望远镜光轴与天线机械轴间的不匹配误差等。
  • 环境误差,包括由于自然环境所引起的光、电标晃动,光折射现象而造成的误差等。
  • 人员误差,基于测量者生理上的最小分辨能力、感觉器官的生理变化、反应速度和固有习惯等引起的误差,表现在观测、读数等方面。
  • 方法误差,由于测量方法、计算方法或测量过程中实际操作方法的近似和不完善引起的误差。

星体标校是利用经过天文测量已准确定位的恒星进行标校。标校时,选取合适的星组,对测控站进行坐标转换,再与雷达测量结果数据进行比较,即可得到一系列误差数据,经过数据处理可得误差项参数。

对于超大口径的深空测控系统天线,由于无法建立满足条件的标校塔,因此角度标校工作只能利用射电星进行。用射电星进行角度标校的原理是以经过天文测量已精确测定位置(一般单站VLBI测试误差小于或等于0.006″,国际VLBI联合观测精度更高)的恒星为基准,对电轴进行精确标校。角度标校在副面修正(副面位置及角度标定)工作完成后进行,分为两步:第一步是利用现有同步卫星(或射电星)进行初步的角度零值标定,第二步是利用射电星对角度零值及轴系误差进行精确标定。

由于射电星数量较多,每一颗星运行范围比较大,通过合理选取不同的星座及同一星座不同时刻的位置,使得射电星(信号源)均匀分布在天球上,可以确保对天线角度及轴系误差进行精确标校。标校时选取合适的星组,计算出星组在某一地点观测时刻的方位和俯仰角(AE),经过观测,得出某一恒星在天线观测时实际测量的方位和俯仰角(A′,E′),2组数据进行比较得出ΔA、ΔE。将ΔE先扣除大气折射修正,经过多次观测获得一组角误差数据(ΔA1,ΔE1,…,ΔAn,ΔEn),再采用最小二乘法处理,分解出8个误差修正系数代入角误差修正模型,从而将系统误差修正到最小。