深空干涉测量对流层经典模型改进

对流层延迟修正误差是深空干涉测量的重要误差源之一。通过修正对流层经典天顶延迟模型和Niell映射函数NMF（Niell Mapping Function）构建了一种高精度区域对流层延迟模型。首先，结合我国深空网喀什深空站对流层延迟实测数据，对Saastamoinen模型的适用性进行分析，通过线性最小二乘拟合修正天顶干延迟参数，模型精度相对改善29.6%；然后，针对NMF低仰角情况下映射偏差较大的问题，构建偏差函数模型，显著改善了低仰角下的映射性能，经实测数据验证：仰角在0°~30°时，对流层延迟模型偏差相对改善约30%。改进后的对流层区域模型估计精度高，可为我国深空干涉测量对流层延迟修正提供参考。     

GNSS观测数据ZTD建模的质量控制方法

针对目前基于GNSS观测数据的对流层天顶总延迟(ZTD)模型缺乏有效质量控制手段的现状,提出了一套综合考虑数据量、网格分辨率以及模型稳定性的ZTD建模质量控制方法,并采用内华达大地测量实验室(NGL)解算的高空间分辨率GNSS对流层数据,选取了近十年德国及周边区域[47°N-55°N,5°E-15°E]183个测站的实测ZTD,对该方法进行了校验。实验结果表明:在该质量控制方法下建立的新模型精度稳定,平均均方根误差(RMS)为3.4 cm,相对于UNB3m、EGNOS、GPT2w+Saas平均改善了42.4%、35.8%、33.3%。本文提出的质量控制方法有效提升了基于GNSS观测数据的ZTD模型的性能,对于ZTD建模研究具有一定的参考价值。     

中国深空探测网干涉测量系统性能分析

中国深空探测网(CDSN)干涉测量系统目前由佳木斯深空站(JM01)、喀什深空站(KS01)、纳米比亚深空天线(NB01)和南美深空站(NM01)及北京相关处理中心组成,系统最长基线达到12000km。首先以嫦娥三号着陆器、嫦娥四号中继星和火星为目标,分析CDSN干涉测量系统的覆盖性。结果表明在统计时段内,NB01和NM01的建成将系统单站观测弧段及干涉测量观测弧段均提高一倍以上,显著增强了系统的定轨支持能力。然后利用嫦娥三号着陆器开展干涉测量观测试验。数据处理结果表明,干涉测量时延随机误差达到0.2ns,其中KS01-NM01基线的时延随机精度接近0.1ns,相应测角精度约为1.2nrad;KS01-NB01-NM01的闭合时延平均值约为0.1ns,显示了CDSN干涉测量系统具备较好的系统误差性能。最后分析CDSN干涉测量系统的限制因素及后续工作方向。     

多基线组合求解深空航天器载波相位模糊方法

针对深空航天器高精度定位需求,提出多基线组合求解载波相位模糊方法,获得比群时延更精确的相时延,极大地提高无线电干涉测量精度。首先建立多基线组合求解载波相位模糊的数学模型,推导该方法对长短基线组合的约束条件。然后利用美国甚长基线阵(VLBA)对本文方法进行仿真校验,结果表明航天器定位精度可以达到纳弧度量级。最后结合我国已有干涉测量网,分析在我国未来深空探测任务中采用多基线组合测量载波相时延的可行性,给出满足方法约束的站址选择建议,可为我国深空导航无线电干涉测量技术的发展和深空测控网的完善提供参考。     

深空导航相位参考干涉测量技术研究

针对深空导航不断提高的测角精度需求和传统无线电干涉测量技术所面临的局限，介绍了相位参考干涉技术用于深空导航的优势，重点分析了该技术的基本原理和两个关键观测参数的影响，综述了该技术在国外的研究进展情况，最后介绍了我国开展该技术研究的软硬件基础和利用嫦娥三号任务数据开展的相位参考干涉测量试验情况，试验结果表明了基于我国深空测控资源开展该技术研究的可行性和高精度，有助于推动该技术转向实际工程应用，提高我国深空导航无线电干涉测量水平。     

连接单元干涉测量技术应用于嫦娥二号卫星测轨实验

为了支持月球、火星等探测任务,我国正在组织开展深空干涉测量信号处理中心的建设工作。在嫦娥二号卫星在轨运行期间,利用连接单元干涉测量系统对卫星下行的数传信号进行采集记录,应用自行开发的数据处理软件获得了清晰的干涉条纹,同时时延计算结果与理论轨道具有较高的一致性,精度优于纳秒级。测轨实验验证了数据处理算法的正确性,证明了应用连接单元干涉技术进行卫星测轨的可行性。文章的分析和结论可为后续深入开展深空干涉测量信号处理中心建设提供技术储备。     

一种辅助轨道确定的相对干涉测量方法研究

在嫦娥四号中继星任务期间某次干涉测量标校射电源观测无效、微卫星轨控后预报星历无法提供精确时延模型的背景下,提出了一种为微卫星轨控后轨道确定提供辅助约束测量信息的方法。该方法通过迭代相关处理修正时延模型,解决了轨控后微卫星预报星历不准的难题;利用中继星观测估计系统时延并修正微卫星干涉测量观测量,得到了实时条件下微卫星干涉测量观测信息,与事后相关处理结果的偏差约为4. 2ns(约1. 2m)。进一步分析了相对干涉测量中的误差因素,结果表明相对干涉测量的随机误差约2ns,与事后相关处理精度相当。最后,给出了应用于辅助探测器轨道确定的相对干涉测量数据处理方案,为后续相关背景下的干涉测量提供参考。     

微振动对星载傅里叶变换光谱仪的影响分析

文章介绍了一种利用星载傅里叶光谱仪(FTS)进行大气成份探测方法。该光谱仪基于动镜干涉原理,采用空心角镜摆臂扫描、计量激光进行触发的采样方式,实现光谱探测。这种设计尽可能的减轻了FTS在采样过程中卫星平台的振动对干涉效果和光谱数据的影响。文章首先介绍了星载傅里叶变换光谱仪的在轨工作模式、系统组成和干涉模块的光学方案,给出了微振动对傅里叶光谱仪干涉信号和光谱信号影响的数学模型,针对卫星平台微振动的频率和振幅特性,开展了典型工况条件下干涉信号和光谱信号的仿真计算。仿真结果显示随着振动量级增大,光谱图上的鬼线幅值明显增大;另外,延迟匹配精度对探测精度具有重要影响,延迟匹配误差越大,产生的鬼线幅值越大。分析表明,在小于卫星平台的微振动幅度(30×10-3gn)时,微振动对星载傅里叶变换光谱仪的影响可以控制在可接受范围内。     

深空探测VLBI技术综述及我国的现状和发展

甚长基线干涉测量（VLBI）技术是近年来深空探测研究领域中的研究热点之一。VLBI技术具有测量精度高,作用距离远等优点,这些优点使其在当前及未来的深空探测项目中具有广泛的应用前景。通过对数十篇相关文献的调研,重点阐述了深空探测VLBI技术的基本原理、研究现状,并对该技术的关键技术及未来发展趋势进行了分析和研究,最后介绍了我国深空探测用VLBI技术现状及发展。     

连线干涉测量信号处理方法及实验验证

干涉测量技术是深空探测任务中高精度获取导航数据观测量的重要技术手段。阐述连线干涉测量原理,详细推导干涉测量信号处理算法,用于准确提取反映航天器测角信息的时延观测量。分析信号处理数学模型,通过仿真验证算法的有效性。由于连线干涉测量具有严格的时间同步特性,同时消除了传播介质公共误差对信号的影响,通过搭建连线干涉测量实验系统实际采集地球同步卫星信号进行分析,结果表明实验成功获取了清晰的干涉条纹,得到高精度的时延观测量信息,从而验证了连线干涉测量信号处理方法的有效性。     

数据融合的对流层天顶延迟估计方法

为提高对流层天顶延迟(Zenith tropospheric delay，ZTD)的估计性能，提出了基于数据融合的ZTD估计方法。估计干延迟采用Saastamoinen模型，估计湿延迟采用Askne模型，地表气象测量设备提供给两模型所需的气压、温度以及水汽压，Askne模型所需的加权温度、温度变化率和湿度变化率由全球气压和温度2w(Global pressure and temperature 2w，GPT2w)模型提供。当气象测量设备不可用时，上述所有气象参数均来自于GPT2w模型。利用国际GPS服务(International GPS service, IGS)提供的数据进行验证，结果表明：当地表测量设备存在时，所提方法较Saastamoinen模型提高了8mm；当全部气象参数来自GPT2w时，本方法较GPT2w+Saastamoinen模型提高了8.1mm；对于季节分明的测站，误差趋势同样具备季节性；对于海拔高和气候干燥的的测站，估计误差较小。     

含引力辅助的小推力多任务探测轨道设计

针对深空探测时间长、成本高的特点,文中以多任务深空探测为背景,建立了包含多模型、多约束、多变量、多阶段的探测轨道设计模型。通过融合推力工作模式、分段设计目标函数等策略,克服了模型的内点约束限制,降低了优化模型的复杂度。为了提高优化速度、提升优化精度,结合梯度搜索和粒子群算法的特点,研究提出了一种梯度混合粒子群(GHPSO)算法。将该算法应用到多任务星探测轨道设计模型上,得到了发动机的工作时序,并横向对比了该文算法与传统粒子群算法(PSO)和遗传算法(GA)的优化性能。仿真结果表明,文中提出的算法搜索速度快,第1设计阶段GHPSO相对GA提高61.96%,相对PSO提高47.85%,第2设计阶段GHPSO相对GA提高61.87%,相对PSO提高43.66%;精度最高,第1设计阶段GHPSO相对GA平均精度提高了2.86%,最高精度提高了1.24%,相对PSO平均精度提高了4.19%,最高精度提高了3.97%,第2设计阶段GHPSO相对GA平均精度提高了3.33%,最高精度提高了1.63%,相对PSO平均精度提高了4.72%,最高精度提高了3.02%,适用于轨道优化设计类的非线性、多约束全局优化问题。     

深空探测器单基线干涉测量相对定位方法

针对中国深空探测中航天器高精度定位需求,提出一种基于相位参考成图技术的探测器单基线相对定位方法。该方法利用中国深空站长弧段跟踪优势,形成良好的UV覆盖,满足在中国仅有两个深空站的条件下获得高精度测量结果的要求,解决单基线高精度干涉测量的难题。利用中国深空测控网喀什至佳木斯基线开展了嫦娥三号月球探测器天线间的相对定位试验,确定了嫦娥三号着陆器全向天线相对定向天线的位置,天平面角分辨率优于0.5 mas(毫角秒),充分验证了该方法的有效性。该研究对以后嫦娥五号任务及火星探测中无线电干涉测量相对定位具有一定参考价值。     

基于UKF的航天器双行根数转换方法

确定航天器在轨双行根数(Two Line Elements, TLEs)是进行轨道预报的前提,文章以航天器双行根数为状态变量,以飞行位置和速度为测量变量,提出基于无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)的航天器双行根数转换方法。仿真结果表明:方法有效可行,能快速转换得到双行根数。当测量噪声位置误差为10 m时,转换得到的双行根数精度均达到了其标准格式精度;使用UKF转换的双行根数进行轨道预报,预报时长取一天,位置和速度的预报值与STK仿真值之间的误差分别在10 m和0.008 m/s以内。在大测量噪声和大初始误差条件下,UKF仍能转换得到满足精度要求的双行根数。     

应用于深空探测的VLBI技术

分析了河外射电源与空间飞行器甚长基线干涉测量（VLBI）跟踪与资料解析的差异,包括信号波前形式、频谱特征、误差修正方式、解算参数类型和软件实时性需求等。讨论了应用于深空探测的包括宽带、窄带、同波束、多频点、多基线相位参考、连线干涉和局部参考架等多种差分VLBI技术,可作为VLBI技术在我国深空探测应用中技术设计参考。     

Jason-2 DORIS/SLR精密定轨

Jason-2卫星搭载了第三代DORIS接收机DGXX,与前两代接收机相比,DGXX在时效性和数据量上都有显著提高。本文研究了DGXX接收机输出的相位观测数据与传统的Doppler数据之间的转换,并通过内符精度比较、轨道重叠检验、独立轨道比较及卫星激光测距(SLR)检验分析了DORIS数据独立定轨和SLR+DORIS数据联合定轨精度及SLR在联合定轨中的贡献。另外,考虑到部分DORIS地面信标站气象数据可能不够精确或缺失会影响DORIS数据中对流层延迟模型改正精度,本文通过和实测气象数据比较分析了最新的气象参数模型GPT在DORIS定轨中的应用及其对定轨精度的影响。计算结果表明:GPT模型和DORIS地面信标站实测气象数据的定轨精度相当,在无实测气象数据情况下可利用GPT模型替代;DORIS数据独立定轨和SLR+DORIS联合定轨径向均能达到1cm精度,SLR+DORIS联合定轨精度略优于DORIS独立定轨精度,联合定轨中SLR的主要贡献是能降低解算参数中的湿天顶延迟和DORIS频率漂移的相关性、保持轨道精度的长期稳定性。     

萤火一号火星轨道器开环追踪技术

中国首个火星探测器萤火一号计划于2009年10月和俄罗斯的火卫一采样探测器一道发射升空。萤火一号将探测火星的空间环境,并验证深空导航测控与通信技术。与常规的火星探测任务不同,该探测器的轨道与位置测量主要利用天文甚长基线干涉测量技术、开环跟踪测量技术、差分单程测距测速技术、同波束干涉测量技术以及单程Doppler测速技术承担。     

应用于深空跟踪测量的VLBI软件相关处理技术

甚长基线干涉测量(VLＢI)综合孔径望远镜具有极高的空间分辨率,被广泛应用于深空探测器高精度测量。软件相关处理技术作为新的VLＢI信号处理技术在国际上日益受到重视,已成功应用于深空目标跟踪测量。近年来,上海天文台在国内率先开展了有关研究,建立了具备快速条纹搜索、相位校正信号提取功能的深空跟踪VLＢI软件处理机系统,并在我国首次月球探测工程和中国VLＢI网对欧洲绕月探测卫星SＭAＲＴ-1定轨等重要观测中成功应用。本文介绍了探月工程用软件处理机结构。研究表明,VLＢI软件相关处理技术具有结构灵活、使用便捷、可靠性高、扩展方便、易适应新算法等特点,特别适用于深空探测器跟踪测量。     

船摇数据实时处理的一种新方法

对船摇数据建立了一个时间序列自回归实时处理模型，在该模型的基础上，对船摇数据进行实时滤波及预报。经过大量实测数据及仿真数据的计算，从均方根差、均方根偏差、残差相关性、预报误差等多个方面研究了该方法的处理效果。计算结果表明该方法具有计算速度快、滤波及预报精度高等优点；将该方法与指数递推滤波＋极大似然预报法进行比较，前者明显优于后者。     

同波束干涉测量差分相时延观测模型研究及验证

针对月球轨道交会对接地面高精度引导需求,对同波束干涉测量差分相延观测模型进行分析验证。根据甚长基线干涉测量几何时延观测量同一波前的定义,推导出同波束差分时延观测量的观测模型。并提出一种精确的同波束干涉测量差分相时延闭合算法,同时结合SELENE任务实测的数据计算差分相时延闭合值,用于对观测模型进行验证。实测数据计算结果表明,采用本文提出的精确算法显著地消除同一波前差分相时延闭合值中的趋势项,差分相时延闭合值的精度在0.5ps~1ps范围内,验证了观测模型的正确性。该研究对于后续的月球交会对接地面高精度测定轨任务分析设计将具有一定的参考价值。