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。     

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。     

VLBI并行处理方式比较分析

甚长基线干涉测量技术VLBI能够弥补传统雷达测距和多普勒测速技术对垂直于视线向位置和速度不敏感的缺陷,已被广泛应用于深空航天器精密测定轨任务中。针对集群环境下VLBI数据处理的实现问题,从计算量、通信量、可扩展性、调度复杂度等方面对基线并行、测站并行、通道并行、时间并行四种并行处理方式进行对比论述分析,分析结论对正在建设中的深空干涉测量信号处理中心的数据处理系统建设具有一定的参考价值。     

萤火一号火星探测器深空小型无线发射机技术

对萤火一号(YH-1)火星探测器深空小型无线发射机技术进行了研究.在系统设计中分析了X波段发射机的工作模式,选择适应的通信信道,采用一体化、轻小型化技术.关键性能测试结果表明:X波段发射机各项性能参数符合要求,工作稳定,可用于地面开展甚长基线干涉(VLBI)验证试验.     

深空探测天线技术发展现状及趋势

为了满足我国新世纪深空探测任务的需求,文章结合国内外部分典型深空探测项目,介绍了有关探测器上天线系统的设计思路,从而了解深空探测天线技术的发展现状,并根据目前星载天线技术发展和深空探测领域测控通信系统的需求,归纳和总结了未来深空探测领域中探测器上天线技术的发展趋势,为我国深空探测天线技术的发展提供参考。     

美国深空探测任务预算分配与投资策略研究

介绍了美国以《战略规划》和《科学计划》为主线的深空探测战略规划的管理体制,并综合NASA 2011—2017财年的预算申请文件,分析了NASA 2011—2021财年的预算发展情况和未来走向。介绍了NASA的各类深空探测活动和研究计划,包括"发现计划"、"新疆域计划"、"月球探索计划"、"火星探测计划"、"外行星计划"和"行星科学研究"等。研究了NASA深空探测活动的投资重点和投资策略,指出在深空探测领域,美国不仅制定了长期、连续且稳定的深空探测战略规划,而且还制定了相应的投资策略和预算管理机制,保证了研制经费的持续投入,不断支持未来探测任务所需先进技术的概念研究和预研攻关,全面发展深空探测能力,确保了其在深空探测领域的全球领先地位。文章提出启示和建议,可为我国深空探测战略规划的制定和预算分配提供参考。     

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。     

应用于深空探测的小卫星测控系统方案研究

针对深空测控任务的特点,分析了小卫星平台典型测控方案用于深空测控存在的问题,包括天线组阵存在干涉区、有效全向辐射功率(EIRP)和接收灵敏度不足、系统电磁自兼容性(self-EMC)较弱、不支持高精度定轨测量的差分单向测距(DOR)功能等。为解决这些问题,文章进行了方案的设计改进,提出了一种小卫星深空测控方案,通过仿真及计算分析,验证了设计方案的可行性,结果表明:改进后的深空测控方案,可为小卫星及其它航天器进行深空探测提供参考。     

基于GPU的干涉测量VDIF格式数据编帧方法*

为提高深空测控网VLBI基带转换器灵活性和多种数据格式适应能力,设计一种基于GPU的VDIF格式数据编帧方法。基于CUDA并行运算架构开发符合VDIF规范的帧头计算模块、多通道单线程编帧模块和多通道多线程编帧模块。为了实现编帧过程效率的优化,设计基于纹理缓存查找表的数据量化方法和基于流式架构的多帧信号异步编帧方法。试验验证表明,设计的编帧方法结果正确,高效可靠,有望为我国深空测控干涉测量数据记录系统参与国际VLBI联合观测提供有效的支持。     

气球型深空探测器技术研究进展

气球型深空探测器能够大大提高深空探测的机动能力,它不仅可以获取区域范围内的高分辨率观测数据,而且还可实现不同高度大气的原位测量。文章针对气球型深空探测器按技术特征进行了分类,并简述了各类气球探测器的原理和特点,重点总结了各类气球探测器在金星、火星和土卫六上应用的研究现状。针对我国未来的气球型深空探测器技术发展,提出首先以火星热气球为发展方向,与地球临近空间浮空器技术的发展彼此借鉴,促进关键技术领域的技术突破等建议,可为我国未来深空探测提供参考。     

21世纪国外深空探测发展计划及进展

21世纪初期,国外深空探测计划层出不穷,各类深空探测器不断升空。文章主要概述新世纪各航天国家或地区的深空探测计划,并分别论述对月球、火星和其他行星以及小天体的探测计划及其进展,最后进行综合分析研究。     

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。     

国外深空探测态势特点与启示（上）

通过对国外主要航天大国在深空探测领域发展过程的梳理,重点分析了各国在无人深空探测技术、载人深空探测技术和地面测控通信技术三个方面的技术发展特点,并从总体角度对其主要技术特征和关键技术进行了深入剖析,从中提炼出对我国深空探测活动的启示,以期对我国深空探测的开展有所借鉴和推动。     

国外深空探测态势特点与启示（下）

通过对国外主要航天大国在深空探测领域发展过程的梳理,重点分析了各国在无人深空探测技术、载人深空探测技术和地面测控通信技术三个方面的技术发展特点,并从总体角度对其主要技术特征和关键技术进行了深入剖析,从中提炼出对我国深空探测活动的启示,以期对我国深空探测的开展有所借鉴和推动。     

国外深空探测光学遥感载荷发展现状与启示

文章对国外近十几年来的深空探测光学遥感载荷的发展情况进行了介绍,并按科学目标进行了分类。总结了深空探测光学遥感载荷的发展趋势与启示,为深空探测光学遥感载荷的发展提出了几点建议。     

基于我国VLBI网航天器定位归算仿真分析

结合我国VLBI观测网现状,通过仿真计算分析了观测时延噪声与系统差、预报轨道偏差和测距误差等对航天器定位归算的影响。结果表明,仅利用VLBI跟踪时附加飞行器地心距约束有利于压制定位点的弥散。 3站 VLBI跟踪的定位解是有偏估计,4站跟踪时要求所加约束的误差应与预报轨道偏差相当,若过大将起不到压制定位点弥散的良好效果,若过小则会在定位结果中引入系统偏差。时延与测距的观测噪声主要引起定位点序列的弥散。若观测量存在系统差则将引起定位结果的系统性偏差,而且定位点序列会发生渐近线性趋势跳变。同时,这也可以作为观测量是否存在系统差的判据。另外,若某时刻前后VLBI跟踪站存在3、4站变更,定位点序列有时发生趋势变化。分析结论对于我国后续探月和萤火计划等工程实践具有借鉴意义。     

深空探测对航天器热控技术的推动

工程热物理学广泛应用于航天领域,一方面解决了具体航天工程问题,另一方面逐步发展成为交叉学科——空间热物理。随着我国在深空探测领域不断拓展,以深空探测器研制中的工程热物理问题为需求背景,推动着航天器热控制技术、防热技术等取得新的发展。文章在介绍深空探测器技术体系的基础上,分析了热设计、热分析、热试验、热控硬件、防热等方面的技术进步,并就深空探测领域进一步拓展对工程热物理发展的牵引进行了展望,分析了工程热物理学与航天技术间相互促进、相互推动的关系。     

载人深空探测进入/再入走廊设计方法研究

载人航天器的进入/再入走廊刻画了进入地外天体或再入返回地球时允许的进入/再入角范围。载人深空探测进入/再入过程中,载人航天器必须满足进入/再入走廊约束,以避免经历过大的过载、热流和总加热量等力/热环境,威胁进入/再入飞行安全。文章研究载人深空探测进入/再入走廊的设计方法,通过融合载人航天器进入/再入预测校正制导,验证进入/再入走廊的可行性,并采用基于安全系数的偏差因素影响分析方法,获取进入/再入走廊的设计裕度。最后,以载人月地再入返回为例,具体阐明了再入走廊的设计方法,并通过数学仿真验证了设计方法的有效性。研究结果将为载人深空探测进入/再入走廊设计以及进入/再入返回总体设计提供技术参考。     

深空自主飞艇探测器技术发展

介绍了美国典型自主飞艇探测器的研究现状、总体技术方案和关键支撑技术。针对我国未来的深空飞艇技术发展,提出以火星应用为重点,促进在智能自主控制、新型材料、同位素热电等关键技术领域的技术发展,并与地球临近空间飞艇技术的发展彼此借鉴等建议,可为我国未来深空探测提供参考。