一种高分辨率的相差测量技术

在重力场探测和气象实验卫星(GRACE:Grace Recovery And Climate Experiment)中星间测距精度达μm级,工作频率选用K/Ka频段,即测相分辨率需达到千分之一至万分之一,加之相噪影响,研究高精度的频率估计和相位积分估计技术是一个重要课题。测相需采用数字化精跟、锁相和相差测量技术,研究快速、准确和稳定的锁相算法。文章以GRACE卫星的KBR系统(K-Band Ranging System)为背景,提出一种数字化高分辨率的相位检测算法,通过软件对算法进行仿真,验证其可行性。     

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。     

发射消息

正"维加"火箭2015年12月3日在法属圭亚那库鲁发射了欧空局"激光干涉测量空间天线(LISA)探路者"卫星。该星由空客防务与航天公司建造,发射质量1906千克,用于试验未来开展天基引力波探测所需技术。欧空局计划在2034年发射大型引力波探测卫星,而"LISA探路者"虽不具体进行引力波探测,但将试验探测所需的基本技术和仪器。为开展这些试验,"LISA探路者"要有极高的安静性和稳定性。它载有两个质量2千克、相隔仅38厘米、将悬     

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。     

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。     

纤维直径激光检测系统

本文报导了一个主要用于增强材料——纤维直径测量的激光检测系统。该系统采用微机控制的步进计数测长装置测量纤维的衍射条纹尺寸,并通过极值探测的仿真处理,修正了高达被测值(3～5.67)％的原理误差,从而实现了纤径的高精度、智能化的自动测量。本文介绍了该系统的测量原理,描述了检测系统的构成并给出了极值探测仿真的方法。     

超高精度星间距离测量及其在卫星重力场测量中的应用

介绍卫星重力场测量的最新技术——GRACE低-低卫-卫跟踪的基本思想及其关键有效载荷。在此基础上,对高精度KBR星间距离测量的基本原理进行简要分析,并探讨其关键技术。     

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。     

卫星微波干涉测高体制及性能分析研究

针对传统卫星星下点高度计测高体制只能实现一维测量,不能兼顾时间和空间分辨率的问题,重点分析了可实现宽刈幅测高的传统合成孔径雷达干涉(InSAR)测量和新型InSAR高度计测高两种体制;阐述了卫星微波干涉测高的工作原理及误差传播关系;研究了不同雷达下视角情况下随基线倾角的变化相位与基线误差对干涉测高精度的影响,从测高精度与地面分辨率方面分析两种体制的异同及应用范围。文章最后对不同的测高体制的测高精度和应用进行了总结对比,提出了可使测高体制充分发挥优势的应用范围和条件。     

基于激光干涉星间测距原理的下一代月球卫星重力测量计划需求论证

月球卫星重力测量是21世纪国际开展深空探测的发展趋势和追逐热点。月球重力场的精密测量是国际探月计划的重要组成部分,它决定着月球探测器的轨道优化设计和载人登月飞船月面理想着陆点的合适选取。本文首先介绍未来国际GRAIL（Gravity Recovery and Interior Laboratory）月球重力场探测双星计划的总体概述、关键载荷以及科学目标和研究方向。其次,重点阐述月球卫星观测模式可行性论证、月球卫星关键载荷的优化选取、卫星轨道参数的优化设计、仿真模拟研究的先期开展等我国将来月球卫星重力测量计划的实施建议。第一,由于高低/低低卫星跟踪卫星结合多普勒和甚长基线干涉系统观测模式（SST-HL/LL-Doppler-VLBI）对中长波月球重力场的探测精度较高,技术要求相对较低,月球重力场测定速度快、代价低和效益高,可借鉴地球重力卫星GRACE（Gravity Recovery and Climate Experiment）系统的成功经验,对定轨精度的要求较低,而且可有效探测远月面区域的月球重力场信号,因此我国将来首期月球卫星重力测量计划采用SST-HL/LL-Doppler-VLBI观测模式较优。第二,我国应先期开展高精度的月球重力卫星关键载荷（激光干涉星间测距仪、非保守力补偿系统等）和地面Doppler\|VLBI系统的研制工作。第三,月球卫星轨道高度（50~100 km）和星间距离（100±50 km）的优化设计是成功实施将来我国月球卫星重力测量计划的重要保证。第四,建议我国将仿真技术应用于月球重力卫星的方案论证、系统设计、部件研制、产品检验、实际应用、故障分析等研制和运行的全过程。本文的研究不仅对我国将来首期月球卫星重力测量计划的成功实施具有重要的参考价值,同时对未来国际太阳系行星重力探测的发展方向具有广泛的指导意义。
     

基于双光束干涉原理的微小推力测量系统实验研究

微小推力测量技术是微推进器研制的关键技术之一,是微小卫星技术发展的重要支撑。为了发展更高精度的测量系统,基于双光束干涉原理,提出了一种新的高精度光学微小推力测量方法,设计并搭建了一套测量微小推力的实验装置。进行了三次标定和测量实验,探索和总结出微推力测量的经验和方法,并对测量系统进行改进。实验结果表明,该测量系统使用方便,能获取实时推力曲线,最大测量误差1.86%,测量精度已达到现有推力架的测量精度,但没有达到双光束干涉原理的理论精度要求,在未来有较大的提升空间。     

海洋盐度探测卫星的现状分析和未来趋势

调研了ESA的"土壤湿度和海洋盐度"(SMOS)卫星和后续发展计划,以及NASA的"宝瓶座"(Aquarius)卫星;对比分析了SMOS和Aquarius卫星盐度测量数据的应用情况。结果表明:在低纬度地区,Aquarius卫星的盐度测量精度均优于SMOS卫星,但是在高纬度地区的盐度测量精度较差。针对2颗卫星在应用中存在的同步测量手段欠缺、射频干扰(RFI)等突出问题,提出了相应的解决途径,如增加同步测量和采用多种RFI检测抑制手段。最后,提出了海洋盐度探测卫星的发展趋势,如开展辐射计反演与遥感数据预处理技术、高精度外定标技术和高精度热控技术研究。     

基于CEI的高精度相位干涉测量试验

基于被动式干涉测量的卫星轨道测定在测量精度、星上资源利用等方面具有明显优势。首先阐述群时延辅助的高精度相位干涉测量算法,然后利用连线干涉测量(CEI)系统对地球同步轨道(GEO)卫星实施观测试验,最后对试验数据进行相位干涉测量处理与轨道符合验证。结果表明,相位干涉测量可以获得皮秒量级的随机误差,远远优于群时延随机误差;修正系统性误差后,干涉测量得到的几何时延与卫星精密星历得到的理论几何时延差异仅约0.1ns,为利用干涉测量技术实现高精度卫星轨道确定奠定了基础。     

激光外差干涉技术在固体发动机振动中的应用

利用激光外差干涉技术对工作中固体火箭发动机的振动频率及强度进行了研究。在实验室环境下建立一套激光外差干涉系统,对某型号发动机进行振动测量实验。实验表明,激光外差干涉测振系统测量带宽7.8 Hz,测量标准偏差小于5.6×10-8,振镜实验测量结果与振源频率相吻合,系统探测信号强度和物体振幅呈线性关系。激光外差干涉技术在发动机振动测量过程中具有一定的应用价值。     

月球遥感立体测绘技术的发展

对国外月球探测测绘历程进行了调研总结,并针对立体观测、干涉雷达测量、扫描激光测绘等3种主要的测绘方案进行分析比较,继而提出适合中国月球探测目标的三维遥感测绘成像技术途径。     

陆海激光卫星高程测量的思考

为满足新形势下陆海激光卫星高程测量的需求,分析了高精度高程控制点数据获取、森林生物量估算、浅海及海岛礁地形测绘、"三极"区域高程变化监测等方面的需求,提出了发展多波束激光卫星测高的初步设想,并就高精度激光指向测量技术、距离门宽度动态适应调整技术等关键技术问题进行了探讨。     

Ka波段机载双模式干涉SAR系统设计及测量精度分析

为解决传统干涉合成孔径雷达(SAR)系统只能顺轨干涉或交轨干涉,无法兼顾高精度高程测量和速度测量的问题,开展了Ka波段机载双模式干涉SAR系统设计与干涉测量精度分析。基于Ka波段电磁波波长短、干涉相位敏感度好的特点,利用较短的干涉基线在同一干涉SAR系统中实现高精度干涉测高与测速,并介绍了所设计的Ka波段机载双模式干涉SAR验证系统。仿真结果表明:该系统具备高效率、高精度干涉测量能力,可获得亚米级的绝对测高精度和0.1 m/s的测速精度。     

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。     

激光告警中的先进技术

简介激光告警中的多元相关探测、高精度方位分辨、光纤前端、多波长告警、波长测量、小型化和多目标处理等先进技术。