一种基于信号合成的无线电干涉测量方法

针对后续深空探测任务更高测量精度需求,文章提出了一种基于信号合成的无线电干涉测量方案,并对方案性能进行了理论分析;结合目前主流信号合成算法,提出了一种基于相位补偿的Sumple算法,该算法不仅合成效率高,且合成信号与参考信号具有相同的相位特性,这是天线组阵技术应用于无线电干涉测量的前提;利用相控阵天线试验数据和DOR信号仿真数据对合成方案和合成算法进行了验证,结果表明信号合成处理可以提高无线电干涉测量时延估计精度,这在深空探测任务中具有重要意义。     

基于同波束干涉测量的航天器姿态测量研究

基于地基同波束干涉测量,建立了航天器姿态测量数学模型及方程,给出了姿态解算方法,并对方程可解性与解算精度因子进行了分析。通过模拟在轨航天器轨道运行,进行了基于同波束干涉测量的航天器姿态解算数值仿真和误差分析,对解算误差和观测俯仰角的关系进行了分析和验证。结果表明,利用3个地面测站针对航天器上3个下行天线信号开展同波束干涉测量,辅以精度因子约束进行姿态解算,可以获得有效的航天器姿态信息,其精度最高可达0.001°。该方法可以作为在轨航天器姿态测量的备份手段。     

落塔微重力水平激光干涉测量方法中的干扰因素分析

落塔是获得微重力环境的重要设施,落塔微重力水平的测量对微重力科学实验的研究至关重要. 激光干涉是测量落塔微重力水平的一种新方法,这种方法的基本原理是让一个参考落体在落舱中自由下落,落舱由于受到服外空气阻力的作用将与自由落体运动略有差异,1 11. 肫内的参考落体则更接近理想的自由落体运动,这就使得落舱与参考落体之间存在着加速度差,这种加速度差便反映了落服的微重力水平,其所导致的相对运动则可通过激光干涉的方法测量出来. 本文对落塔微重力水平的激光干涉测量方法中将会遇到的一些主要干扰因素进行了分析,计算结果表明,这些干扰网素所造成的总误差约为 1.2 x 10-7g,低于微重力水平的预测值 10-4~lO-6 g,因此该方法是一种比较可行的测量方法.      

空间光学敏感器像素位置精确测量技术发展现状

为提高空间指向测量仪器的精度,满足极高测量精度的任务需求,图像传感器像素位置偏差对星点质心定位精度的影响不容忽视.激光干涉法是目前国内外对像素位置偏差进行测量的主流方法.文章对图像传感器像素位置偏差的成因及影响进行说明,对国内外开展的激光干涉测量像素位置偏差技术进行介绍与整理,对像素位置偏差测量技术遇到的关键问题,技术难点及其未来发展趋势进行梳理和总结.     

月球轨道编队超长波天文观测微卫星任务

月球背面能够有效屏蔽来自地球并同时遮挡来自太阳的射电信号干扰,拥有太阳系中近乎最安静的电磁环境,是开展空间超长波天文观测的最佳选择区域。在立足完成空间干涉实验的基本任务目标基础、并力争实现重大科学发现的研究思路基础上,研制并发射两颗微卫星,搭载"嫦娥4号"任务进入地月转移轨道,自主完成地月转移、近月制动,在有效燃料约束下形成环月大椭圆轨道编队,构建环月超长波天文干涉仪。说明了系统的工作模式,对数据处理与科学分析方法进行了论述,包括数据预处理、干涉成像与全天功率谱获取角度,进而从支持服务模块和科学载荷模型两个方面对微卫星方案进行了简要概述,凝练了项目任务解决的关键科学与技术问题。月球轨道编队超长波天文观测微卫星的实施将通过全球首个绕月近距编队飞行系统,构建全球首个星–星干涉射电天文观测系统,进而打开人类认识宇宙的新窗口。     

冷原子干涉技术原理及其在深空探测中的应用展望

简要介绍了基于冷原子干涉技术的陀螺仪与重力仪的特点以及国内外研究现状,重点介绍冷原子制备、冷原子分束、反射以及原子内态探测等冷原子干涉关键技术的基本原理及其实现方法。结合深空探测特点,冷原子干涉技术在深空探测领域潜在的应用有两个方面:一方面可应用于深空探测器在飞行、交互、对接以及着陆过程中的自主导航;另一方面可应用于深空探测器引力助推过程中的重力以及加速度的精密测量。     

面向绕月交会对接的同波束VLBI研究

针对"嫦娥5号"(CE-5)探测器间高精度相对测量需求,设计了我国深空干涉测量处理中心框架下的同波束VLBI处理算法,分析了X波段同波束VLBI相位解模糊条件和结果;通过引入群时延辅助的相位干涉技术,大幅抑制了干涉时延随机误差,为同波束VLBI中相位解模糊提供了先验条件;利用CE-5对接实测数据验证了本文工作的有效性,为CE-5任务同波束VLBI的实施奠定了基础。     

Orbiting VLBI

The technique of Michelson interferometry using synchronized radio telescope systems at great separations is known as Very-Long-Baseline Interferometry (VLBI). The method can be extended to give micro-arc-second angular resolution by using radio telescopes in space. There are no technical barriers, and several classes of conceptual systems can be specified.     

一种基于小波相关滤波的无线电干涉测量处理方法

针对深空探测中干涉测量微弱信号相关处理问题,提出了一种基于小波滤波的无线电干涉测量方法。首先,在小波相关滤波算法分析的基础上,提出了基于移位相关、逆序处理以及最高层小波系数阈值处理的改进算法;其次,分析并构建了深空探测宽带信号模型,并给出了基于小波相关滤波的无线电测量方案;最后通过蒙特卡洛仿真和实测数据处理证明小波相关滤波可以改善无线电干涉测量精度,其中同步卫星群时延估计精度改善约10%。     

PS-InSAR技术在伯克利山滑坡监测中的应用

针对伯克利山的滑坡问题,利用从1992年到2010年期间获得的大量ERS1/2,Radarsat-1,TerraSAR-X星载雷达数据,提出运用永久散射体(PS-InSAR,Persistent Scatterer Interferometry Synthetic Aperture Radar)技术,以一幅主图像为基准,与其他SAR图像分别进行差分干涉处理,并限定幅度和相位双重阈值选择PS点,分析其相位在时域空域的频谱特性,最后通过滤波处理提取形变部分,结果成功地定位了伯克利山的滑坡区域,得到了地形的形变速率,为今后的灾害预警打下了基础.     

A balloon-borne very long baseline interferometry experiment in the stratosphere: Systems design and developments

The balloon-borne very long baseline interferometry (VLBI) experiment is a technical feasibility study for performing radio interferometry in the stratosphere. The flight model has been developed. A balloon-borne VLBI station will be launched to establish interferometric fringes with ground-based VLBI stations distributed over the Japanese islands at an observing frequency of approximately 20?GHz as the first step. This paper describes the system design and development of a series of observing instruments and bus systems. In addition to the advantages of avoiding the atmospheric effects of absorption and fluctuation in high frequency radio observation, the mobility of a station can improve the sampling coverage (“uv-coverage”) by increasing the number of baselines by the number of ground-based counterparts for each observation day. This benefit cannot be obtained with conventional arrays that solely comprise ground-based stations. The balloon-borne VLBI can contribute to a future progress of research fields such as black holes by direct imaging.     

An Event Horizon Imager(EHI) Mission Concept Utilizing Medium Earth Orbit Sub-mm Interferometry

Submillimeter interferometry has the potential to image supermassive black holes on event horizon scales, providing tests of the theory of general relativity and increasing our understanding of black hole accretion processes. The Event Horizon Telescope (EHT) performs these observations from the ground, and its main imaging targets are Sagittarius A* in the Galactic Center and the black hole at the center of the M87 galaxy. However, the EHT is fundamentally limited in its performance by atmospheric effects and sparse terrestrial (u,v)-coverage (Fourier sampling of the image). The scientific interest in quantitative studies of the horizon size and shape of these black holes has motivated studies into using space interferometry which is free of these limitations. Angular resolution considerations and interstellar scattering effects push the desired observing frequency to bands above 500 GHz.
This paper presents the requirements for meeting these science goals, describes the concept of interferometry from Polar or Equatorial Medium Earth Orbits (PECMEO) which we dub the Event Horizon Imager (EHI), and utilizes suitable space technology heritage. In this concept, two or three satellites orbit at slightly different orbital radii, resulting in a dense and uniform spiral-shaped (u,v)-coverage over time. The local oscillator signals are shared via an inter-satellite link, and the data streams are correlated on-board before final processing on the ground. Inter-satellite metrology and satellite positioning are extensively employed to facilitate the knowledge of the instrument position vector, and its time derivative. The European space heritage usable for both the front ends and the antenna technology of such an instrument is investigated. Current and future sensors for the required inter-satellite metrology are listed. Intended performance estimates and simulation results are given.      

Numerical simulation of time delay interferometry for a LISA-like mission with the simplification of having only one interferometer

In order to attain the requisite sensitivity for LISA, laser frequency noise must be suppressed below the secondary noises such as the optical path noise, acceleration noise etc. In a previous paper (Dhurandhar, S.V., Nayak, K.R., Vinet, J.-Y. Time delay interferometry for LISA with one arm dysfunctional. Class. Quantum Grav. 27, 135013, 2010), we have found a large family of second-generation analytic solutions of time delay interferometry with one arm dysfunctional, and we also estimated the laser noise due to residual time-delay semi-analytically from orbit perturbations due to Earth. Since other planets and solar-system bodies also perturb the orbits of LISA spacecraft and affect the time delay interferometry (TDI), we simulate the time delay numerically in this paper for all solutions with the generation number n ? 3. We have worked out a set of 3-year optimized mission orbits of LISA spacecraft starting at January 1, 2021 using the CGC2.7 ephemeris framework. We then use this numerical solution to calculate the residual optical path differences in the second-generation solutions of our previous paper, and compare with the semi-analytic error estimate. The accuracy of this calculation is better than 1 cm (or 30 ps). The maximum path length difference, for all configuration calculated, is below 1 m (3 ns). This is well below the limit under which the laser frequency noise is required to be suppressed. The numerical simulation in this paper can be applied to other space-borne interferometers for gravitational wave detection with the simplification of having only one interferometer.     

深空测控新技术研究进展

测控系统是航天工程不可或缺的重要组成部分,其导航通信能力在深空探测任务中尤为重要。深空探测任务远距离、长延迟、弱信号、易中断条件下高精度导航测量和高速可靠数据传输始终是深空测控技术需要重点解决的问题。围绕这些问题重点介绍了在天线组阵、再生伪码测距、连接端站干涉测量、相位参考干涉测量和容延迟网络等一系列新技术方面开展的研究工作和部分成果,可以看到,这些成果的应用将丰富深空测控技术手段,在未来更复杂、更遥远的深空探测任务中将会发挥重要作用。     

双脉冲瞬态散斑全场测量方法研究CSCD

散斑测量技术在瞬态振动过程测量中具有不可或缺的重要地位。提出双脉冲瞬态散斑全场测量技术，解决了双脉冲激光器与双曝光相机的时序同步的关键技术，设计了基于双脉冲激光器的瞬态散斑光路系统，搭建了双脉冲瞬态散斑全场测量系统，从而实现了（2~800）μs 时间间隔内连续可调的瞬时振动形貌的测量。     

一种基于探测器下行信号融合处理的无线电干涉测量方法

针对深空探测器常用下行信号体制,结合无线电干涉测量特点,提出了一种基于探测器DOR信标信号和数传信号融合处理的干涉测量方法。该方法首先通过相关处理得到DOR信号和数传信号的差分相位,利用DOR信号进行带宽综合得到时延估计,并构建时延模型;然后,利用时延模型得到DOR信号与数传信号在数传载波处的相位差,并以此对数传信号差分相位进行补偿;最后,利用DOR信号差分相位和补偿后的数传信号差分相位进行带宽综合,实现高精度干涉测量。深空探测网数据处理结果表明融合处理后时延估计随机误差明显降低;但受介质时延误差影响,融合处理对系统时延精度的改善幅度有所减小。该方法仅通过改进干涉测量数据处理方法即实现了时延估计随机误差的改善,不仅提高了信号使用效率,而且增强了航天测控系统的鲁棒性,在应急测控背景下具有特殊意义。     

CCD光学遥感器参数选择研究

介绍了由衍射受限非相干成像系统的衍射分辨率引出的截止频率及混叠的概念. 为了对采样成像系统获得的图像质量进行量化, 使用图像质量因子(λF/P)表示探测器对光学系统线扩散函数采样的程度. 进一步分析了光学遥感器参数选择与信噪比的关系. 选择实际的焦距9 m, F 数为18 的空间光学系统, 利用ZEMAX 软件的像模拟功能, 对选择8.75 μm 和13 μm 像元尺寸的CCD 所获得的图像进行了模拟仿真. 仿真获得的结果验证了图像质量因子和信噪比对图像分辨率的影响.      

半导体激光器干涉测距进展

全面评述了近年来半导体激光器应用于干涉测距的进展,对其中的代表性文献进行了详细的分析,指出了该技术今后的主要发展方向和关键问题。     

miniSAR卫星精密参考轨道设计

为满足轻小型合成孔径雷达(miniSAR)卫星干涉测量任务对空间基线的要求,通过分析卫星参考轨道特性,建立了一套精密参考轨道设计算法。所建算法以miniSAR卫星成功入轨后的一组定轨数据及根据参考轨道特性解析得到的参考轨道预估值为输入,基于仅考虑中心天体非球形高阶引力摄动的轨道外推模型、Eckstein-Hechler平根模型及嵌套式迭代修正方法,设计输出其任务周期内使用的参考轨道。数值实验表明:所建算法设计的参考轨道生成的参考轨迹在三维空间的回归精度优于0.01 m,满足实际工程应用需求。