环月飞行器精密定轨的模拟仿真

以中国正在实施的探月计划“嫦娥1号”工程为背景，分析了在中国联合S波段(USB)测控网和甚长基线射电干涉(VLBI)跟踪网的现有空间分布、观测精度水平下的环月飞行器精密定轨．采用的方法是模拟仿真计算，即首先模拟观测数据，然后在计入各误差源的影响后进行求解，并对解算结果进行比较．模拟仿真的工具是美国宇航局哥达德飞行中心的空间数据分析软件系统GEODYN．环月飞行的主要误差源是月球重力场，为此首先讨论了目前精度最高的月球重力场模型JGL165P1的(形式)误差．在模拟了测距、测速以及VLBI的时延、时延率数据后，计入月球重力场的误差进行精密轨道确定．定轨时采用了减缩动力学(reduced dynamic)方法，即选用合适的经验加速度参数吸收重力场误差对定轨的影响．结果表明对于一个不将月球重力场作为主要科学目标的探月计划(如“嫦娥1号”)，减缩动力学方法是一个简单、有效地提高环月飞行器定轨精度的方法．     

“嫦娥二号”平动点和小行星探测试验中的轨道计算

正论文以CE-2(嫦娥二号)平动点飞行试验、小行星探测试验以及YH-1火星探测任务为背景,对深空探测测定轨技术开展研究.相关研究成果直接为小行星图塔蒂斯探测试验的拍照成像提供了高精度的轨道支持.针对YH-1火星探测开展了先期的测定轨研究,研究成果虽未能直接应用于火星探测任务,但积累的理论知识可服务于我国后续深空探测.论文的研究可以概括为以下几个方面:(1)回顾统计定轨理论,简单介绍了时空参考系、动力学模型、估值方法及考察协方差理论.     

基于双频星载GPS数据的LEO卫星运动学定轨研究

运动学定轨是星载GPS特有的定轨方法,该方法不依赖于任何力学模型(地球重力场、大气阻力及太阳辐射压等),尤其适用于受大气阻力影响严重的低轨卫星定轨.基于双频星载GPS数据,研究了运动学定轨原理,讨论了数据预处理方法,建立了一套非差运动学定轨算法.并以GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment)-A、B卫星2008年2月实测数据作为试算验证了本研究方法的有效性和可靠性.GRACE 卫星实测数据计算结果表明:运动学定轨能达到5 cm精度(相对于SLR (Satellite Laser Ranging)),与动力学和简化动力学定轨精度相当.     

嫦娥二号任务地面应用系统实时业务仿真关键技术研究

通过分析探月工程二期嫦娥二号(Chang’E-2,CE-2)任务地面应用系统的结构和功能,提出了实时业务系统的仿真模型。根据实时业务的功能特点进行了关键技术分析及仿真系统设计和实现。最后针对关键技术问题进行了仿真试验及结果分析,提出了解决问题的思路和方法。论文为嫦娥二号任务地面应用系统数据仿真系统的建立提供了基础。     

飞月·飞越——创新多多的嫦娥-3落月探测

我国月球探测工程又叫“嫦娥工程”,分绕月探测、落月探测、采样返回探测,即“绕、落、回”三个发展阶段完成,其中发射和运行的嫦娥一3是完成第二阶段落月探测任务的关键。     

VLBI技术成功应用于我国首次月球探测工程

“嫦娥一号”卫星绕月探测工程是我国首次月球探测工程,是我国跨入深空探测的第一步,在我国航天事业的发展史上具有里程碑意义。2004年1月我国正式启动月球探测工程,工程主要分“绕”、“落”、“回”三期,现处第一阶段。绕月探测工程由嫦娥一号卫星、长征三号甲运载火箭、西昌卫星发射场、测控系统和地面应用系统等五大系统组成。VLBI（甚长基线干涉测量）分系统是绕月探测工程测控系统的一个分系统,是测控系统的重要组成部分,与测控系统的USB系统共同完成嫦娥一号卫星在除发射段外的各个轨道段的测轨任务。     

深空探测器VLBI跟踪定位归算

以我国嫦娥工程、萤火计划等深空探测计划为背景,通过理论分析、方法研究、软件研发、仿真检验和实测资料解析等,完成了基于VLBI、USB跟踪对欧空局Smart-1环月卫星和火星快车(MEX)卫星,以及我国嫦娥一号(CE-1)、嫦娥二号(CE-2)等卫星的定位归算;在理论模型研究、误差方程建立、法方程条件分析、约束方程选取、仿真数据检验、观测野值规避、参数解算稳定性的保障、实用软件编制和实测资料处理等方面均获得了进展,主要工作包括如下方面:     

星载GPS低轨卫星运动学定轨及研究进展

重点论述了星载GPS低轨卫星运动学定轨的基本原理和方法,指出了各种运动学定轨法的优点和不足,分析了各种运动学定轨法解算的特点,并给出了相应的处理策略,同时着重介绍了星载GPS低轨卫星运动学定轨及相关研究的进展。     

抗差估计在星载GPS卫星非差运动学定轨中的应用

针对星载GPS卫星非差运动学定轨的特点,提出将抗差估计应用于星载GPS卫星运动学定轨,一方面尽量保留来自每颗GPS卫星的观测值,保持较强的卫星几何强度,避免轨道求解出现奇异;另一方面,采用等价权思想,有效地降低质量较差的观测值对定轨结果的影响,保证定轨精度．还采用CHAMP卫星的实测GPS数据验证了新方案的可行性和有效性．     

考虑地球扁率摄动影响的初轨计算方法

在二体问题意义下的短弧定轨,Laplace型方法是最主要最典型的一种初轨计算方法。若测角资料达到10^-4-10^-5精度(相当于2″—20″之间),那么要使定轨精度达到与其相应的程度,地球非球形引力位中的扁率项摄动应该考虑,在此前提下,同样可以采用相应的Laplace型定轨方法。即给出这种严格包含扁率摄动的初轨计算方法的原理和具体计算过程以及计算实例,除采用多资料定轨方法外,这种方法也是提高初轨计算精度的一种途径,它同样可用于多资料的情况,这种方法对于大扁率主天体(即中心天体)的卫星定轨将更有实用价值。