我国发射射电卫星的作用及关键技术研究

论述了我国发射射电卫星对于天文学和射电天文方法的发展、我国月球及深空探测计划、大地测量和天文地球动力学的研究和发展等方面的意义;根据VLBI卫星的技术和应用特点,分析了射电望远镜及相关设施的技术要求和指标,比较全面地分析和总结了VLBI卫星及相关设施的关键技术和方法。     

月球探测器差分VLBI测量的模型及可估计参数研究

基于月球探测器离地而较近的特点和差分VLBI技术可以消除部分非几何延迟的优势,采用差分VLBI技术对月球探测器进行观测,推导具体町行的定位模型,并分析模型中可估计的地月大地测量参数序列.     

VLBI,SVLBI技术用于月球探测器定位的理论模型

"嫦娥一号"为我国的深空探测拉开了序幕,高端的VLBI以及SVLBI技术在我国探测器定位领域中的地位是其他技术无可取代的.以VLBI技术为基础,分别列出利用地而VLBI和空间VLBI观测量两种观测确定月球探测器位置的理论模型,并整理得到间接平差的误差方程.     

本期导读

我国发射射电卫星的作用及关键技术研究(刘经南,等)一文论述了我国发射射电卫星对于天文学和射电天文方法的发展、我国月球及深空探测计划、大地测量和天文地球动力学的研究和发展等方面的意义;根据VLBI卫星的技术和应用特点,分析了射电望远镜及相关设施的技术要求和指标,比较全面地分析和总结了VLBI卫星及相关设施的关键技术和方法。论多边形中轴问题和算法(胡鹏,等)一文比较了当前国内外GIS中和计算几何中关于多边形中轴的定义,讨论了它们的主要特点,指出多边形中轴应是到两个以上边距离相等点的轨迹,并据此分析了相应的各种算法和实…     

ERP精度对“嫦娥一号”差分VLBI定位精度的影响

推导了差分VLBI（ΔDOR）用于月球探测器定位的数学模型,利用嫦娥一号实测数据对探测器的位置和地球自转参数（ERP）同时进行了解算,并分析了ERP先验精度对定位精度的影响。     

VLBI观测对于CE-3着陆器定位和月球天平动参数的改进

月球天平动参数是采用地面对“嫦娥三号”（CE-3）着陆器VLBI观测量确定其位置的必要参数。目前,获取天平动参数主要通过星表外推方式,导致天平动参数的外推精度和可靠性降低,从而降低了CE-3着陆器的定位精度。本文基于VLBI对CE-3的观测量,顾及月球坐标系的建立和连接问题,推导了同时解算月球天平动欧拉角参数和CE-3号位置参数的数学模型。利用我国VLBI观测网（CVN）实测数据对CE-3着陆器的定位参数和对月球天平动进行了解算。试验结果的分析表明,本文所推导的数学模型能够达到较好效果,提高了着陆器定位精度和改进了月球天平动参数。     

从地球测绘到地外天体测绘

随着人类空间探测技术的不断发展,月球与深空探测已成为测绘遥感科学与技术的前沿和新战场。在多类型深空探测任务的驱动下,测绘遥感技术也得到了新的发展。本文结合国内外深空探测的各类任务,对地外天体环绕遥感测图、着陆导航遥感避障、巡视环境感知与视觉导航定位方面的研究现状和成果进行了系统总结;结合未来月球与深空探测任务需求,对深空遥感测绘技术的发展,包括地外天体海量全球遥感数据智能处理、全球控制网精化、月球南极精细三维形貌测绘、多传感器融合的着陆导航避障和巡视环境感知与定位等进行了探讨。     

深空探测器同波束相位参考成图相对定位方法

针对我国后续深空探测任务中高精度相对定位需求,提出了采用天文同波束相位参考成图技术进行深空探测器相对定位的方法。首先建立适用于深空探测器信号特点的同波束相位参考成图相对定位模型,然后分析信号带宽和UV覆盖两个因素对测量精度的影响。最后利用我国VLBI观测网(CVN)在2013年15、20和21日接收的嫦娥三号着陆器和玉兔号巡视器下行同波束数据,处理得到了巡视器在5个环拍点相对着陆器的位置,验证了本文方法的可行性及其对探测器下行信号的强适应性。与视觉定位结果的对比表明,巡视器相对着陆器定位精度达到米级。     

VLBI在探月卫星定位中的应用分析

中国实施的"嫦娥"探月工程中,探月卫星的定轨测控系统由我国现有的S频段航天测控网(USB)和甚长基线干涉测量(VLBI)系统组成。系统中,VLBI技术主要为绕月卫星定轨提供卫星的角位置。本文分析了在探月项目中,VLBI单点定位的必要性。探讨了VLBI技术用于探月卫星单点定位的基本原理及其实现方法。通过算例对模拟数据进行处理,检验了方法的正确性。对结果进行分析,得出一些结论。     

月基差分VLBI定位及参数精度探讨

本文首次采用差分VLBI技术对月球探测器进行观测,分析了差分VLBI观测模型中的EOP参数精度对探测器坐标先验误差的灵敏度,模拟了差分VLBI观测量;平差计算了坐标参数和EOP参数的验后精度,并给出了计算结果。较理想的定位结果为我国的探月工程奠定了一定的理论基础。     

顾及测量方式的地球自转参数差异性分析

随着甚长基线干涉测量(VLBI)、卫星激光测距(SLR)、激光测月(LLR)、全球卫星导航系统(GNSS)、多里斯系统(DORIS)等多种空间大地测量手段的使用,地球自转参数(ERP)的测量精度不断提高,为航天器导航、深空探测等诸多领域提供了高精度的国际天球参考系(ICRS)和国际地表参考系统(ITRS)之间的转换参数. 以国际地球自转与参考系服务发布的C04序列为基础序列,选取500天ERP序列,分析不同测量手段得到的ERP数据的误差分布情况,为研究利用不同数据之间的一致性进行精度检核的可行性及精度水平提供数据基础,同时也为ERP预报提供更多的数据选择.      

空间大地测量新技术及应用

随着空间及卫星定位技术的飞速发展,各种空间定位技术及应用也愈来愈多。简要介绍了甚长基线干涉测量(VLBI)技术、激光测月(LLR)技术、卫星激光测距(SLR)技术、卫星雷达测高技术、多普勒定轨和无线电定位系统(DORIS)、精密测距及其变率测量系统(PRARE)以及合成孔径雷达干涉测量(InSAR)等空间定位测量技术,重点阐述了GPS新技术及应用。     

基于联邦卡尔曼滤波的月球车联合定位方法

针对月球车定位,设计和推导了一种基于甚长基线干涉测量（very long baseline interferometry,VLBI）和天文导航系统（celestial navigation system,CNS）相结合的月球车联合定位方法,并采用联邦卡尔曼滤波来实现位置信息的最优估计以增强系统的可靠性和容错能力。最后,通过嫦娥-3号（CE-3）实测数据的解算证明了该方法较使用最小二乘法进行联合解算和单独采用VLBI方法定位,可以获得更高的月球车定位精度。同时,也有效地保障了月球车定位的可靠性和稳定性。     

利用LSTM网络预测月球物理天平动参数

利用中国探月甚长基线干涉测量（very long baseline interferometry, VLBI）观测数据改进月球物理天平动参数的预测精度,对于着陆器和巡视器的精密定位具有重要意义。利用VLBI单点定位模型解算得到“嫦娥三号”（Chang’E-3,CE-3）着陆器的坐标和物理天平动,分别采用循环神经网络（recursive neural network, RNN）和长短期记忆（long-short term memory, LSTM）网络进行物理天平动的预测。选取月球着陆器的坐标和VLBI观测量作为输入量,将3个欧拉角Ω, i, μ作为输出量,将11 323个样本用于训练,2 315个样本用于测试,2 315个样本用于验证,1 000个样本用作与预测结果进行对比。结果显示, 验证集的数据经过1 000次训练和9次迭代训练后的梯度约为6.2×10-5(″)/s,证明了LSTM网络与RNN的可靠性。LSTM网络和RNN的3个欧拉角的预测精度分别达到了97.8%、99.7%、97.2%和95.2%、98.5%、95.8%,LSTM网络的预测精度更高。与DE421星历对欧拉角的预测结果进行比较,结果证明了LSTM网络预测精度更高。     

利用VLBI观测量对月球天平动参数解算及着陆器定位和测速的改进

在嫦娥三号探月工程中,月球天平动参数是影响其着陆器定位精度的重要参数,研究月球天平动参数估计方法对于中国探月工程的发展具有重要意义。目前,月球激光测距（lunar laser ranging,LLR）是解算月球天平动参数的常用方法,该方法通过数值拟合将拟合系数放在历表文件中供用户读取。首先,基于差分甚长基线干涉测量技术（very long baseline interferometry, VLBI）解算月球物理天平动参数,其仿真结果表明,与DE421星历的插值结果对比,其欧拉角$\Omega$、$i$和$\mu$的改进值分别补偿至-0.692 4″、0.009 6″和-0.009 7″;然后,基于补偿后的月球物理天平动参数求解着陆器坐标和速度,结果显示,相比于补偿前, 着陆器在X、Y、Z方向的定位精度分别提高了24.204 m、0.405 m、1.996 m,速度误差的估计精度也分别提高了0.010 6 m/s、0.013 5 m/s、0.007 2 m/s。上述研究结果可为未来月球天平动参数解算的相关研究提供参考。     

卫星摄影测量中偏流角修正余差改正技术

本文基于立体影像摄影机理,对偏流角修正的剩余误差导致的上下视差进行了分析,建立了立体相机偏流角余差改正的数学模型,推导出偏流角余差影响上下视差的误差方程,并重点从相机参数在轨标定和光束法平差中低频误差补偿两方面提出解决措施。理论分析与实际卫星影像试验表明,偏流角改正余差对上下视差影响较大,必须通过相机参数在轨标定和低频误差补偿两方面予以改正,才能保证全球范围无地面控制点目标定位精度的一致性。     

Lunar gravity field determination using SELENE same-beam differential VLBI tracking data

A lunar gravity field model up to degree and order 100 in spherical harmonics, named SGM100i, has been determined from SELENE and historical tracking data, with an emphasis on using same-beam S-band differential VLBI data obtained in the SELENE mission between January 2008 and February 2009. Orbit consistency throughout the entire mission period of SELENE as determined from orbit overlaps for the two sub-satellites of SELENE involved in the VLBI tracking improved consistently from several hundreds of metres to several tens of metres by including differential VLBI data. Through orbits that are better determined, the gravity field model is also improved by including these data. Orbit determination performance for the new model shows improvements over earlier 100th degree and order models, especially for edge-on orbits over the deep far side. Lunar Prospector orbit determination shows an improvement of orbit consistency from 1-day predictions for 2-day arcs of 6 m in a total sense, with most improvement in the along and cross-track directions. Data fit for the types and satellites involved is also improved. Formal errors for the lower degrees are smaller, and the new model also shows increased correlations with topography over the far side. The estimated value for the lunar GM for this model equals 4902.80080±0.0009 km³/s² (10 sigma). The lunar degree 2 potential Love number k ₂ was also estimated, and has a value of 0.0255 ± 0.0016 (10 sigma as well).     

流动VLBI选址探讨

本文结合流动VLBI参加的"地壳运动观测网络工程"和"探月工程",从建立和维护我国地心参考框架和深空探测两个角度讨论了流动VLBI站址的选择、以及所选站址对我国VLBI观测网的改善。提出了将流动VLBI站设在海南,这样既增加了南北基线长度,也扩大了可观测射电源的范围,同时在建立和维持我国地心参考框架方面也是较好的选择。