深空探测中地基测量数据传播介质误差修正方法

深空探测中探测器轨道主要采用地面跟踪站进行测量,无线电信号在探测器与地面跟踪站间传输时会受到地球传播介质误差的影响。传播介质误差主要包括地球的中性大气时延误差和电离层时延误差等。针对传播介质误差修正在深空探测中的应用需求,调研了国内外地基测量数据传播介质误差研究进展,重点阐述了深空探测中VLBI地基测量数据中性大气和电离层时延产生的机理和修正方法。针对关键技术及未来发展趋势进行了分析,以提高传播介质误差修正精度及时效性。     

VLBI相位参考中的残余对流层延迟修正

VLBI (very long baseline interferometry)相位参考在高频波段(约大于10 GHz)的主要误差源是对流层延迟模型误差,减小该项误差的有效途径是采用实测资料对其精确拟合。常用的修正方法有两种:一种是在相位参考观测中穿插测地观测,用以拟合剩余大气延迟;另一种是使用GPS并置站的对流层产品改正。两种改正方法的精度约为2 cm。从残余相位中提取出了残余大气信息,提出了传统方法与残余相位拟合大气参数相结合的改正方法,并通过实测数据对该方法进行了验证。     

大气延迟模型中气象参数季节性变化的局部模型

研究了大气延迟模型中气象参数季节性变化的作用，还根据高空气象探测记录数据进一步建立了上海和乌鲁木齐两个VLBI台站的关于中性大气温度梯度和对流层顶高度的季节性变化模型，并用以改善大气延迟的精度。     

基于深空探测器下行信号的太阳风观测及通信链路的影响综述

在上合期间,日冕和太阳风严重影响深空通信链路。论述了非均匀太阳风对深空通信的影响,综述了基于深空探测器下行信号的太阳风观测,以及通过反演技术进行太阳风和日冕特性研究的国内外进展。以我国的深空探测为背景,提出一套基于探测器下行信号的太阳风观测方案,并可利用现有探测器进行预先观测研究。在我国深空探测任务开始后,在数据通信和测轨的同时,进行全过程的观测实验。     

深空探测天文自主导航技术综述

自主导航技术在提高深空探测器自主生存能力、减轻地面测控负担、完成探测任务特殊阶段导航等多方面具有明显的优势,已经成为世界各国研究的热点。我国火星探测工程已经启动,将来还有其他小行星、彗星和行星及其卫星的探测计划。详细阐述了发展天文自主导航技术的必要性,阐述天文导航技术的基本原理及优势,并对国内外深空天文自主导航技术以及应用情况进行概述,总结了发展天文自主导航的关键技术。根据分析提出我国发展深空探测自主导航技术的建议与思考。     

用于VLBI测轨的PN-DOR信标研究

探测器DOR信号与射电源信号频谱特征不同引起的接收设备相位波动误差是月球和深空探测VLBI测轨的重要误差源之一。新型PN-DOR信标通过使用伪随机序列对现有DOR信标扩频调制生成,实现与射电源信号相似的频谱特征,可有效降低相位波动误差。研究PN-DOR信标在VLBI测轨应用中相位误差与带宽综合群时延误差计算方法,在此基础上通过比较相同发射功率条件下PN-DOR与DOR信标总时延误差,分析PN-DOR的适用条件。     

对流层大气折射延迟改正（Ⅰ）：经典理论

在本文中，我们综述了对流层大气折射延入正研究的基本概念和研究方法。文中最后部分简单介绍了对不同精度要求、不同高度截止角和不同观测技术可以采用的大气折射延迟计算方法。     

VLBI相位校正信号提取的软件实现方法

从VLBI相关处理结果中提取的延迟值包括了天线、终端等设备的时延,必须对其加以修正,最终结果才能达到精度要求。提取相位校正信号,可以消除这些设备引入的时延,从而校正同一波前信号到达基线两端的几何时延。该文介绍了提取相位校正信号的原理、算法及软件实现方法。软件采用多线程和SSE技术,具备4台站多通道全部相位校正信号提取能力。     

一种时频信号相位补偿方法

为消除信号产生器内温度变化对信号相位的影响,提出了一种恒温控制和实时相位调整相结合的方法。在这种方法中,除恒温控制外,基于对信号产生器内部温度、相位测量值变化率、设备调相分辨率和相位波动指标等的分析研究,合理计算实时相位调整关键参数,进行实时相位调整,有效地减小信号产生器内部温度变化引起的相位波动,提高了输出端信号相位的一致性和稳定性。     

基于中国部分城市气象条件的对流层延迟分析

随着用户对卫星定位导航精度要求的提高,对流层大气延迟影响将更加明显,需要进行延迟改正.对比分析了对流层大气延迟理论的主要映射函数模型,讨论了我国部分测站NMF(Niell Mapping Function)、VMF1(Vienna Mapping Function 1)和GMF(Global Mapping Function)的静力学映射函数和湿映射函数的分布情况,分别采用上述3种映射函数研究了我国部分城市气象条件下的对流层延迟.从运算结果分布曲线可知,所选测站的VMF1和GMF静力学映射函数曲线呈年周期余弦分布且大致相同,而NMF静力学映射函数值总体大于前两者;VMF1湿映射函数受气候变化影响较大,呈近似余弦函数分布,且VMF1和GMF呈近似夏季最小、冬季最大的分布.10°高度角下,所选测站斜延迟均呈现年周期余弦曲线分布,随着纬度的增加,斜延迟呈减小趋势,且呈夏季最大、冬季最小的分布,最大、最小值差约为2 m.     

利用地基GPS技术反演武汉地区大气可降水分

利用武汉地区的探空资料和GPS实测数据，对对流层干分量延迟、对流层加权平均温度进行了检验分析．结果表明，对于武汉地区而言，常用的大气干分量延迟模型(SAAS Hopfield and Black)存在着1-2cm的系统误差，这在利用GPS资料估算大气可降水分(PWV)时会引入2-3mm的误差；对流层加权平均温度与常用的Bevis公式也存在着一定的差异，但这种差异对PWV结果影响很小．为此，提出了校正对流层干分量延迟的方法，并利用实测数据对该方法进行了检验．实践证明，这种校正方法基本上可以消除常用干分量模型的系统误差。     

表层穿透雷达在月球和深空探测中的应用

对月球以及更远天体或者空间环境的探测是人类航天活动的重要方向。开展月球和深空探测有利于研究太阳系起源、演化与现状,以及生命起源与演变等重大科学问题,有利于催生基础性、前瞻性的学科与技术。相比光学探测方法,雷达具有强穿透性、极化特性以及不受光照限制等优势,是探测天体特性的有效手段之一,在月球和深空探测中发挥了重要作用。电磁波能够穿透几米到几千米的次表层,可用于探测月球和深空目标的表层介电常数、次表层结构、电离层及水冰等。按照探测方式的不同,表层穿透雷达探测主要包括地基雷达、环绕器雷达及巡视器雷达3种方式。针对不同的科学目标,不同的探测方式具有各自的优势和不足。回顾了表层穿透雷达在月球、火星以及小行星等探测中的科学应用,总结了已经投入使用以及计划中的各种雷达科学载荷的探测任务、参数设计、工作原理和探测结果,展望了在未来利用表层穿透雷达进行月球和深空探测的发展趋势。     

月球激光测距的新技术方法研究

月球激光测距是国内外所瞩目的宏伟目标 ,代表着单光子探测技术的高峰。本论文的目的是探索提高激光测月回波光子数的新方法 ,进而增加激光测月成功的几率。其思路是源于一个新的想法 :在激光测月过程中引入大气波前倾斜量实时补偿的技术。首先介绍激光测月的现状和其难度所在 :回波光子数太少 ,基本上属于亚光子探测范畴。在现有技术条件下 ,本文对影响激光测月回波光子数的因素逐一进行分析讨论 ,提出应该把激光束截面能量分布和大气湍流效应包括进去。为此分析讨论了大气湍流和大气中光场的基本统计性质、激光束在大气中传输时所受大气湍流的影响以及大气湍流对激光测距的影响 ,得出大气湍流特别对激光测月有着明显影响的结论。在此基础上对传统的激光测距方程进行了修正 ,使其应用到激光测月时更符合真实的情况 ,从而指导补偿的进行。涉及到在激光测月中对受大气湍流而畸变的激光束进行补偿 ,本文抓住重点 ,通过分析看出对大气倾斜量的实时补偿是提高激光测月回波光子数的重要因素。结合激光测月以及云南天文台现有测距系统的实际情况 ,本文独创性地提出利用激光测月目标近旁一定大小区域的扩展面源探测与计算大气倾斜量 ,然后对激光测月中的激光束进行大气倾斜量实时补偿的新技术方法。在分析比较     

天文台址大气光学湍流探测技术

综述了大气光学湍流探测技术的最新进展,对近年来光学湍流探测设备进行简要总结。通过对光学湍流特征参数的介绍,分析了大气光学湍流探测在天文观测中日趋重要的作用。重点介绍了微温脉动仪、DIMM、MASS、SCIDAR等技术的原理与观测。总结国内大气光学湍流探测技术的现状,展望其在天文领域应用的未来发展趋势。     

月球激光测距的新技术方法研究

月球激光测距是国内外所瞩目的宏伟目标，代表着单光子探测技术的高峰。本论文的目的是探索提高激光测月回波光子数的新方法，进而增加激光测月成功的几率。其思路是源于一个新的想法：在激光测月过程中引入大气波前倾斜量实时补偿的技术。首先介绍激光测月的现状和其难度所在：回波光子数太少，基本上属于亚光子探测范畴。在现有技术条件下，本文对影响激光测月回波光子数的因素逐一进行分析讨论，提出应该把激光束截面能量分布和大气湍流效应包括进去。为此分析讨论了大气湍流和大气中光场的基本统计性质、激光束在大气中传输时所受大气湍流的影响以及大气湍流对激光测距的影响，得出大气湍流特别对激光测月有着明显影响的结论。在此基础上对传统的激光测距方程进行了修正，使其应用到激光测月时更符合真实的情况，从而指导补偿的进行。涉及到在激光测月中对受大气湍流而畸变的激光束进行补偿，本文抓住重点，通过分析看出对大气倾斜量的实时补偿是提高激光测月回波光子数的重要因素。结合激光测月以及云南天文台现有测距系统的实际情况，本文独创性地提出利用激光测月目标近旁一定大小区域的扩展面源探测与计算大气倾斜量，然后对激光测月中的激光束进行大气倾斜量实时补偿的新技术方法。在分析比较各种从低对比度扩展源中计算大气倾斜量的算法后，本文认为采用绝对差分法最佳。最后是具体的激光测月的新技术方案，同时对此方法的理论与技术进行了分析讨论，推导出新技术方法的理论依据、补偿效果、可行性与实用性。     

风对Chandler摆动激发贡献的比较

应用日本气象厅(JMA)最近发表的以美国大气与环境预测中心(NCEP)修正前、后的reanalysis数据计算出的全球和南、北半球风角动量资料,估计了风对Chandler摆动的平均激发能量,以及风的激发与观测激发之间的相干系数和相干相位．结果表明, 1980-1993(1980-2003)年期间,全球对流层风和(对流层 平流层)风对Chandler摆动的激发能量可分别解释观测激发的68％和72％(58％和51％),对流层风起着主导作用;它们与观测激发的相干系数分别达到0．49和0．32(0．50和0．39),而且具有接近于零的相干相位．这些结果充分说明风在Chandler摆动激发中的重要作用．分析结果也展示了分别应用NCEP修正前,后的reanalysis数据、从实际表面和海平面开始积分的风角动量对Chandler摆动激发的不同影响．     

三种对流层延迟改正模型精度评估

利用36个全球分布的IGS站2003全年GPS实测的对流层天顶延迟数据和气象数据,对目前国内外常用的两个对流层延迟改正模型;Hopfield模型、Saastamoinen模型和最近几年发展起来的EGNOS模型的改正精度和适用范围进行评估,指出Hopfield模型在应用中存在的缺陷,EGNOS模型可用作GNSS实时定位和导航的对流层天顶延迟的改正模型.     

在重力分层、密度陡降的恒星大气中扰动的传播

本文研究了在重力分层、密度陡降的恒星大气中扰动的传播,得到的结果十分不同于绝热假设下推得的结果。指出运动模式对恒星大气中扰动的传播和激波形成的高度颇为重要。我们的计算表明,光球下的小扰动不能不受行扰地向外传播并形成激波。因此不能把色球和日冕的加热笼统地看成是对流层的声波和磁流波所耗散的结果,很可能是起源于光球之上不同高度的扰动。     

对流层大气折射延迟改正：（Ⅱ）：当前主要研究方向和进展

在文献「１」，综述了对流层大气折射延迟改正的基本概念和研究方法。本文中，介绍了在此领域中的主要研究方向的动态，以及一些最新成果。同时，还评述和分析了这些研究工作的主要特色和将来的发展方向。在本文的第８节，简要地介绍了作者在大气折射研究中的最新进展－大气折射母函数方法。     

云南天文台一发多收激光测距系统设计与实现

极微弱信号探测技术对深空激光测距和碎片激光测距具有重要意义。研究并实现了千赫兹一发多收激光测距技术,包括光路设计与实现和计算机控制系统研制等,并将该技术应用于云南天文台激光测距系统中加以验证。结果表明,系统运行正常,且已成功实现了对中高轨卫星的一发两收激光测距。