CE-5器间分离的同波束干涉测量的准实时监测法

“嫦娥5号”探测器的组成包括轨道器、返回器、着陆器和上升器。在环月阶段,两个组合体(轨道器/返回器组合体和着陆器/上升器组合体)之间的分离实时监测,是飞行控制的关键检测段。本文提出利用甚长基线干涉测量(VLBI)测轨技术实现绕月探测器器间分离实时监测。特别是在器间分离前后,本文方法能够利用探测器器间两路下行信号进行同波束干涉测量(SBI),差分时延测量能够提高器间相对距离的解算精度。单基线试验分析表明,本文方法基于实测数据的“嫦娥3号”着陆器两天线的相对距离解算精度优于0.3m,平均相对距离误差约为0.15m,基于“嫦娥5号”仿真数据的双阈值判定对器间分离监测的响应时延优于30s。     

同波束干涉测量差分相位计算与DOR时延精度验证

同波束干涉测量可以获取多航天器间高精度相对角位置信息。但对于两航天器间匹配频点少、频点间频差大、观测非连续条件下如何获取高精度的相对角位置观测量仍然是一个尚待解决的问题。我国在嫦娥二号(CE-2)卫星上首次搭载了差分单程测距(DOR)信标,用于测量技术测试验证,如何对DOR信号带宽综合时延进行精度验证也是本文关心的问题。文中提出基于相位补偿的差分相位解算方法,并基于DOR多频点信号测量数据进行了方法验证。给出DOR带宽综合解算方法,分析DOR无模糊解算条件;通过合理设置采样通道,实现了由单通道群时延验证DOR带宽综合时延。嫦娥二号卫星实测数据分析表明,相位补偿法可以得到反映航天器间相对角位置的差分相位观测量;DOR带宽综合时延与单通道时延解算结果一致,且时延解算精度有显著提高。     

基于同波束VLBI测量对嫦娥五号卫星交汇对接的相对实时定位

嫦娥五号(CE-5)卫星调姿复杂,包括多次星上探测器分离及交汇对接,在两器分离或靠近阶段,我国甚长基线干涉网对其进行同波束测量。CE-5首次实现了月球距离上的卫星交汇对接。基于VLBI差分时延,本文采用差分定位方法首次实时测定了CE-5轨返组合体与上升器交汇对接过程中的相对位置。该方法能够更加直观快速地判断对接状态。CE5首次在月球以远的距离上对卫星实施月球轨道逃逸制动,本文采用瞬时状态归算方法实时监测了CE-5轨返组合体两次月地转移入射的制动过程,精确判断了轨道制动的状态,为后续深空探测的定位及轨道制动提供借鉴。     

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。     

同波束干涉测量在月面相对定位中的应用

基于同波束干涉测量原理和观测模型,针对月面目标特性,推导了给定着陆器先验位置的差分时延、差分时延率观测方程。引入指定高程约束、月球数字地形模型等约束方程,提出巡视器相对位置确定的卡尔曼滤波算法。通过仿真数据进行了验证和评估,表明该算法可快速、较高精度地确定月面巡视器相对着陆器的位置。     

同波束VLBI测量下的天问一号火星车定位及精度分析

针对中国天问一号火星探测任务中的火星车定位问题,进行了相关方法的研究和精度分析。根据现有测控条件,考虑到火星车无地面测距数据,提出了利用轨道器和火星车的同波束甚长基线干涉测量（same-beam very long baseline interferometry,SBI）数据对火星车进行定位的方法。由于利用SBI联合轨道器测距数据无法在定轨定位的同时解算差分相时延模糊度,分析了在固定轨道器的轨道情况下,仅利用SBI数据进行火星车定位。结果表明,火星车定位误差随着轨道器的轨道精度提高而减小,如果轨道器的轨道精度从1 km提升到100 m或10 m,6 h SBI数据可以将火星车定位精度提高到数百米,同时,增加数据弧段可进一步提高定位精度,当对着陆器高程方向进行约束时,定位精度会有明显改善。     

GPS手机的差分定位系统研究

提高GPS手机的定位精度具有很广阔的应用前景,本文研究GPS手机的实时定位差分系统的设计和实现方法。该系统采用基准站广播位置差分值、移动站实时处理的差分GPS方案,其主要优点是定位精度高、改正速度快、设备简单、操作方便;分析了位置差分GPS的定位误差,给出了测量结果。理论分析和测试结果都表明,该系统的差分定位精度比手机GPS直接定位相对提高31m左右,定位误差达4m左右,能够满足相关领域测量精度要求。     

多波束测深系统时延偏差探测及校正方法

在利用多波束测深系统进行高精度海底地形测量时,各传感器之间数据采集时间不同步的问题,即存在时延偏差,这将会直接影响多波束测深数据质量,为此提出了一种基于最小二乘原理的多波束测深时延偏差探测及校正方法,给出了时延偏差探测及校正计算模型,设计了时延偏差探测及校正流程,通过实例分析,验证了所提方法的适用性和有效性。     

差分VLBI测量的一种实现方案

差分VLBI通过交替观测目标天体和参考天体,将共同的误差因素从观测量中扣除,能够实现高精度的相对定位,因而在深空探测中有重要作用。然而,差分VLBI高精度的实现要求目标天体和参考天体的角距很近,这大大限制了其应用。讨论设计了差分VLBI测量的一种实现方案,利用多颗参考源的观测内插出目标源的非几何时延修正,放宽了对目标源和参考源的角距限制。该方案在S波段对目标源非几何时延的修正精度可以达到1 ns水平。     

深空导航高精度差分干涉测量技术研究

介绍了两种目前在深空航天器导航中广泛应用的高精度干涉差分测量技术一差分干涉单向距离测量（△DOR）和同波束干涉（SBI）技术。从基本原理、观测方式和应用现状等方面比较分析了两种技术。详述了ADOR和SBI的相位整周解模糊和相关处理两个关键技术。系统地分析了误差来源,从共同误差因素和特有误差因素两个方面进行了分析总结。     

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。     

差分VLBI测量的一种实现方案

差分VLBI通过交替观测目标天体和参考天体,将共同的误差因素从观测量中扣除,能够实现高精度的相对定位,因而在深空探测中有重要作用.然而,差分VLBI高精度的实现要求目标天体和参考天体的角距很近,这大大限制了其应用.讨论设计了差分VLBI测量的一种实现方案,利用多颗参考源的观测内插出目标源的非几何时延修正,放宽了对目标源和参考源的角距限制.该方案在S波段对目标源非几何时延的修正精度可以达到1 ns水平.     

导航卫星星地/星间链路联合定轨中设备时延的方法

导航卫星系统播发的卫星钟差改正数包含了卫星的导航信号设备群时延。从保持与用户算法一致性的角度考虑,指出利用星间测距数据求解的卫星钟差也应该包含导航信号设备群时延。由此发现星间链路设备时延以组合时延的形式出现在观测方程中：接收设备时延与导航信号群时延之和构成组合接收时延,发射设备时延与导航信号群时延之差构成组合发射时延。探讨了处理星间链路设备时延的方法,提出两种在定轨和钟差解算数据处理的同时估计设备时延参数的方法：一是估计每颗卫星的组合接收时延和组合发射时延;二是估计每条(有向)链路的时延偏差参数(组合接收时延与组合发射时延之和)。通过仿真实验,证明了所提方法正确性和有效性。结果表明,利用提出的方法可以显著地降低设备时延对轨道和钟差解算精度的影响,效果几乎接近设备时延被准确标定的理想情况。     

精密多波束测量中时延的确定方法研究

针对精密多波束测量中多波束系统与GPS系统间存在时间延迟的问题,提出了两种确定时延的方法,即坐标匹配法和竖向时序相似法.前者需根据NMEA0183电文和NAV电文中坐标对及其对应时标确定时延;后者根据GPS与heave呈现船体垂直运动时序的一致性,通过质量控制、姿态改正和垂直运动波形的相似性来确定时延.两种方法在时延确定中均取得了较高的精度.     

基于VRS的差分GPS算法研究

随着差分GPS技术的发展,其应用于工程测量也越来越及,但随着基线长度的增加,常规差分GPS定位精度亦随之降低。为此,本文研究了基于虚拟参考站(Virtual Reference Station,VRS)的差分GPS定位算法,它能有效克服常规差分GPS存在的缺陷,使移动测量用户可在较大空间范围内获得均匀、高精度和可靠的定位结果。     

月面巡视探测器远距离单摄站定位及精度分析

针对月面巡视探测器远离着陆器后的高精度定位需求,提出了基于单摄站全景影像的定位方法。采用已获取的空间高分辨率影像提取控制点,并在单摄站的全景影像中提取相对应的控制点,通过空间交会方法完成巡视探测器的高精度定位。实验表明:提出的方法有效的减小了影像拼接时的变形,且具有稳定的定位能力和较好的定位精度,在实验的10个摄站中平均定位精度可以达到1.141m,最大定位误差为2.571m,完全能够满足巡视探测器远距离定位指标。     

嫦娥二号卫星X波段测控体制试验定位分析

2010-10-03~2010-10-04,在嫦娥二号任务实时观测阶段进行了X波段测控体制试验。从定位归算角度对试验期间的S波段数传信号(S1频点)测量时延(S1时延)和X波段单程测距差分(DOR)信号测量时延(DOR时延)进行了比对分析。初步结果表明,DOR时延的实测资料精度与链路计算理论估值基本相符。而且由于信号的频带较宽,DOR时延弥散度和定位结果弥散度均优于S1,基线时延闭合差也小于S1。这表明此次试验观测是成功的,为后续探月任务储备了关键技术。     

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.     

GNSS多通道级联群时延特性对零值叠加的影响

导航信号从卫星发射到用户接收处理通道的群时延特性会对时延估计零值产生影响。目前较为普遍的做法是将各通道零值进行简单叠加得到级联通道的零值研究了级联通道时延估计零值的叠加特性零阶群时延通道与其他通道级联时奇数阶群时延通道的零值为零其他群时延通道相互级联时若对群时延系数进行约束      

基于北斗短报文的低成本远海伪距差分定位方法

受通信距离限制,伪距差分定位技术多用于有无线通信网络的陆地地区或近海区域,在远海区域目前基本无法实现伪距差分。本文基于北斗短报文提出了空间相对定位技术与时间基线法相结合的新方法,实现了远海伪距差分定位技术,并探讨了伪距改正数据的简化和编码方法。根据实测海洋数据,测试了流动站距离参考站约1700 km的伪距差分定位性能。试验结果表明,其水平方向定位误差基本小于1 m;竖直方向基本小于2 m。由于北斗短报文的年通信费用目前仅约800元,因此本文方法可满足远海低成本伪距差分定位的需求。