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1、 第 期基 于 通 用 测 控 信 号 的 多 频 点 同 波 束 干 涉 测 量 陈 略 ， 陈 明 ， 唐 歌 实 韩 松 涛 刘 荟 萃 王 美 （ 北 京 航 天 飞 行 控 制 中 心 航 天 飞 行 动 力 学 技 术 重 点 实 验 室 ， 北 京 ）（ 中 国 科 学 院 上 海 天 文 台 ， 上 海 ）摘 要 提 出 利 用 两 个 深 空 航 天 器 的 通 用 测 控 信 号 进 行 多 频 点 同 波 束 干 涉 测 量 ， 实 现 两航 天 器 的 高 精 度 相 对 测 量 。 对 差 分 相 位 时 延 进 行 理 论 推 导 ， 提 出 了 一 种 针 对 两
2、 航 天 器 测 控 信 号 主 载 波 存 在 频 差 情 况 下 的 差 分 时 延 观 测 量 误 差 的 模 型 修 正 方 法 ， 并 对 月 球 轨 道 上 两 航 天 器 间 同 波 束 干 涉 测 量 地 面 跟 踪 测 量 条 件 进 行 了 分 析 。 仿 真 结 果 表 明 ， 利 用 两 航 天 器 的 通用 测 控 信 号 进 行 多 频 点 同 波 束 干 涉 测 量 ， 经 误 差 模 型 修 正 后 获 取 了 误 差 小 于 皮 秒 量 级 的 差分 相 位 时 延 ， 能 为 深 空 航 天 器 间 相 对 导 航 定 位 提 供 高 精 度 的 观 测 量
3、 信 息 。关 键 词 同 波 束 干 涉 测 量航 天 器 ： 多 频 点 测 控 信 号 时 延 误 差 模 型 修 正 深 空 探 测引 言在 未 来 深 空 探 测 任 务 中 ， 多 航 天 器 协 同 工 作 进 行 空 间 科 学 探 测 将 变 得 频 繁 。 航 天 器 高 精 度 的 定轨 、 定 位 是 开 展 空 间 科 学 探 测 的 基 础 ， 高 精 度 测 量 是 进 行 定 轨 、 定 位 的 前 提 ， 因 此 开 展 高 精 度 测 量 技 术 研 究 对 于 航 天 器 完 成 飞 行 任 务 ， 同 时 完 成 空 间 科 学 探 测 任 务 都 具
4、有 十 分 重 要 的 意 义 。 例 如 在 日本 著 名 的 月 球 探 测 任 务 中 ， 利 用 多 普 勒 和 同 波 束 干 涉 测 量 方 法 得 到 了 精 度 为 航 天 器 精 密 轨 道 确 定 结 果 ， 获 得 了 月 球 背 面 精 确 的 重 力 场 。同 波 束 干 涉 测 量 （ ） 是 近 些 年 来 发 展 十 分 迅 速 的 干 涉 测 量 技 术 之 一 。 在 两 个 地 面 天 线 主 波 束 内 同 时 接 收 两 个 （ 或 多 个 ） 航 天 器 发 送 的 多 频 点 信 号 ， 得 到 两 个 （ 或 多 个 ） 航 天 器 信 号 的
5、相 关 相 位 ， 并 在 航天 器 间 进 行 差 分 ， 去 掉 电 离 层 、 大 气 及 观 测 装 置 的 绝 大 部 分 的 影 响 ， 从 而 得 到 差 分 相 关 相 位 及 超 高 精度 的 差 分 相 位 时 延 值 。 但 以 往 同 波 束 干 涉 测 量 都 是 基 于 单 频 点 技 术 ， 而 无 法 求 解 相 位 整 周 模 糊 度 。 单 频 点 测 量 方 式 的 缺 点 在 于 测 量 不 能 中 断 ， 且 多 次 测 量 的 误 差 会 产 生 累 积 。 年 ， 日 本科 学 家 提 出 了 多 频 点 技 术 ， 可 准 确 解 算 相 位 整
6、 周 模 糊 度 并 能 获 取 高 精 度 的 差 分 相 位 时 延 观 测 量 ， 该 技 术 成 功 应 用 于 年 的 任 务 中 两 颗 子 卫 星 与 的 相 对 测 量 任 务 中 。 但 多 频 点 技 术 要 求 两 个 航 天 器 具 有 相 同 的 信 标 结 构 设 计 ， 才 能 获 取 高 精 度 的 差 分 相 位 时 延 观 测 量 ， 要 求 在 航 天 器 上 专 门 设 计 所 需 多 点 频 信 号 频 谱 结 构 ， 以 及 增 加 相 应 的 发 射 多 频 点 信 号 的 星 上 硬 件 ， 从 而 增 加 了 星 上 载 荷 质 量 ， 需 在
7、 航 天 器 设 计 时 专 门 考 虑 此 载 荷 约 束 条 件 。本 文 重 点 研 究 一 种 高 精 度 的 多 频 点 测 量 方 法 ， 利 用 两 航 天 器 上 通 用 测 控 信 号 中 所 包 含 的 频 点 信 息 进 行 多 频 点 测 量 ， 并 提 出 一 种 测 量 误 差 的 模 型 修 正 方 法 ， 经 模 型 修 正 后 能 获 取 两 航 天 器 的 高 精 度 差 分 相 位 时 延 观 测 量 信 息 。国 家 自 然 科 学 基 金 （ 、 ） ， 上 海 市 空 间 导 航 与 定 位 技 术 重 点 实 验 室 开 放 课 题 基 金 （ ）
8、 资 助 项 目收 稿 日 期 ： 。 收 修 改 稿 日 期 ： 年 月 中 国 空 间 科 学 技 术 同 波 束 干 涉 测 量 技 术 （ ） 同 波 束 干 涉 测 量 原 理两 个 深 空 航 天 器 分 别 用 航 天 器 与 航 天 器 表 示 。 同 波 束 干 涉 测 量 是 在 两 个 地 面 测 站 的 主 波 束 内 同时 观 测 角 距 很 小 的 两 个 航 天 器 ， 解 算 差 分 相 位 时 延 观测 量 （ ） （ ） 。 其 中 表 示 航 天 器 信 号 到 达 两 地 面 测 站 的 时 延 ， 表 示 航 天 器 信 号 到 达 两 地 面 测 站
9、 的 时 延 ， 如 图 所 示 ； ， ， ， 分 别 表 示 航 天 器 信 号 与 航 天 器 信 号 分 别 到 达 两 个 地 面 测 站 所 历 经 时 间 。 利 用 每 个 航 天 器 上 的 多 个 点 频 信 号 进 行 相 关 处 理 ， 先 得 到 每 个 航 天 器 信 号 的 相 位 在 两 个 地 面 测 站 间 的 差 分 （ 即 相 关 相 位 ） ， 然 后 再 对 两 个 探 测 器 的 相 关 相 位 进 行 差 分 ， 得 到 差 分 相 关 相 位 。 由 于 两 个 航 天 器 距 离 很 近 ， 通 过 两 次 差 分 运 算 几 乎 全 部 消
10、 除 了 传 播 介 质 （ 对 流 层 、 电 离 层 、 太 阳 等 离 子 区 ） 的 影 响 。 同 时 由 于 两 个 航 天 器 的 信 号 在 测 站 的 接 收 与 采 集 设 备 中 的 传 输 路 径 相 同 ， 通 过 两 次 差图 同 波 束 干 涉 测 量 原 理 示 意 分 运 算 同 样 几 乎 全 部 消 除 了 观 测 装 置 内 部 时 延 的 影 响 。 通 过 多 频 点 同 波 束 干 涉 测 量 得 到 差 分 相 位时 延 观 测 量 ， 此 观 测 量 实 质 上 反 应 的 是 两 个 航 天 器 的 角 距 信 息 。（ ） 多 频 点 差
11、分 相 位 时 延 理 论 推 导航 天 器 与 航 天 器 同 时 发 射 个 相 同 信 标 频 率 ， 和 的 信 号 （ ） ， 地 面 两 测 站 对 其 进 行 接 收 与 采 集 记 录 ， 其 中 ， 为 载 波 频 率 ， ， ， 为 信 标 的 基 频 频 率 。 首 先 两 个 地 面 测 站 同 时 记 录 的 航 天 器 信 号 ， 经 过 频 率 补 偿 、 时 延 补 偿 与 互 相 关 处 理 后 求 取 的 航 天 器 的 相 关 相 位 为 （ ） （ ） 其 中 频 率 补 偿 的 过 程 是 通 过 相 位 变 化 估 计 多 普 勒 频 差 ， 然 后 进 行 补 偿 ， 时 延 补 偿 过 程 是 通 过 轨道 预 报 或 者 时 域 相 关 方 法 获
