题名VLBI本地相关技术研究及应用
作者马茂莉
答辩日期2017-12
文献子类博士
授予单位中国科学院研究生院
授予地点上海
导师郑为民
关键词Vlbi, 深空探测, 本地相关, 深空探测本地相关dor , 多普勒行星际闪烁
其他题名VLBI local correlation and its application
学位专业天文技术与方法
英文摘要
摘 要
火星及更远距离的深空探测项目给器高精度定轨技术提出新挑战。 火星及更远距离的深空探测项目给器高精度定轨技术提出新挑战。 火星及更远距离的深空探测项目给器高精度定轨技术提出新挑战。 火星及更远距离的深空探测项目给器高精度定轨技术提出新挑战。 火星及更远距离的深空探测项目给器高精度定轨技术提出新挑战。 火星及更远距离的深空探测项目给器高精度定轨技术提出新挑战。 火星及更远距离的深空探测项目给器高精度定轨技术提出新挑战。 火星及更远距离的深空探测项目给器高精度定轨技术提出新挑战。 火星及更远距离的深空探测项目给器高精度定轨技术提出新挑战。 火星及更远距离的深空探测项目给器高精度定轨技术提出新挑战。 火星及更远距离的深空探测项目给器高精度定轨技术提出新挑战。 中国 VLBIVLBIVLBIVLBI测轨分系统自嫦娥一号 测轨分系统自嫦娥一号 (CE -1) 任务以来,参与多个月球探测器的跟踪 任务以来,参与多个月球探测器的跟踪 测量,获得探器在天空平面的角位置并联合距速为提供定 轨测量,获得探器在天空平面的角位置并联合距速为提供定 轨测量,获得探器在天空平面的角位置并联合距速为提供定 轨测量,获得探器在天空平面的角位置并联合距速为提供定 轨位支持。嫦娥三号( CE -3)探测器在我国首次正式使用了 X频段差分单向测距 (DOR) (DOR) 信号,未来深空探测器将沿用这一标体制。 信号,未来深空探测器将沿用这一标体制。 信号,未来深空探测器将沿用这一标体制。 信号,未来深空探测器将沿用这一标体制。 信号,未来深空探测器将沿用这一标体制。 信号,未来深空探测器将沿用这一标体制。 信号,未来深空探测器将沿用这一标体制。 信号,未来深空探测器将沿用这一标体制。 信号,未来深空探测器将沿用这一标体制。 信号,未来深空探测器将沿用这一标体制。 信号,未来深空探测器将沿用这一标体制。 信号,未来深空探测器将沿用这一标体制。 信号,未来深空探测器将沿用这一标体制。 信号,未来深空探测器将沿用这一标体制。 信号,未来深空探测器将沿用这一标体制。 信号,未来深空探测器将沿用这一标体制。 信号,未来深空探测器将沿用这一标体制。 DOR 包含了一组单频率侧 包含了一组单频率侧 包含了一组单频率侧 包含了一组单频率侧 包含了一组单频率侧 包含了一组单频率侧 包含了一组单频率侧 包含了一组单频率侧 音,与类似白噪声的射电源信号截然不同。现有探月工程 音,与类似白噪声的射电源信号截然不同。现有探月工程 音,与类似白噪声的射电源信号截然不同。现有探月工程 VLBIVLBIVLBIVLBI相关处理机采用 相关处理机采用 射电源的处理 方式DOR 信号,无法处理强度较弱的 信号,无法处理强度较弱的 DOR 信号。本文针对 信号。本文针对 DOR 信号的 特点,在国内首次系统地研究了探测器VLBIVLBIVLBIVLBI本地相关处理 本地相关处理 技术,实现了 技术,实现了 VLBIVLBIVLBIVLBI测站的三向多普勒、单量; 测站的三向多普勒、单量; 测站的三向多普勒、单量; Delta Delta Delta-DOR 时延的测 量;弱信号的处理并将该技术应用于太阳风行星际闪烁科学中。主要创 量;弱信号的处理并将该技术应用于太阳风行星际闪烁科学中。主要创 量;弱信号的处理并将该技术应用于太阳风行星际闪烁科学中。主要创 量;弱信号的处理并将该技术应用于太阳风行星际闪烁科学中。主要创 新和贡献如下:
(1) (1) 基于 VLBIVLBIVLBIVLBI测站研究了三向多普勒和单量方法,具体包括锁相 测站研究了三向多普勒和单量方法,具体包括锁相 测站研究了三向多普勒和单量方法,具体包括锁相 环测量方法和瞬时多普勒,并成功用于月球探器 CE -3和深空火星探 测器 (MEX) (MEX) 的 测定轨试验。获得的 测定轨试验。获得CE -3轨道与工程事后精密的位置、速度 轨道与工程事后精密的位置、速度 均方差分别为 17m 与 17mm/s 17mm/s ,与参考精密星历的 ,与参考精密星历的 ,与参考精密星历的 20m 内符精度在同一量级;获 内符精度在同一量级;获 得的 MEX 轨道与欧洲航天局 ESA ESA ESA 重建轨道位置差约几百米,符合 重建轨道位置差约几百米,符合 ESA ESA的轨道 测量精度。基于 测量精度。基于 测量精度。基于 测量精度。基于 测量精度。基于 测量精度。基于 测量精度。基于 VLBIVLBIVLBIVLBI测站的 测站的 测站的 CE -3 三向多普勒定轨后残差的均方根为 三向多普勒定轨后残差的均方根为 三向多普勒定轨后残差的均方根为 三向多普勒定轨后残差的均方根为 三向多普勒定轨后残差的均方根为 三向多普勒定轨后残差的均方根为 三向多普勒定轨后残差的均方根为 三向多普勒定轨后残差的均方根为 三向多普勒定轨后残差的均方根为 三向多普勒定轨后残差的均方根为 三向多普勒定轨后残差的均方根为 三向多普勒定轨后残差的均方根为 三向多普勒定轨后残差的均方根为 三向多普勒定轨后残差的均方根为 三向多普勒定轨后残差的均方根为 三向多普勒定轨后残差的均方根为 0.52mm/s( 0.52mm/s( 积分时间为 1s) ,与国内深空站佳木斯的双向测量精度 (0.48m (0.48mm/s) m/s) 及美 国的木星探测器 Cassini Cassini Cassini Cassini Cassini 的双向多普勒精度 (0.5mm/s, 1s (0.5mm/s, 1s (0.5mm/s, 1s(0.5mm/s, 1s积分 )处于同一个量级; MEX 的 X频段 10s 积分多普勒最小噪声为 0.16mm/s 0.16mm/s ,S频段 5s 积分噪声为 0.3mm/s 0.3mm/s ,该测量精度与 ,该测量精度与 ESA ESA相当。
(2) (2) 结合 CE -3号探测器和 CE -5正样天地对接实测 DOR 数据,系统地研究 了本地相关测量原理与弱信号处方法,编写数据 程序开展实际了本地相关测量原理与弱信号处方法,编写数据 程序开展实际了本地相关测量原理与弱信号处方法,编写数据 程序开展实际处理试验,证 了该方法的可行性。 CE -3对地 DOR 信标天线, 采用相干模式信标天线, 采用相干模式信号较强;另一个 DOR 信标天线背离地球,采用非相干模式号较弱。 论文 研究了应答机相干模式 下的差分三向测距和单,与非研究了应答机相干模式 下的差分三向测距和单,与非下弱信号的差分单向测距技术。经定轨验证,两种 工作模式计算三DOR 时延均能用于定轨。获得的道与精密星历位置方根差最大约 时延均能用于定轨。获得的道与精密星历位置方根差最大约 30m ,最小约 ,9m 。该差异与参考精密星历的內符度在同一量级。 应答机相干模式下,定轨后 应答机相干模式下,定轨后 时延残差的标准方在 0.3~0.5ns ;应答机非相干模式下,弱 应答机非相干模式下,弱 DOR 信号定轨后时 延残差的标准方 差在 0.7ns ;测量精度与理论估算值在同一个级。 CE -5正样天 地对接试验中,着陆上升组合体和轨道器发射的多个 DOR 侧音被同时发射 的数 传信号淹没。利用本地相关的 方法,从数中提取了被传信号淹没。利用本地相关的 方法,从数中提取了被传信号淹没。利用本地相关的 方法,从数中提取了被传信号淹没。利用本地相关的 方法,从数中提取了被DOR 侧音, 获得 Delta Delta Delta-DOR 时延,精度为 时延,精度为 0.12ns ,与探测器热噪声吻合。
(3) (3) 基于多普勒技术,利用 基于多普勒技术,利用 VLBIVLBIVLBIVLBI单站观测数据开展了太阳风行星际闪烁研 单站观测数据开展了太阳风行星际闪烁研 究。对佘山 25m 记录的太阳偏距在 11 R11 R 11 R⊙~160 R 160 R⊙范围内的 MEX 太阳掩星数据 进行多普勒处理和相位功率谱分析,测量了太阳风空间折射指数、结构常 进行多普勒处理和相位功率谱分析,测量了太阳风空间折射指数、结构常 进行多普勒处理和相位功率谱分析,测量了太阳风空间折射指数、结构常 数、相位闪烁指,和视线方向电子总含量。
本课题的研究成果,是 本课题的研究成果,是 VLBI测站用于更深远空探的重要技术储备;拓展了 IVLBI测站的功能,在原有角位置测量基础上,使站能够为探器提供 角位置测量基础上,使站能够为探器提供 三向、单多普勒支持;可用于未来月球火星等探测项目及无线电科学研究。
语种中文
学科主题射电天文学
内容类型学位论文
源URL[http://119.78.226.72/handle/331011/29836]  
专题上海天文台_中国科学院上海天文台学位论文
作者单位中国科学院上海天文台
推荐引用方式
GB/T 7714
马茂莉. VLBI本地相关技术研究及应用[D]. 上海. 中国科学院研究生院. 2017.
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