深空飞行器视向加速度的测量和应用

The continent of this paper is about the line-of-sight acceleration measurements and application of deep space vehicle. We focused on the the study of using line-of-sight acceleration to invert the gravitational coefficient of small body and the related research. In this study, We use domestic large radio telescope to tack Cassini orbiter and record radio signal while it flying-by Titan with open loop radio recorder . With the line-of-sight information to inverse the gravitational coefficients of Titan. By now The method of gravitational coefficient of small body reseach is doopler tacking. So far the vehicles that have flyed-by Titan include Pioneer11, Voyager 1 and 2. Due to the high flying-by height and the short tracking arcs the accuracy of Titan gravitational coefficient is not satisficed. With respect to the doppler trakcing mode the line-of-sight tracking mode is more direct and sensitive to the spacecraft movement. So it is expected to get higher accuracy

本研究内容主要为深空飞行器视向加速度的测量和应用研究，重点讨论了利用飞行器视向加速度来反演小天体引力场系数的方法以及相关的研究。本项目利用国内大型射电望远镜对在轨的深空飞行器卡西尼进行跟踪观测，采用多比特开环接收设备记录其飞掠土卫六的无线电跟踪数据，利用视向加速度观测量反演土卫六的低阶引力场系数。目前国外对小天体引力场的研究大多是采用多普勒观测的方式，到目前为止,飞临土卫六的飞行器有先锋 11 号、旅行者 1 号和 2号，由于飞掠高度较大以及跟踪弧段较短,利用多普勒观测计算得到的土卫六引力场系数精度不高。相对于多普勒观测模式,视向加速度观测对于飞行器的运动变化更为直接和敏感,有望得到更高的计算精度

本项目研究内容主要为深空飞行器视向加速度的测量和应用研究，重点讨论了利用飞行器视向加速度和多普勒来反演小天体引力场的方法以及相关的应用研究。本研究涉及到飞行器视向加速度零级数据的处理以及利用视向加速度和多普勒观测开展天体力学方面的研究。..零级数据采集设备为东南大学和上海天文台联合开发的开环无线电接收机，在项目推进过程中开发了基于GPU的积分多普勒及视向加速度处理软件，可以同时生成多普勒以及视向加速度观测量，对比于基于CPU的原型代码，速度提高4~5倍。..利用上述数据采集设备以及国内大天线(上海台65米射电望远镜以及佳木斯66米望远镜)开展如下两个方面的研究：.1，对欧洲的MEX(Mars Express)飞行器开展观测研究。我们利用2013年MEX飞掠Phobos的跟踪记录数据和模拟接收数据(观测未全覆盖)，对Phobos的质量和二阶重力场进行了反演，反演结果和目前国外发表的结果在精度误差范围内一致。此研究着重在于提出一种不同于传统多普勒的新方法来研究天体力学问题，且这一方法有望被应用于高精度大行星重力场(重力瘤以及重力异常)的研究。..2，对冥王星系统的观测研究。2015年7 月中旬,美国航天局新地平线 (New Horizons) 飞行器飞掠冥王星系统,飞掠期间利用国内大型射电望远镜对飞行器进行了多普勒跟踪测量,利用多普勒观测数据对冥王星 (Pluto) 和其卫星卡戎 (charon) 的质量进行了估算,解算过程中发现飞行器的初始速度间存在强相关性,导致解算结果不收敛,利用主成分分析 (Principal Contents Analysis, PCA ) 方法消除参数间相关性后,法方程的性质有了很大的改善。在扣除介质对测量的影响后,解算得到冥王星的质量为 869.60 ± 0.03Km^3 · s^−2 ,卡戎的质量为105.78 ± 0.04Km^3·s^−2 ,由于冥王星和卡戎的轨道并未参与解算,两者的轨道误差导致的系统差约为 1Km^3 · s^−2