同波束VLBI技术及其应用的研究

甚长基线干涉VLBI是深空卫星测轨重要手段，现深空探测中的VLBI时延误差约100ps。我在月球卫星SELENE的研究中，利用同波束VLBI技术，得到误差1ps的差分相位时延，已把月球卫星的定轨误差降至数米。回国后，作为我国探月测控系统论证组专家，我提出了基于同波束VLBI的探月二期月球车相对定位和探月三期采样返回多卫星精密测定轨方案.这些方案有望使月球车相对定位精度提高到世界领先水平的1m，三期中多卫星精密测定轨测定位精度提高到世界先进水平的数米。由于SELENE只是用同波束VLBI做科学研究，采取的是事后处理方式，尚无法满足实时工程测轨的需要。本项目将围绕我国探月及火星探测VLBI测轨任务,开展各种信标下的同波束VLBI时延实时解析算法和相关处理方法及关联科学的研究。在各种条件下实时地近100%地解出皮秒量级精度的时延数据，同时进行大气电波相位变动及月球重力场的研究.

VLBI 是深空卫星测定轨重要手段，本项目围绕我国探月VLBI 测轨任务,开展各种信标下的同波束VLBI 时延实时解析算法及关联科学的研究。取得的主要成果有：在同波束VLBI技术及其应用的研究中，详细分析了SELENE的同波束VLBI数据，发现了同源信标和异源信标对实时解算差分相时延的影响，提出了相时延和群时延整体靠近法、精密群时延解算法等，使同波束VLBI相时延的实时解算成功率提高至95%。利用嫦娥三号的月球车和着陆器同波束VLBI观测，得到了随机误差0.5ps的差分相时延数据。利用此数据，把月球车的相对定位精度提高至世界最高水平的数十厘米，并能以数厘米的精度监视月球车的移动、转弯、刨坑等动作。另外，同波束VLBI也成为探月三期采样返回时的轨道器和返回器交会对接精密测定轨关键技术。在大气电波相位变动新模型的研究中，利用SELENE的8个测站的VLBI观测数据，建立了两个不同路径上的差分相位抖动与夹角之间的关系模型。同时，利用同波束观测数据，开展了月球电离层探查的研究，初步得到月球在太阳高度角60度以下存在极稀薄电离层的结论。在定轨定位和月球重力场的研究中，得出了利用同波束VLBI差分相时延和测速测距数据可把月球两个探测器的绝对定位精度同时提高至10米、相对定位精度提高至1米的重要结论。同时，利用这些数据和合作者一起反演了月球重力场，建立了SGM100i月球重力场模型，比以前的模型精度大幅提高。通过本想研究，发表了24篇论文，培养博士生5名，硕士生5名，青年专家2名。