月面目标VLBI观测与定位研究

嫦娥一号卫星已圆满完成探测任务并实现了受控撞月。目前我国探月二期已确定将实现月面软着陆和巡视勘察。本申请拟研究月面目标VLBI观测与定位的数项关键问题。河外射电源常规VLBI观测通常为双频宽带多目标和事后资料解析，空间飞行器一般为单频窄带单目标和实时资料处理，因而对前者的误差修正方式不能简单用于后者，需研究新方法。定轨分析要求有足够长的观测弧段，月面目标定位则强调同一信号波前应有足够的观测量以保证法方程解的唯一。月历表和天平动参数的精度是影响月面目标定位的因素，高精度数字月形图则是有力约束。目前巡视器的设计为仅发送遥测信号，VLBI将是其唯一的跟踪观测手段。同波束VLBI可在很大程度上消除共同误差源的影响，有望用于巡视器相对于着陆器的月面定位，其关键在于设法消除差分相位延迟的整周模糊度。这些月面目标观测与定位关键问题的有效解决，将直接服务于我国探月工程和其它深空探测，具有重要意义。

我国绕月探测工程嫦娥一号（CE-1）、二号（CE-2）任务采用了联合S波段（USB）测距测速与VLBI跟踪的测轨模式。项目实现了对跟踪资料的一种实时序贯处理方法，获得了CE-1卫星的瞬时状态（位置和速度，ISV）时间序列，用于关键轨道段监测，包括近月捕获、环月轨控等，获得满意效果。由于轨控期间卫星的受力状态较为复杂，比较表明，非轨控段的定位归算和预报轨道符合性较好，这在一定程度上表明了定位归算结果的可靠性。轨控段二者的符合性显著变差，主要反映了预报轨道精度较低。对轨控段卫星轨迹的高精度实时监测，充分反映了定位归算的特殊功用。项目研究中分析了CE-1卫星落月过程的跟踪资料，进行轨迹测定和落月点定位，这对于实现我国探月二期着陆器的月面定位和巡视器勘察轨迹测定，在方法分析、资料解析软件研发和定位精度预判等环节是有利的铺垫。结合我国VLBI观测网现状，通过仿真计算分析了观测时延噪声与系统差、预报轨道偏差和测距误差等对空间飞行器定位归算的影响，分析结论对于我国后续探月和萤火计划等工程实践具有借鉴意义。统计分析了嫦娥二号任务实时阶段的VLBI观测时延和定位结果的精度, 讨论了定位归算方法在嫦娥二号卫星关键弧段实时轨迹监测中的应用, 从定位归算角度分析了X波段测控体制试验的关联技术指标, 为我国后续探月卫星任务进行了有益的方法与软件铺垫, 积累了工程与技术实践经验。