联合多源观测数据对月球探测器精密定位的关键技术研究

The precise position of the lunar probe is of great importance to the achievement of the moon exploration plan, scientific goal and the research on the Earth-Moon environment, which involves the prior informations of many geometrical and physical model parameters, so it is the key problem and difficulty to improve the parameters to get a higher precision of lunar probe positioning. In this project, each observation model is effectively integrated with the dynamic model or the kinematic model of all running segments of the lunnar probe and the reference systems of the model are unified to build a new integrated model with the ability to improve the connection parameters of the reference systems, the positioning parameters, the orbital perturbation model parameters or the dynamic positioning model parameters. More specifically, this project is grounded on the integration of earth-based VLBI and USB observation data, by utilizing autonomous celestial navigation and X-ray pulsars autonomous navigation data, to build a new model with high precision and high reliability, which can be used to detect and improve the inherent bias of parameters from different technologies and to decrease the geometric attenuation errors of the parameters with the advantage of different temporal and spatial distribution characteristics of the multi-source data and system optimizing. The goal of precise positioning of lunar probe can be finally realized by the above researches on the key technologies, programming and numerical computation. The research achievements of this project will be of great scientific significance and practical value for realizing the lunar exploration plan, the scientific goal and the associated data processing of real time or afterwards.

月球探测器的精确位置信息对实现探月计划、科学目标和研究地月环境非常重要。它的确定涉及很多几何和物理模型参数的先验信息，如何改进此先验信息来实现月球探测器精密定位是急需解决的关键问题和难点。本项目将月球探测器的各类观测模型分别与探测器各运行阶段的动力学模型或运动学模型进行有机结合，统一模型中的不同参考系，提出并建立同时改进参考系连接参数、探测器定位参数、动力学模型参数或运动学模型参数的新模型。在联合地面对月球探测器的VLBI和USB等技术的各结合模型基础上，提出进一步联合天文和X射线脉冲星等自主导航技术的各结合模型，建立高精度和高可靠性的新联合模型，以削弱各技术确定这些参数的固有系统偏差。利用多源数据的时空分布优势及系统优化来降低参数精度的几何衰减因子。通过以上研究和编程计算，来达到月球探测器精密定位的目的。该研究将对实现探月计划、科学目标及相关的实时或事后数据处理具有科学意义和实用价值。

通过该项目的研究，取得了突出成果：发表论文51篇，其中SCI 6篇，EI 7篇，核心论文15篇。获批国家发明专利4项和软件著作权4项，获奖8项，培养博士和硕士研究生18名。圆满完成了项目的计划任务指标。. 系统深入地研究了VLBI技术用于月球探测器精密定位、光压模型、地球定向参数(EOP)和月球天平动参数估计，联合VLBI、USB、空间VLBI和光学天文（OCN）等多源观测数据对月球探测器精密定位，以及联合OCN和 X-射线脉冲星导航方法（XNAV）对于火星探测器精密定位的模型、理论、方法和关键技术。形成了从VLBI到联合USB、OCN和XNAV多系统，从地月转移到环月、登月、地火转移和环火探测器，从精密定位到ERP、EOP、月球天平动、火星探测器星载时间等时空基准和光压模型等多参数精化的一套理论方法和技术体系。. 获批4项发明专利：《一种改进天平动参数的月球着陆器精密定位方法及系统》，《一种环火探测器精密同步定位守时方法及系统》，《 一种月球车联合定位方法及系统》和《一种月球探测器精密定轨方法》。开发了相应的4套具有著作权的软件系统。基于这些专利发明和软件，利用ΔVLBI和模拟空间VLBI观测量实现了对嫦娥一号定轨和EOP参数的改进。利用VLBI数据实现了估计太阳光压模型参数和嫦娥二号定轨参数，比较了月球重力场模型。利用VLBI观测量确定了嫦娥三号月球着陆器位置及月球天平动参数。联合VLBI、USB和空间VLBI估计了嫦娥二号轨道和地球自转参数（ERP）。实现了月球车的联合VLBI和OCN技术导航和实验。实现了火星探测器OCN/XNAV组合导航和同步定位守时实验。将重力匹配算法SITAN改进为相关SITAN+降权迭代的组合。. 解决了ERP、EOP、月球天平动和火星探测器星载时间基准和太阳光压模型参数先验精度低等所导致的探测器定位精度低等问题。削弱了各单项技术对探测器定位所带来的固有系统偏差。为地球卫星、月球和火星等探测器的定位导航和大地测量研究提供了有效的技术方法。学术论文、教材著作和知识产权成果在教学和科研中得到了应用，并得到了相关专家和单位的好评和证明。