不依赖于射电源标校的深空飞行器VLBI观测与数据处理方法研究

VLBI has been applied to deep space navigation for a long time. To obtain precise and reliable s/c delay observables, generally VLBI must observe quasars to calibrate the contributions of the station instrument system and propagation medium, and to alining the phase between different frequecy channels for ΔDOR. Considering the development of station instrument technique in China, quasar-free observation technique is planned to conduct research. Making use of the history VLBI data in chinese lunar mission , and CE-4 data, research work will focused on the station equipment calibration method, and improve the propagation medium correction modeling.

VLBI是深空探测中的重要测定轨技术，在国内外深空探测任务中都有应用。目前通行的方法是采用射电源与飞行器的差分观测实现对飞行器测量误差的标校。本项目面向我国深空探测任务需求，结合我国在VLBI设备技术的发展，提出采用不依赖于射电源观测修正的飞行器观测与数据处理方法，开展研究工作。利用我国深空探测历史VLBI观测数据，结合CE-4 VLBI测量数据，主要开展设备系统误差修正方法研究，无射电源观测情况下的飞行器多信号综合方法研究，以及利用全球GNSS测量数据开展建立高精度传播介质误差修正模型的研究，并采用实时或短时预报方式应用于飞行器测定轨。研究结果对我国后续探测任务优化VLBI测量系统的工作，提高系统的有效性、可靠性和经济性有重要意义。

利用深空飞行器VLBI观测技术开展测定轨工作需要精确标校VLBI测站信号链路上的系统误差影响，并扣除飞行器观测中的传播介质时延误差。传统的测量技术通过射电源-飞行器快速切换观测实现对测站信号链路时延的标校，并大幅度减小传播介质误差影响。然而由于需要频繁观测射电源，并且其数据处理量和处理方法要比飞行器信号处理更复杂，占用数据传输网路带宽更宽，对处理系统的资源占用更大，因此本项目的研究目标是开展如何通过避免或答复减小射电源观测实现飞行器时延观测量的系统误差标校和传播介质时延修正。.本项目主要利用嫦娥四号任务期间的VLBI实测数据，以及其他嫦娥系列任务数据，开展了如何实现在不观测射电源（任务前观测）或不频繁观测射电源的情况提高测站信号链路时延的标校方法，以及提高传播介质时延模型修正精度的手段。通过分析探月历史数据设备钟差变化、不同通道时延变化，结合定轨评估表明在设备系统平稳可靠，没有显著的链路时延跳变（格式器钟差）的情况下，通过任务前的射电源观测与切换观测相比，其差异对定轨的影响通常都要小于1ns以内，基本可以满足当前我国探月工程指标要求。通过对探月历史数据不同介质预报模型的生成方法的研究提出了采用全球IGS网和国内加密GNSS观测网综合观测处理，采用快速处理方法，提高传播介质实测精度和预报模型建立精度，进一步缩短预报时间至小时水平减小预报误差，显著提高了飞行器传播介质修正精度。该介质建模、修正方法已经应用到嫦娥四号、嫦娥五号和天问一号任务中，得到了良好的结果。该项目的研究成果已经体现在嫦娥五号的采集记录一体化数字终端研制、天问一号前置终端研制中，通过数字化技术和信号链路优化设计减小链路时延变化，提高系统工作的稳定可靠；同时对传播介质模型的研究也已经应用于相应型号任务的软件研发中，并取得良好成果，为相关工程测轨任务圆满完成发挥了重要作用。