VLBI数据处理应用于深空探测太阳风等离子体时延校正的研究

In deep space exploration, spacecraft such as Mars Express(MEX) has experienced superior solar conjunctions. The conjunctions cause severe degradation of radio signals when the line of sight between the Earth and the spacecraft passes near to the solar corona region. The solar plasma will cause interplanetary scintillation, time delay and delay rate, the plasma correction must be taken in high-precision orbit determination. The traditional method use solar wind electron density empirical model, or use multi frequency range or Doppler to measure electron density. This project will use very long baseline interferometry(VLBI) to measure electron density, use it on plasma correction, verified it with Mars Satellite Orbit Determination Software which is developed by Shanghai Astronomical Observatory. The project will also research interplanetary scintillation of spacecraft and quasar signals caused by solar wind. The result of the project could be used in solar conjunction data process during China's future Mars exploration, and it's also the technical reserves of VLBI application in solar wind research.

深空探测中，当行星探测器被太阳遮掩时，太阳风等离子体扰动会带来信号的闪烁和传播的延时，精确的测定轨需要对等离子体进行校正。传统的方法采用太阳风电子密度经验模型，或使用探测器的多频点测速、测距数据进行太阳风电子密度的测量。本项目将利用甚长基线干涉阵(VLBI)研究太阳风电子密度分布的建模方法，用于探测器太阳风等离子体时延和时延率的校正，并利用上海天文台自主研发的卫星定轨软件进行验证。项目也将利用VLBI观测的探测器和射电源开展太阳风对信号的行星际闪烁研究。本项目的研究成果可用于我国未来火星探测的太阳掩星观测，也是VLBI技术应用于太阳风研究的技术储备。

本项目的执行侧重于太阳风等离子体的VLBI观测数据处理与获得的数据对大尺度太阳风湍流的科学研究。(1) 利用VLBI测站对2015年和2017年的欧洲火星快车MEX的太阳掩星过程进行了观测，其中有三次观测，获得了EVN观测的支持。 (2) 对4.9 ~ 76.3 Rs (太阳半径)的主载波进行了频率与相位测量，获得了频率抖动的功率谱，对功率谱进行了分析。(3) 获得了频率波动的RMS 随太阳半径的变化关系。(4) 研究了一种可用于湍流抖动的相关性分析的VLBI新数据处理方法，该方法不仅能获得信号单站的频率与相位，也能够获得双站的差分频率与相位，不同于常规的VLBI相关处理。(5) 根据多站测量相位，获得了4.9 Rs 和9.9 Rs 太阳半径处的电子柱密度抖动，对不同观测路径上的抖动进行了相关性分析，获得相关时间为100 s。(6) 利用抖动在大尺度上的相关性，进行了太阳风速的测量。(7) 学习了欧洲VLBI联合研究所的相关处理技术，并用于三次观测实验多台站火星探测器的相关处理。(8) 基于VLBI测站，开发了多普勒测量的快速处理工程软件，应用于中国VLBI网测轨分系统的多普勒处理。