深空导航相位参考干涉测量技术研究
PSR J1541-5535的自行测量
PSR J1541-5535的自行测量周世奇; 刘泓忆; 张洁; 冯中文; 罗杨平; 朱晓丹; 周霞【期刊名称】《《西华师范大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(040)004【总页数】4页(P389-392)【关键词】脉冲星; J1541-5535; 脉冲星计时; 自行; 横向速度【作者】周世奇; 刘泓忆; 张洁; 冯中文; 罗杨平; 朱晓丹; 周霞【作者单位】西华师范大学物理与空间科学学院四川南充637009; 中国科学院国家天文台北京100101; 西华大学应用技术学院成都610039; 齐鲁师范学院物理与电子工程学院济南250013【正文语种】中文【中图分类】P161.10 引言自行是指天体相对于太阳系的质量中心，随着时间推移位置在角度上的改变。
几乎所有的天体都有自行，脉冲星也不例外。
目前对于脉冲星自行的测量主要有两种方法：一种是脉冲星计时(Pulsar Timing)；另外一种是甚长基线干涉(VLBI)[1]。
相比而言，通过脉冲星计时测量自行更为方便。
迄今为止共约340颗脉冲星的自行被测量到，其中约50%的脉冲星自行都是用计时方法得到[1]。
脉冲星自行是一种外禀行为。
正是对这种外禀行为的观测，发现了脉冲星与超新星爆炸成协，从而证实了超新星爆炸是中子星产生的恒星演化理论[2]。
此外，还可以根据脉冲星自行的速度得到脉冲星的运动学年龄，这些运动学年龄可能比特征年龄更为接近脉冲星的真实年龄[3]。
然而，脉冲星自行也会对诸如深空自主导航和低频引力波的探测产生不利影响。
毫无疑问，对脉冲星自行的测量是极其重要的。
PSR J1541-5535是1999年5月在澳大利亚64 m帕克斯射电望远镜L波段的多波束巡天中发现的一颗自转周期P为295 ms的脉冲星，对其自转长期监测表明该星的自转减慢率为75×10-15s·s-1[4]。
由此，可以得到PSR J1541-5535的特征年龄和表面偶极磁场分别为62.5 kyr和4.77×1012G。
脉冲星测量技术用于深空探测器自主导航的原理及方法
脉冲星测量技术用于深空探测 器自主导航的原理及方法
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脉冲星的发现
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脉冲星机制
当一颗恒星变成超新星时，经过激烈变化后，留下满天膨胀的气体和微 小物质，余下的核心直径只有几十到十几公里。超新星的内爆非常强烈，恒 星原子里的质子和电子被紧紧地压缩 在一起，抵消了它们的电荷，形成 中子。这种中子星可以达到水密度 的1014倍，有着极强的磁场，可以 非常快速地旋转。因为磁轴不与旋 转轴重合，二者一般具有一定的 夹角，当脉冲星高速旋转时，辐 射束将沿着磁场两极方向被抛出 ，随着脉冲星的自转，该辐射束 周期性扫过探测器的视界，形成 脉冲。
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脉冲星导航技术研究历程
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研究历程
a) 脉冲星导航思想的萌芽阶段 1. 脉冲星导航思想最早于 20 世纪 70 年代提出。 2. 1971 年，Reichley，Downs 和Morris 首次描述了把射电脉冲星作为时钟的思 想。 3. 1974 年，Downs 在文献《Interplanetary Navigation Using Pulsation Radio Source》中提出一种基于射电脉冲星信号进行行星际导航的思想，标志着脉 冲星导航思想的初步形成。但由于脉冲星的射电信号强度较弱，宇宙中的射 电信号噪声强度大，导航中需要至少 25m 口径的天线接收信号，因此该方法 很难在工程中实现。 4. 20 世纪 70 年代后期，天文观测在 X 射线波段能量范围 1~20keV、频率范围 2.5×1017 ~ 4.8×1017Hz的进展，促进了对 X 射线脉冲星特性的研究。 5. 1980 年 Downs 和 Reichley 提出测量脉冲星脉冲到达时间的技术。 1981 年 Chester 和Butman 在国际上第一次正式提出利用 X 射线脉冲星进行航天器导 航的思想。
干涉仪相位差测量精度的匹配滤波理论解释
第19卷 第6期太赫兹科学与电子信息学报Vo1.19，No.62021年12月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Dec.，2021文章编号：2095-4980(2021)06-0996-06干涉仪相位差测量精度的匹配滤波理论解释石荣，邓科(电子信息控制重点实验室，四川成都 610036)摘要：针对干涉仪接收通道间信号的相位差测量精度问题，指出了传统计算公式的局限性，通过采用信号能量信噪比替代信号带内功率信噪比，引出了干涉仪接收通道间信号的相位差测量误差的标准差的理论计算公式。
从去调制与匹配滤波的角度证明了该计算公式的普适性，并通过各种调制信号与脉冲串信号的仿真验证了理论分析的正确性，揭示了干涉仪通道间相位差测量误差的标准差与信号能量信噪比的平方根成反比。
这一理论分析结果为干涉仪测向工程应用的精度指标计算与论证分析提供了普适性的指导。
关键词：干涉仪测向；相位差测量；调相信号去调制；匹配滤波；相位估计；信号带内功率信噪比；信号能量信噪比；信号积累中图分类号：TN971文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2020094Match filtering theory interpretation for the measurement accuracy ofinterferometer phase difference. All Rights Reserved.SHI Rong，DENG Ke(Science and Technology on Electronic Information Control Laboratory，Chengdu Sichuan 610036，China)Abstract：The phase difference measurement accuracy for the channels receiving signals in the interferometer is discussed. After the limitations of the traditional formula are pointed out, a theoreticalcomputation formula of the standard deviation for the phase difference measurement error of the channelsreceiving signals in the interferometer is proposed by using the signal energy SNR (Signal-to-Noise Ratio)instead of the in-band power SNR. In theory, the universality of the formula is proved from the point ofview of demodulation and match filtering. And the correctness of the theoretical analysis is verified by thesimulation for various modulated signals and pulse series signals. It reflects that the standard deviation ofthe phase difference measurement error for the channels receiving signals in the interferometer isinversely proportional to the square root of the signal energy SNR. This theoretical result provides ageneral guidance for the computation, demonstration and analysis of direction finding accuracy index ininterferometer engineering application.Keywords：direction finding by interferometer；phase difference measurement；demodulation for phased signal；match filtering; phase estimation；SNR of signal in-band power；SNR of signal energy；signal accumulation干涉仪测向是电子侦察中常用的辐射源信号来波方向测量方法，在各种雷达侦察与通信侦察设备中广泛使用[1−3]。
深空探测器单基线干涉测量相对定位方法
深空探测器单基线干涉测量相对定位方法
陈永强;周欢;李伟;屈明
【期刊名称】《宇航学报》
【年(卷),期】2017(038)006
【摘要】针对中国深空探测中航天器高精度定位需求,提出一种基于相位参考成图技术的探测器单基线相对定位方法.该方法利用中国深空站长弧段跟踪优势,形成良好的UV覆盖,满足在中国仅有两个深空站的条件下获得高精度测量结果的要求,解决单基线高精度干涉测量的难题.利用中国深空测控网喀什至佳木斯基线开展了嫦娥三号月球探测器天线间的相对定位试验,确定了嫦娥三号着陆器全向天线相对定向天线的位置,天平面角分辨率优于0.5 mas(毫角秒),充分验证了该方法的有效性.该研究对以后嫦娥五号任务及火星探测中无线电干涉测量相对定位具有一定参考价值.
【总页数】7页(P605-611)
【作者】陈永强;周欢;李伟;屈明
【作者单位】西安卫星测控中心,西安710043;北京跟踪与通信技术研究所,北京100094;西安卫星测控中心,西安710043;西安卫星测控中心,西安710043
【正文语种】中文
【中图分类】V556
【相关文献】
1.采用MapReduce模型的甚长基线干涉测量并行处理方法 [J], 田斌;何强;王佳;郑雨西
2.基于单基线干涉测量的GEO卫星轨道测定与验证 [J], 任天鹏;曹建峰;唐歌实;戴一堂;陈略;孙靖;韩松涛;路伟涛;王美
3.短基线动态相对定位中GPS单历元解算整周模糊度方法 [J], 王倩;胡新康;王黎
4.基于二次相关的甚长基线干涉测量相关处理方法 [J], 路伟涛;杨文革;洪家财;王立彬
5.深空探测器同波束相位参考成图相对定位方法 [J], 周欢;童锋贤;李海涛;郑为民;董光亮;李培佳;舒逢春
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测绘技术中的相干测量原理与应用
测绘技术中的相干测量原理与应用近年来，随着科技的不断发展，测绘技术在地理信息领域发挥了越来越重要的作用。
而在测绘技术中，相干测量作为一种基础性的测量原理，被广泛应用于各个领域。
本文将探讨相干测量的原理以及它在测绘技术中的应用。
首先，我们来了解相干测量的原理。
相干测量是通过利用电磁波的干涉现象进行测量的一种方法。
在测绘技术中，主要使用激光作为电磁波源进行相干测量。
激光是一种具有高度相干性的光源，它的特点是波长短、直线传播、能聚成束等。
在相干测量中，通过将激光束分为参考光和待测光，在待测光经过被测物体后与参考光合并，通过干涉现象来分析光波的相位差，从而进行测量。
相干测量的应用非常广泛，下面我们将重点介绍几个领域中的应用案例。
首先是地形测量。
地形测量是测绘技术中的重要任务之一，它对于土地开发、城市规划以及环境保护等方面都有着重要意义。
相干测量技术通过激光雷达仪器进行地形测量，可以高效、精确地获取地表的三维形态信息。
这对于制作精细地形图、进行地质灾害预测和监测等都有着重要的应用价值。
其次是建筑物检测与监测。
在城市建设中，相干测量技术可用于建筑物的结构安全性检测与监测。
通过激光测距仪器等设备，可以快速获得建筑物的外部尺寸信息，并结合分析软件对建筑物的结构参数进行评估。
同时，相干测量技术还可以用于建筑物的变形监测，通过连续监测建筑物的位移变化，可以及时发现潜在的结构问题，并采取相应的安全措施。
另一个重要的应用领域是海洋测量。
海洋测量是测绘技术中的重要分支，它对于海洋资源的开发利用、海洋环境的保护以及海洋科学研究等方面具有重要意义。
相干测量技术在海洋测量中得到了广泛应用。
通过激光测深仪等设备，可以获取海洋底部的形态信息，并结合卫星测量数据进行海洋地理信息的综合分析。
这对于海洋地质研究、海洋生态环境评估等都具有重要的科学意义。
除了以上几个领域外，相干测量技术还在其他领域中得到了广泛应用，例如无人机测量、环境监测、制图等。
【国家自然科学基金】_多基线_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140729
科研热词 多基线 配准误差 非量测相机 长序列星载sar 自适应聚合 自适应图像配准 联合单像素 立体视觉 真实导向矢量 相关系数加权 相位解缠 相位展开 最优联合观测矢量 数字高程图 干涉相位展开 干涉合成孔径雷达 层析 多基线距 多基线影像匹配 多基线insar 复杂物体 地表形变 合作算法 加权联合数据矢量 三维重建 三 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
科研热词 多基线 谱估计 相位解缠绕 相位解模糊 相位干涉仪 测向 影像匹配 形变监测 干涉合成孔径雷达 差分sar层析成像 姿态矩阵 姿态估计 天绘卫星 基线 合成孔径雷达 压缩感知 到达时间 三维重建 sar层析成像 mc-lambda算法 l1范数 gps clambda算法
推荐指数 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
科研热词 多基线 降维 近景摄影测量 联合像素处理 程序性知识 社交恐惧 相对定向直接解 潜意识情绪 旋转摄影 数字近景摄影测量 数字摄影测量 干涉合成孔径雷达 干涉 姿态确定 多频率 多基线设计 多基线动态定位 多发多收 合成孔径雷达 古典园林建筑物 三维重建 lanczos迭代 gps卫星定位 dlt
△DOR深空导航定位技术进展
洲 Ｅ Ａ 和 日本 的 Ｊ Ａ。Ａ Ｒ导航 定位 本 质上 Ｓ Ａｘ ＤＯ
体现 在三 个方面 ： 一是探 测器 进行 硬着 陆或 软着陆
时需 要高精 度导航 ； 二是探 测 器一 般需要 多次遥 远 距离 变轨 才能到 达 目的地 ， 变 轨 精 度要 求 很 高 ； 对
火 星 探 测 器 ＮＯ ＯＭ Ｉ 展 了 大 量 Ａ Ｒ 观 测 。 Ｉ 开 ＤＯ
ＭＯＩ ＭＩ Ｏ 由太空 与太 空航行 科学研 究所 （ｎ ｔ ｕｅ Ｉｓｉ ｔ ｔ ｏ ｐ ｃ ｎ ｔｏ ａ ｔ ａ Ｓ ｉｎ ｅ ＩＡＳ 开发 ， ｆ ａｅ ｄＡｓｒ ｎ ｕｉ ｌ ｃ ｃ ， Ｓ ａ ｃ ｅ Ｓ ） 计 划 １９ ９ ８年 到达 火 星 ， 因变 轨错 误 而不 得 不 更 改 但
三是探 测器 轨道 载人 后 进入 其 他星 体 轨 道 时需 要
是 ＶＬ 测量 技术 的一个应 用 ， 时 ＶＬ Ｉ 量技 ］ 当 Ｂ 测
术 刚刚 进 入 实 用 阶 段 ， ＮＡＳ 喷 气 推 进 实 验 室 Ａ
（Ｐ ） Ｊ Ｌ 就开 始 考 虑 如何 将这 种 高 精 度 的测 量 技 术
度＿ 。 目前深 空探 测 器导 航 定 位 所 采用 的方 法 主 １ 要 是传统 信标 机测距 和多 谱勒 测速 ， 由于深空探 测 器 距离地 球遥 远 ， 行信号 十分 微弱 ， 下 因此 ， 一技 这 术 精度 取决 于地面 站对信 号 的接收 能力 ， 中包括 其
天线 的增 益及 接 收 机 的噪 声 温 度 。天线 增 益 可 以 通 过增 大 天线 口径 的 方法 得 以改 善 ， ＮＡＳ 的 如 Ａ
提高测 量精 度 。 目前 的测 角 精 度 达 毫 角／ 米量 级 ，
【国家自然科学基金】_甚长基线干涉测量_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
科研热词 深空探测 采样返回 遥测 软件锁相环 相关 甚长基线干涉测量技术 深空跟踪 差分vlbi 天线组阵 多普勒频率 多探测器精密定轨 信号合成 vlbi
推荐指数 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4
推荐指数 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
2011年 科研热词 推荐指数 甚长基线干涉测量 2 定位归算 2 面向对象 1 非保守力补偿系统 1 轨迹监测 1 甚长基线干涉测量(vlbi) 1 激光干涉星间测距系统 1 深空探测 1 活动星系核 1 毫米波vlbi 1 月球重力场 1 月球探测 1 数据处理 1 嫦娥二号 1 天文观测设备与技术 1 天体物理学 1 卫星跟踪卫星 1 单程测距差分 1 mk5b硬盘记录器 1 grail 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
科研热词 甚长基线干涉测量 地球自转参数 运动 较差相位时延 盲带 现场可编程门阵列 昼夜差异 日长变化 数字基带转换器 大气角动量 多相滤波器组 地球自转 同波束干涉测量 单边带 信号 vlbi观测 vlbi selene卫星 occam erp系统 erp cont
科研热词 观测模型 月球轨道交会对接 差分相时延闭合 同波束干涉测量
推荐指数 1 1 1 1
2014年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
一种用于深空导航定位的新型DOR信标
一种用于深空导航定位的新型DOR信标
甘江英;舒逢春;吴亚军;童锋贤;郭绍光;吴徳
【期刊名称】《中国空间科学技术》
【年(卷),期】2022(42)2
【摘要】甚长基线干涉测量(VLBI)是深空探测器导航定位的重要手段之一,深空探测器的VLBI观测通常采用差分单程测距(DOR)信标和双差单程测距(Delta-DOR)测量体制,精确地测量深空探测器相对于河外射电源的角距。
相位杂散是影响Delta-DOR测量精度的主要误差源之一,针对这项误差研究了一种基于伪随机噪声调制方式的新型DOR信标(PN-DOR),开展了信标的设计实现,从时域和频域角度分析了Gold码带宽及多项式、整形滤波系数和DOR信号调制指数的优化方法。
PN-DOR信标可有效削弱相位杂散效应,提高Delta-DOR测量精度,满足中国未来深空探测任务高精度导航定位需求。
【总页数】8页(P91-98)
【作者】甘江英;舒逢春;吴亚军;童锋贤;郭绍光;吴徳
【作者单位】中国科学院上海天文台;中国科学院大学
【正文语种】中文
【中图分类】P164;U666.133
【相关文献】
1.美国成功验证一种用于深空探索的新型反应堆概念
2.ΔDOR深空导航定位技术进展
3.一种新型的用于深空高动态微弱信号载波跟踪环
4.一种对深空探测器信标信号的无源定位方法
5.一种对深空探测器信标信号的无源定位方法
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面向空间引力波探测的激光差分干涉相位计研究
面向空间引力波探测的激光差分干涉相位计研究今天，随着科技的发展，空间引力波（Gravitational Waves）的发现和探测给人类的理解宇宙提供了新的途径。
因此，我们需要有效的探测和测量工具来更好地研究空间引力波。
激光差分干涉相位计，作为空间引力波探测的关键技术之一，具有高精度和低功耗的特点，可以更好的检测和测量空间引力波的变化。
空间引力波是由椭圆形的天体（如双恒星系统或黑洞）的质量变动而引起的弯曲时空现象，它以光速传播，随着距离增加，强度会随之衰减。
它们是一种非常微弱的信号，因此检测起来非常困难。
因此，我们需要一种高精度的探测技术，以较好地捕获空间引力波的变化。
激光差分干涉相位计正是满足这个要求的有效技术。
激光差分干涉相位计利用两个串联的激光光纤，每个光纤都从同一端引入，并从另一侧出来，一束激光经过一个不同的路径，另一束激光则经过另一个不同的路径，然后它们会再次归入一个单一光纤，这样它们就可以在同一点上再次结合起来了。
当两个激光经过不同路径后，它们实际上有着不同的相位，因此，当它们在同一点上结合的时候，它们的衰减会有所不同。
当空间引力波的信号以光速传播时，它会影响激光的相位，而由激光差分干涉相位计探测到的相位变化，会反映空间引力波的变化，从而实现探测空间引力波的功能。
激光差分干涉相位计相比传统的激光干涉仪有着许多优势。
首先，它具有超高的精度，可以测量空间引力波信号的强度更准确。
其次，它更加灵敏，可以探测到更弱的空间引力波信号。
此外，它更加节能，由于信号比传统技术更弱，因此对于功率消耗要求就更低，需要更少的功率。
虽然激光差分干涉相位计有着这么多优势，但它仍然存在着一些技术挑战。
首先，由于激光的相位精度受激光的偏振影响，因此需要进行精细的控制，确保激光的偏振不受外界因素的干扰。
其次，由于激光的通道受激光的多模不稳定性的影响，因此需要采用激光技术和光纤技术来确保激光质量的稳定及其传输的精度。
此外，激光差分干涉相位计还需要精确的抗扰技术来确保激光信号不受干扰，从而提高检测精度。
北斗GEO卫星CEI相时延解算方法研究
中国空间科学技术D e c ２５㊀２０２０㊀V o l ４０㊀N o ６㊀１２３Ｇ１３０C h i n e s eS p a c eS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yI S S N １０００Ｇ７５８X ㊀C N １１Ｇ１８５９/V h t t p :ʊz g k jc a s t c n D O I :１０ １６７０８/jc n k i １０００Ｇ７５８X ２０２０ ００７９北斗G E O 卫星C E I 相时延解算方法研究陈少伍１,∗,王静温２,黄磊１,徐得珍１１．北京跟踪与通信技术研究所,北京１０００９４２．北京遥测技术研究所,北京１０００９４摘㊀要:连线端站干涉测量(c o n n e c t e d e l e m e n t i n t e r f e r o m e t r y ,C E I )是高精度测角技术,在中高轨卫星㊁月球及深空航天器定轨定位中有良好的应用前景.基于C E I 技术特点,提出了一种新的测量方法,即在相干测距模式下利用测距音和载波信号作为信号源进行连线端站干涉测量.构建了C E I 试验系统对北斗G E O 卫星进行观测,利用相干测距模式下的下行信号解算群时延㊁相时延.利用北斗G E O 卫星精密星历计算的时延理论值,对北斗G E O 卫星C E I 群时延和相时延结果进行评估.结果表明,相干测距模式下C E I 群时延和相时延残差均值分别为０．４７n s ㊁０．０８n s ,标准差(３σ)分别４．２n s ㊁０．１３n s .该项研究验证了相干测距模式下C E I 相时延解算的可行性,可为共位地球同步卫星精密相对定位㊁月球探测器C E I 测量提供技术参考.关键词:连线端站干涉测量;测距信号;北斗G E O 卫星;相时延;群时延辅助相时延中图分类号:V ５６６．３;P ２２８．６㊀㊀㊀㊀文献标识码:A收稿日期:２０２０Ｇ０２Ｇ２８;修回日期:２０２０Ｇ０４Ｇ０３;录用日期:２０２０Ｇ０４Ｇ０４;网络出版时间:２０２０Ｇ０４Ｇ１０㊀１５:５６基金项目:国家８６３计划(２０１５A A １１３４);国家自然科学基金(６１６０３００８)∗通信作者．T e l ．:(０１０)６６３６１１２３㊀E Ｇm a i l :c h e n s h a o w u ＠b i t t t ．c n引用格式:陈少伍,王静温,黄磊,等．北斗G E O 卫星C E I 相时延解算方法研究[J ]．中国空间科学技术,２０２０,４０(６):１２３Ｇ１３０．C H E NSW ,WA N GJW ,HU A N GL ,e t a l ．R e s e a r c ho nC E I p h a s ed e l a y r e s o l v i n g m e t h o df o rB D SG E Os a t e l l i t e [J ]．C h i n e s eS pa c eS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y,２０２０,４０(６):１２３Ｇ１３０(i nC h i n e s e )．R e s e a r c h o nC E I p h a s e d e l a y r e s o l v i n g me t h o df o r B D SG E Os a t e l l i t e C H E NS h a o w u １,∗,W A N GJ i n gw e n ２,H U A N GL e i １,X UD e z h e n １１．B e i j i n g I n s t i t u t e o fT r a c k i n g a n dT e l e c o mm u n i c a t i o nT e c h n o l o g y ,B e i j i n g １０００９４,C h i n a ２．B e i j i n g I n s t i t u t e o fT e l e m e t r y T e c h n o l o g y ,B e i j i n g １０００９４,C h i n a A b s t r a c t :C o n n e c t e de l e m e n t i n t e r f e r o m e t r y (C E I )i sa p r e c i s i o na n g u l a rm e a s u r e m e n t t e c h n o l o g y w i d e l y u s e d i nt h e o r b i t d e t e r m i n a t i o no fM E Os a t e l l i t e s ,G E Os a t e l l i t e s ,l u n a r p r o b e s a n dd e e p s p a c e p r o b e s ．An e w m e a s u r e m e n tm o d e w a s p r o p o s e db a s e do n t h e c h a r a c t e r i s t i c s o fC E I ．T h e c a r r i e r a n d r a n g i n g s i g n a l s i n c o h e r e n t r a n g i n g mo d ew e r eu s e d i nC E I ．AC E I s y s t e m w a se s t a b l i s h e da n du s e dt oo b s e r v eB D S (B e i D o un a v i g a t i o ns a t e l l i t es y s t e m )G E Os a t e l l i t e ．G r o u p d e l a y a n d p h a s e d e l a y w e r e c a l c u l a t e db y u s i n g a l l t h e s e s i g n a l s ．G r o u p d e l a y a n d p h a s e d e l a y r e s u l t s o f t h eB D S G E Os a t e l l i t ew e r e e s t i m a t e db y u s i n g t h e t h e o r e t i c a l d e l a y v a l u e s c a l c u l a t e db yp r e c i s i o n e p h e m e r i s ．T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h em e a n s o f t h e r e s i d u a l o f g r o u p d e l a y a n d p h a s ed e l a y i s０．４７n sa n d０．０８n s ,a n dt h a t t h es t a n d a r dd e v i a t i o n (３σ)o f t h e r e s i d u a l o f g r o u p d e l a y a n d p h a s e d e l a y i s ４．２n s a n d ０．１３n s ．T h e f e a s i b i l i t y o f t h e p h a s e d e l a y ca l c u l a t i o n o f C E I i nc o h e r e n tr a n g i n g m o d e i sv e r i f i e d ．T h i s p a p e rc a n p r o v i d er e f e r e n c ef o r p r e c i s i o no rb i td e t e r m i n a t i o no fc o Ｇl o c a t i o nG E Os a t e l l i t e s ,l u n a r p r o b e s a n dde e p s p a c e p r o b e s ．K e yw o r d s :c o n n e c t e d e l e m e n ti n t e r f e r o m e t r y ;r a n g i n g s i g n a l ;B D S G E O s a t e l l i t e ;p h a s e d e l a y ;g r o u p d e l a y a i d e d p h a s e d e l a y１２４㊀中国空间科学技术D e c ２５㊀２０２０㊀V o l ４０㊀N o ６通过相距１０~１００k m 的２个测站之间的光纤进行频率和信息的传递,以实现对２个测站接收信号延迟的精确测量,进而可以实时或准实时地确定目标相对两站间基线矢量的精确角位置.该技术在地球静止卫星相对定位㊁近地空间交会对接航天器相对状态监视中均具有重要作用[１Ｇ３].此外,该技术在深空航天器导航中也具有重要作用[４Ｇ７].连线端站干涉测量(c o n n e c t e d e l e m e n ti n t e r f e r o m e t r y,C E I )技术通过光纤把一个测站时间和频率信息传送至其他测站,消除了传统甚长基线干涉测量(v e r y l o n g b a s e l i n e i n t e r f e r o m e t r y,V L B I)技术中独立本振频率稳定性和时间同步的影响.由于测站距离近,航天器信号至测站传播路径上电离层㊁大气效应具有很强的相干性,通过差分能够很好地消除.美国国家航空航天局(N A S A )开展了大量研究及试验,并取得了很好的效果,日本也在２０世纪９０年代开展相关试验.国内,北京航天飞行控制中心㊁信息工程大学及装备学院等均开展了相应仿真和实测分析研究,这些研究为该技术奠定了基础[８Ｇ１２].目前,研究方向主要为传统差分单向测距(d i f f e r e n t i a o n e Ｇw a y r a n g i n g,D O R )或宽带信号C E I 测量精度仿真[９Ｇ１３]㊁C E I 技术定轨精度分析[１４Ｇ１５].采用传统干涉测量方式,通过交替观测射电源和航天器,消除共性误差,获取时延观测量[１３].目前,近地航天器无下行D O R 音信号,只能发送下行测距和遥测信号,基于D O R 音和宽带信号的传统处理分析方法不再适用.本文在此基础上开展研究,利用佳木斯深空站构建C E I 系统,对北斗地球静止轨道(g e o s yn c h r o n o u s e a r t ho r b i t ,G E O )卫星进行观测,利用下行相干测距信号解算相时延,并根据G E O 精密轨道对C E I 群时延(g r o u p d e l a y ,G D )和相时延(ph a s e d e l a y,P D )残差进行评估.１㊀连线端站干涉测量系统首先构建连线端站干涉测量系统.选取佳木斯深空站作为主站,选取距离主站５０k m 的另一个测站作为副站,两者之间通过光纤设备进行连接,构建连线端站干涉测量系统如图１所示.佳木斯深空站配备高稳氢钟,同时站内配备有全球定位系统(g l o b a l p o s i t i o ns y s t e m ,G P S )接收机,站内时频分系统利用氢钟频率㊁G P S 接收机数据生成时间信号,通过光纤将时间和频率信息传送至副站.图１㊀C E I 系统基本原理框图F i g ．１㊀T h e s c h e m a t i c o f t h eC E I s ys t e m 航天器信号经过空间传播后,分别达到地面主站和副站.信号经高频接收系统接收㊁下变频处理,送入数据采集和记录分系统.通过本地相位估计提取主站和副站信号的相位,最后相位送陈少伍,等:北斗G E O 卫星C E I 相时延解算方法研究１２５㊀至处理中心,计算站间相位差并解算群时延和相时延.在下变频处理以及数据采集记录过程中均采用本地时频分系统产生的时间和频率信号.由于两个测站通过光纤实现了时间和频率的同步,因此下变频处理以及数据采集记录均是同一频率源.传统V L B I 中均采用了D O R 音信号作为下行信标.通常,近地航天器下行仅测距音及遥测信号,无D O R 音信号.遥测信号采用普通晶振,频率稳定度较差,由此将引入时延测量误差.为此,本文提出了一种新的测量方法,即相干测距模式下C E I 测量.测量原理如图２所示,副站对航天器进行测控过程中,副站发送上行测距信号,器上应答机接收信号并进行相干转发,信号经过接收系统和下变频处理后,由数据采集与记录设备进行开环记录.图２㊀相干测距模式下C E I 系统测量示意F i g ．２㊀T h e s k e t c hm a p o f C E I i n c o h e r e n t r a n g i n g mo d e 主站氢钟频率是主站频率参考,同时通过光纤时频传递系统传递至副站,主站㊁副站均采用氢钟频率作为频率参考.副站对航天器进行上行测控,上行载波和测距信号由副站频率源生成.航天器相干测距模式下,下行信号与上行相干.因此下行信号传播㊁主站和副站地面采集与记录设备均以氢钟频率为参考.２㊀C E I 误差分析干涉测量中主要误差有:对流层㊁电离层等引入的误差,测站间时钟误差,测站位置误差,设备时延误差等[１２Ｇ１３,１６].相对于V L B I 系统,C E I系统对流层误差㊁电离层误差等共性误差可很好地消除,以下针对佳木斯深空站C E I 系统和北斗G E O 卫星进行具体分析.２．１㊀对流层时延误差对流层时延可表示为:τt r o p ＝τZ H D ˑm h ＋τZ WD ˑm w (１)式中:τZ H D ㊁τZ WD 分别为对流层干燥大气㊁水蒸气时延;m h ㊁m w 为对应的N e i l l 映射函数,通常两者非常近似,因此τt r o p ＝τZ T D ˑm h ,τZ T D 为天顶方向总大气时延.在C E I 测量中两个测站距离非常近,观测目标为地球静止轨道卫星(距离测站约３．６ˑ１０４k m ),两者俯仰角之差小于０．５ʎ,信号到达两个测站的空间传播路径相近,误差相关性很强,站间差分消除共有误差影响.假设τZ T D 为２m ,利用佳木斯深空站对北斗G ６卫星进行观测时,俯仰角约３０ʎ,此时大气时延误差为０．１n s.２．２㊀电离层时延误差单个测站电离层时延可表示为:τi o n ＝k Df ２co sa r c s i n R c o s E R ＋H æèçöø÷(２)式中:k 为常数,k ＝１．３４ˑ１０－７;f 为电磁波的频率;D 为信号传播路径上的总电子含量;R 为地球半径;H 为电离层高度;E 为俯仰角.C E I 测量系统电离层时延误差为该基线上两个测站的电离层时延之差,即:Δτi o n ＝τi o n １－τi o n ２(３)式中:τi o n １㊁τi o n ２分别为信号传播到主站和副站的电离层时延.北斗G E O 卫星下行测控信号为S 频段,假设D 为５０T E C U (１T E C U＝１０１６个电子/m ２,D实际值为１０~２０T E C U ),两站俯仰角之差小于０．５ʎ,利用佳木斯深空站对北斗G ６卫星进行观测时,电离层时延误差为０．００８n s .２．３㊀设备时延误差设备时延误差主要为信号经接收机后,信号１２６㊀中国空间科学技术D e c ２５㊀２０２０㊀V o l ４０㊀N o ６在地面设备传输过程中引入的时延误差.主要包括:电缆时延㊁下变频设备时延㊁采集设备通道时延㊁信号处理硬件时延等.此外由于温度㊁湿度等环境变化,导致仪器设备时延抖动.２．４㊀时间同步误差C E I系统采用光纤传输时间和频率信息,站间距较短时间同步精度较高.光纤传递法可以实现０．１n s或更低的时间同步精度.时间同步引入的系统误差可以表示为:στ１＝ετ(４)式中:ετ为站间时间同步误差.目前站间时间同步误差为０．１n s,其引入的时延系统差为０．１n s.时间同步引入的随机误差可表示为:στ２＝２T i n tΔf/f(５)式中:Δf/f为阿伦方差;T i n t为积分时间.目前氢钟的阿伦方差假设为１０－１４/s,每次观测的积分时间为１s,时间同步引起随机差为１．４ˑ１０－４p s.２．５㊀热噪声误差利用佳木斯C E I系统对北斗G E O观测时,整个链路预算情况参如表１所示.根据表１可知,载波信号站间相位差的随机误差为０．００２１４ʎ;主音信号站间相位差的随机误差为０．００３９８ʎ.因此,ʃ１００k H z测距信号群时延随机误差为５．５n s,载波相时延随机误差为０．２７p s.３㊀相时延解算与试验结果分析３．１㊀试验情况利用佳木斯深空站C E I系统进行２次试验.第１次试验为第１天８:４０~１０:５０,第２次试验为第２天８:５０~１１:４０.试验首先对北斗G６卫星进行长时间观测,再进行间断观测.观测过程中,副站对北斗G６卫星发送上行信号,深空站和副站同时采集和记录下行信号.北斗G６卫星下行信号频谱如图３所示,主要包括载波和ʃ１００k H z测距音信号３个频点.根据采集记录的北斗G６卫星下行数据,提取载波和ʃ１００k H z测距音相位,获得站间相位差记表１㊀地球静止轨道卫星链路分析及相位估计随机误差T a b l e１㊀G E Os a t e l l i t e c h a i na n a l y s i s a n d r a n d o me r r o r o fp h a s e e s t i m a t i o n r e s u l t s项目数值６６m１５m 下行载波频率２２００MH z２２００MH zE I R P０d B W０d B W测距调制指数０．９５r a d０．９５r a d测距信号功率－７．５d B W－７．５d B W载波信号功率－２．１d B W－２．１d B W距离３６０００k m３６０００k m自由空间损耗－１９０．４d B－１９０．４d B地面天线G/T５３．３d B/K３５．０d B/K指向偏差－１．０d B－１．０d B大气吸收－０．５d B－０．５d B极化损耗－１．０d B－１．０d B波尔兹曼常数k－２２８．６d B－２２８．６d B 主音信噪谱密度比８１．５d B H z６３．２d B H z 载波信噪谱密度比８６．９d B H z６８．６d B H z 主音相位随机误差０．００４８ʎ０．０３９６ʎ载波相位随机误差０．００２６ʎ０．０２１３ʎ为ϕi(i＝－１,０,１,分别表示－１００k H z测距音㊁载波和＋１００k H z测距音).３个信号的站间相位差如图４所示.根据图４可知在连续观测弧段内北斗G６卫星站间相位差连续.图３㊀北斗G６卫星下行信号频谱F i g．３㊀T h e s p e c t r u mo fB D SG６d o w n l i n ks i g n a l陈少伍,等:北斗G E O卫星C E I相时延解算方法研究１２７㊀图４㊀北斗G６卫星３个频点的相位差时间变化曲线F i g．４㊀T h e p h a s e d i f f e r e n c e o f t h e c a r r i e r a n dr a n g i n g s i g n a l s o fB D SG６s a t e l l i t e ３．２㊀群时延解算站间相位差ϕi可以表示为:ϕi＝２π(f iτg e o＋f iτe l s－kΔD/f i＋N i)＋σi(６)式中:f i为信号频率;τg e o为几何时延;ΔD为信号路径上电子密度含量之差;τe l s为对流层㊁仪器设备和钟差引入的时延误差之和;N i为相位整周模糊;k为常数,k＝１．３４ˑ１０－７;σi为相位噪声.测距音最大带宽为２００k H z,群时延一个整周模糊为５０００n s.目前北斗G E O卫星导航电文位置误差为５m,对应５０k m基线时延误差为２０p s.根据前文分析,电离层引入的时延误差为８p s,相时延随机误差在１０－２p s量级.上述误差远小于５０００n s,因此,测距音和载波之间相位不存在整周模糊(N－１＝N０＝N１).根据多频点群时延推导法[１７Ｇ１８],群时可以表示为:ΔτG D＝(ϕ１－ϕ－１)/２π(f１－f－１)(７)３．３㊀相时延解算为提高测量精度,本文在群时延解算的基础上,进行进一步研究,提出了相干状态下北斗G E O卫星高精度C E I相时延推导求解方法.实际时延测量值,电离层引入的时延误差与频率有关,对流层㊁仪器设备和钟差引入的误差与频率无关.利用ʃ１００k H z测距音信号解算群时延时,群时延中电离层引入误差τi n o－G D＝kΔD/(f－１ f１),而相时延中电离层引入误差τi n o－P D＝－kΔD/f２０,两者符号相反.在传统V L B I中,为了求解相时延,需要消除相时延中电离层引入误差.目前广泛采用的一种方法是群时延辅助求解法,其基本思路是根据电离层引入群时延误差和相时延误差符号相反的特性,利用电离层时延预报值进行修正,消除了电离层时延误差影响[１７Ｇ１９].佳木斯C E I系统对北斗G６卫星进行观测时,两站俯仰角几乎相同.载波以及ʃ１００k H z 测距音信号频率非常接近,群时延和相时延中电离层引入误差约８p s,远小于S频段一个整周时延(０．４５n s),因此利用群时延结果可以对相时延进行约束.为此本文提出了适用于C E I系统的群时延辅助求解相时延方法.基本思路如下:１)采用多频点群时延推导法求解群时延ΔτG D,对连续观测弧段内的群时延结果进行预处理,剔除野值;２)对拟合残差进行积分处理,获得积分时间６０s时群时延结果.北斗G E O卫星相对地面站运动速度在１０m/s量级,两次观测时刻时延变化约４０p s,对应S频段相位变化约０．１６π,因此连续观测弧段内站间相位差分连续.根据上述原理,获得连续站间相位差.对弧段内连续站间相位进行整周补偿,不同整周模糊时相时延和群时延结果见图５上图,根据上述结果计算不同的整周模糊对应的相时延和群时延之差的标准差见图５下图.标准差最小时对应该弧段整周模糊N０.整周模糊补偿,解算相时延ΔτP D可以表示为:ΔτP D＝(ϕ０＋２πN０)/(２πf０)(８)图５㊀群时延辅助求解整周模糊示意F i g．５㊀T h e s c h e m a t i c o f r e s o l v i n g c y c l e a m b i g u i t yu s i n gg r o u p d e l a y１２８㊀中国空间科学技术D e c ２５㊀２０２０㊀V o l ４０㊀N o ６３．４㊀结果分析根据站间差分相位数据,提取北斗G ６卫星群时延和相时延结果如图６所示.根据图６可知,两者随时间变化趋势一致,群时延结果曲线存在较大的随机误差,相时延随机误差远小于群时延随机误差.图６㊀北斗G ６卫星C E I 时延值随时间变化曲线F i g ．６㊀T h eC E I d e l a y ofB D SG ６s a t e l l i t e 首先对北斗G ６卫星进行１h １０m i n 长时间观测,利用群时延和相时延标定C E I 系统误差分别为－２４１．０５n s ㊁－２４１．３１n s .在此基础上对后续４个弧段的测量结果进行修正,根据北斗G ６卫星精密星历获得时延观测量残差,结果如图７所示.根据图７(a )可知,群时延和相时延残差均在零值附近变化,群时延残差在ʃ４n s 范围内变化,根据图７(b )相时延残差结果可知,相时延残差在ʃ１００p s 范围内变化.群时延残差精度较差,相时延精度显著提高.为了使结果不失一般性,对两次试验的群时延和相时延残差进行统计,统计结果如表２所示.根据表２可知,群时延和相时延残差系统差分别为０．４８n s 和０．０８n s,相时延解算整周模糊,系统误差显著减少.群时延和相时延残差标准差(３σ)分别为４．２n s ㊁０．１３n s ,相时延残差标准显著减少.以下对上述结果进行进一步分析.目前北斗G ６卫星导航电文位置误差引入时延误差为２０p s ,电离层和对流层引入时延误差在１０ps 量级.根据第２．５小节中链路预算结果,测量设备热噪声引入群时延的随机误差为５．５n s ,远大于其他误差影响,群时延误差中主要表现为随机误差.该随机误差与实际观测获得的时延随机误差相当.根据链路预算结果,相时延机误差为０．３ps ,根据图７(b )可知,相时延残差存在约１００p s 误差,存在明显的趋势项.这些趋势项主要反映北斗G ６卫星残余位置误差㊁电离层及对流层引入误差.图７㊀北斗G ６卫星C E I 系统时延残差结果F i g ．７㊀C E I d e l a y re s i d u a l o fB D SG ６s a t e l l i t e 表２㊀C E I 时延残差统计结果T a b l e ２㊀S t a t i s t i c r e s u l t s o fC E I d e l a y re s i d u a l 编号日期时延残差统计/n s均值标准差(１σ)标准差(３σ)G D 第１天０．４７３３１．４１４７４．２４４２第２天－０．３０４５１．４０２２４．２０６５P D第３天－０．０７９９０．００７６０．０２２８第４天－０．０３５８０．０４４４０．１３３２４㊀结束语本文介绍了基于光纤时间频率传递技术构建的C E I 测量系统,提出了利用相干测距音和载波信号作为信号源的干涉测量模式,定量分析C E I 测量的主要误差因素.根据C E I 试验记录的数据,获得了站间相位差,解算群时延和相时延.试验结果表明,利用相干测距信号成功获取陈少伍,等:北斗G E O卫星C E I相时延解算方法研究１２９㊀相时延,相时延残差均值为０．０８n s,标准差可达到１００p s量级.本文提出的方法主要技术优点为:１)基于现有测音测距技术体制,利用测距信号即可实现,不需要D O R音及宽带信号;２)利用光纤时频传递技术并配备采集记录设备即可实现测量;３)在现有条件下测量精度可达１００p s 量级.该研究对共位地球静止轨道卫星高精度的差分相时延测量㊁精密相对定位以及月球及深空探测器高精度测轨定位均具有重要参考意义.参考文献(R e f e r e n c e s)[１]㊀李晓杰,杜兰,黄金．C E I在飞船交会对接中的应用[J]．测绘科学技术学报,２０１２,２７(４):４０３Ｇ４０６,４１１．L IXJ,D U L,HU A N GJ．C E IＧb a s e do r b i t d e t e r m i n a t i o n o fs p a c e c r a f t r e n d e z v o u s a n d d o c k i n g[J]．J o u r n a l o fG e o m a t i c sS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y,２０１２,２７(４):４０３Ｇ４０６,４１１(i nC h i n e s e)．[２]㊀李晓杰,杜兰,黄金．C E I确定导航卫星轨道的精度分析[J]．测绘信息与工程,２０１０,３５(５):１４Ｇ１５．L IXJ,D U L,HU A N GJ．C E IＧb a s e do r b i t d e t e r m i n a t i o n o f s a t e l l i t e n a v i g a t i o n c o n s t e l l a t i o n[J]．J o u r n a l o fG e o m a t i c s,２０１０,３５(５):１４Ｇ１５(i nC h i n e s e)．[３]㊀李晓杰,杜兰,黄金．C E I对静止轨道共位卫星的轨道确定[J]．武汉大学学报(信息科学版),２０１１,３６(５):６０５Ｇ６０８．L IXJ,D U L,HU A N GJ．C E IＧb a s e do r b i t d e t e r m i n a t i o n o f c o l o r a t i o n g e o s t a t i o n a r y s a t e l l i t e s[J]．G e o m a t i c sa n dI n f o r m a t i o nS c i e n c eo f W u h a n U n i v e r s i t y,２０１１,３６(５):６０５Ｇ６０８(i nC h i n e s e)．[４]㊀E D W A R D CD．S h o r t b a s e l i n e i n t e r f e r o m e t r y:T D A p r o g r e s s r e p o r t４２Ｇ９１,t r a c k i n g s y s t e m s a n d a p p l i c a t i o n s e c t i o n[R]．W a s h i n g t o nD．C．:N A S A,１９８７．[５]㊀T HU R MA NS W．I n f o r m a t i o n c o n t e n t o f a s i n g l e p a s s o f p h a s eＧd e l a y d a t a f r o mas h o r tb a s e l i n ec o n n e c t e de l e m e n ti n t e r f e r o m e t e r:T D A p r o g r e s sr e p o r t４２Ｇ１０１,n a v i g a t i o ns y s t e m s s e c t i o n[R]．W a s h i n g t o nD．C．:N A S A,１９８７．[６]㊀T HU R MA NS W．D e e pＧs p a c e n a v i g a t i o nw i t hd i f f e r e n c e dd a t a t y pe s p a r t I:d if f e r e n c e dr a ng e i n f o r m a t i o nc o n t e n t:T D A p r o g r e s s r e p o r t４２Ｇ１０３,n a v i g a t i o ns y s t e m ss e c t i o n[R]．W a s h i n g t o nD．C．:N A S A,１９９０．[７]㊀T HU R MA N S W,B A D I L L A G．U s i n g c o n n e c t e dＧe l e m e n ti n t e rf e r o m e t e r p h a s eＧd e l a y d a t a f o r M ag e l l a nn a v i g a t i o ni n V e n u so r b i t:T D A p r o g r e s sr e p o r t４２Ｇ１００, n a v i g a t i o n s y s t e m s s e c t i o n[R]．W a s h i n g t o n D．C．: N A S A,１９９０．[８]㊀陈明,刘庆会,唐歌实,等．连线干涉系统测量共位双星宽带信号处理与分析[J]．中国科学院上海天文台年刊,２０１１,３２:１６８Ｇ１７８．C H E N M,L I U Q H,T A N G G S,e ta l．T h ew i d eb a n ds i g n a l p r o c e s s a n d a n a l y s i s o f c o l l o c a t i o n s a t e l l i t e i nc o n n e c t e dＧe l e m e n t i n t e r f e r o m e t r y s y s t e m[J]．A n n a l so fS h a n g h a iA s t r o n o m i c a lO b s e r v a t o r y C h i n e s eA c a d e m y o f S c i e n c e,２０１１,３２:１６８Ｇ１７８(i nC h i n e s e)．[９]㊀韩松涛,唐歌实,陈略,等．连接单元干涉测量技术应用于嫦娥二号卫星测轨实验[J]．航天器工程,２０１２,２１(５):１３５Ｇ１３８．HA N S T,T A N G G S,C H E N L,e t a l．C o n n e c t e de l e m e n t i n t e rf e r o m e t r y a n d e x p e r i m e n t a n a l y s i s o nC h a n gᶄeＧ２s a t e l l i t e[J]．S p a c e c r a f tE n g i n e e r i n g,２０１２,２１(５):１３５Ｇ１３８(i nC h i n e s e)．[１０]㊀路伟涛,洪家财,杨文革．基于宽带相关处理的连线干涉测量[J]．装备学院学报,２０１４,２５(２):７６Ｇ８１．L U W T,H O N UJC,Y A N U W G．C o n n e c t e de l e m e n t si n t e r f e r o m e t r y b a s e do nw i d e b a n dc o r r e l a t i o n p r o c e s s i n g[J]．J o u r n a l o fE q u i p m e n tA c a d e m y,２０１４,２５(２):７６Ｇ８１(i nC h i n e s e)．[１１]㊀洪家财,路伟涛,杨文革,等．基于频率相位估计的连线干涉测量D O R信号处理与分析[J]．遥测遥控,２０１３,３４(２):５２Ｇ５７．H O N GJ C,L U W T,Y A N U W G,e t a l．P r o c e s s i n g a n da n a l y s i s o n D O Rs i g n a l i nC E Ib a s e do nf r e q u e nc y a n dp h a s ee s t i m a t i o n[J]．J o u r n a lo f T e l e m e t r y,T r a c k i n ga n dC o mm a n d,２０１３,３４(２):５２Ｇ５７(i nC h i n e s e)．[１２]㊀闫春生．基于G P S校准的C E I系统测量原理和精度分析[J]．电讯技术,２００３(４):２０Ｇ２４．Y A N C S．T h e p r i n c i p l ea n da c c u r a c y a n a l y s i so fC E Im e a s u r e m e n tw i t ht h ec a l i b r a t i o no fG P Ss a t e l l i t e[J]．T e l e c o mm u n i c a t i o n E n g i n e e r i n g,２００３(４):２０Ｇ２４(i nC h i n e s e)．[１３]㊀路伟涛,杨文革,洪家财．连线干涉测量体制误差因素分析[J]．航天控制,２０１４,３２(５):７１Ｇ７６．L U W T,Y A N G W G,HO N GJC．T h e a n a l y s i s o f e r r o rs o u r c e s o f c o n n e c t e d e l e m e n t s i n t e r f e r o m e t r y[J]．A e r o s p a c eC o n t r o l,２０１４,３２(５):７１Ｇ７６(i nC h i n e s e)．[１４]㊀李晓杰,杜兰,黄金,等．基于C E I的航天器交会对接段的轨道监控[J]．中国空间科学技术,２０１０,３０(６):２４Ｇ２９．L IX J,D U L,HU A N G J,e ta l．C E IＧb a s e dr e a lＧt i m eo r b i t d e t e r m i n a t i o no f s p a c e c r a f t r e n d e z v o u s a n dd o c k i n gi n t h ec o u r s eo fl o n g d i s t a n c en a v i g a t i o n[J]．C h i n e s eS p a c eS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y,２０１０,３０(６):２４Ｇ２９(i nC h i n e s e)．[１５]㊀杜兰,李晓杰,王若璞．基于同波束C E I的G E O共位卫星相对轨道监视[J]．大地测量与地球动力学,２０１２,３２(３):５０Ｇ５４．D U L,L IXJ,WA N G RP．R e l a t i v eo r b i tm o n i t o r i n g o f１３０㊀中国空间科学技术D e c ２５㊀２０２０㊀V o l ４０㊀N o ６G E Oc oＧl o c a t e d g e o s t a t i o n a r y s a t e l l i t e sb y u s i n g s a m eb e a n C E I[J]．J o u r n a lo f G e o d e s y a n d G e o d y n a m ic s,２０１２,３２(３):５０Ｇ５４(i nC h i n e s e)．[１６]㊀黄磊,李海涛,郝万宏．频率源特性对C E I精度影响分析[J]．飞行器测控学报,２０１４,３３(５):３７１Ｇ３７６．HU A N GL,L I H T,H A O W H．I m p a c to f f r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i c s o n t h e a c c u r a c y o f c o n n e c t e dＧe l e m e n ti n t e r f e r o m e t r y[J]．J o u r n a l o f S p a c e c r a f t T T&CT e c h n o l o g y,２０１４,３３(５):３７１Ｇ３７６(i nC h i n e s e)．[１７]㊀陈冠磊,郑鑫,刘庆会,等．基于卫星D O R信号的V L B I 相时延解算方法研究[J]．天文学进展,２０１２,３０(４):７３Ｇ８１．C H E N G L,Z H E N G X,L I U Q H,e ta l．M e t h o do fc a l c u l a t i n g V L B I p h a s ede l a y b a s e do nD O Rs i g n a l of as a t e l l i t e[J]．P r o g r e s s i n A s t r o n o m y,２０１２,３０(４):７３Ｇ８１(i nC h i n e s e)．[１８]㊀郑鑫,陈冠磊,陈明,等．V L B I测控信号群时延及相时延解算方法研究[J]．天文学进展,２０１３,３１(１):１０６Ｇ１１６．Z H E N G X,C H E N G L,C H E N M,e t a l．R e s o l u t i o no fV L B I g r o u p d e l a y a n d p h a s e d e l a y f r o mt e l e m e t r y s i g n a l[J]．P r o g r e s s i n A s t r o n o m y,２０１３,３１(１):１０６Ｇ１１６(i nC h i n e s e)．[１９]㊀吴亚军,刘庆会,陈冠磊,等．V L B I相时延及其在深空探测器测定轨中的应用[J]．中国科学:信息科学,２０１４,４４(２):２２１Ｇ２３０．WU YJ,L I U Q H,C H E NGL,e t a l．V L B I p h a s e d e l a ya n d i t sa p p l i c a t i o ni no rb i td e t e r m i n a t i o no fs p ac e c r a f t[J]．S c i e n t i aS i n i c aI n f o r m a t i o n i s,２０１４,４４(２):２２１Ｇ２３０(i nC h i n e s e)．作者简介:陈少伍(１９８８－),男,硕士研究生,助理研究员,研究方向为月球及深空探测器跟踪与导航㊁无线电测量技术,c h e n s h o w u＠b i t t t．c o m.(编辑:高珍)。
深空测控体系结构与技术发展
深空测控体系结构与技术发展柴霖;许秀玲【摘要】深空探测是国家综合实力的象征,集中体现了航天领域的发展方向和高精尖技术.测控通信系统是深空探测器信息保障的核心,如何适应深空飞行平台的应用是航天测控发展的重要课题.辨析了深空测控的一些基本概念,分析了其特点和需求,总结了深空测控的体系结构、标准化建设方面的进展,提出了未来20年深空测控应重点发展的方向.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2010(050)008【总页数】6页(P1-6)【关键词】深空探测;测控通信;体系结构;信道编码;空间通信协议;标准化【作者】柴霖;许秀玲【作者单位】中国西南电子技术研究所,成都,610036;西南电子设备研究所,成都,610036【正文语种】中文【中图分类】V556;V4761 引言深空探测集中体现了一个国家的科技水平和综合国力，不仅具有科学和经济价值，而且还具有很强的军事和政治意义。
从各航天大国近年来推出的深空探测发展战略、规划[1]可以清晰地看出，深空探测是21世纪航天领域的发展重点。
深空测控通信(以下简称深空测控)与传统航天测控相比，显示出极大的特殊性，其技术要求更苛刻。
未来20年深空测控的发展应在整个航天测控体系框架内进行规划，并根据未来深空任务所应具备的能力，制定出技术发展重点。
文献[2,3]总结了深空测控的主要关键技术，文献[4]对深空探测通信星际互联网体系结构进行了初步设想。
本文在同行研究的基础上，对未来20年深空测控体系结构和关键技术的发展进行阐述和分析。
2 深空测控概念辨析随着人们对深空研究、认识的深入，国际上相关标准的陆续推出，深空测控的一些概念正在悄然变化。
这些变化体现在概念的内涵和外延上，在一定程度上也昭示了技术的发展方向。
2.1 深空概念国际上早期将“月球及以远”称为深空，我国官方文件中一直在延用这种概念，例如2006年国务院发布的《2006年中国的航天》白皮书，就将探月工程列入深空探测范围[5，6]。
VLBI基本原理-甚长基线干涉测量技术-实测天体物理学-中国科学院-上海天文台介绍
简单模型的可见度
上海天文台
Shanghai Astronomical Observatory
一个点源的可见度函数
V (u,V ) I (l , m)e2j ( ulVm )dldm I 0 (l0 , m0 )e2j ( ulVm )dldm
V (u,V ) I 0e2j ( ul0 Vm0 )
幅度为 相位为
I 0 [cos 2 (ul0 Vm0 ) sin2 (ul0 Vm0 )]1 2 I 0
tan1 (ul0 Vm0 )
如果这个点源位置在相位参考中心, l0 0, m0 0 相位为常数（0）
如 S S0 为单位矢量 S , S0 1 S S S S0 S0 2S0 1 2S0
垂直 如果选择坐标系, S0 在这个坐标系中的分量为(0,0,1)
I2
m
I1 I 2
I1=2I1
I2
m
I1 2 I 2
l
l0
l
l0
上海天文台
Shanghai Astronomical Observatory
Байду номын сангаас
园对称分量 F (r ) 中心在 的原点，离原点的径向距离 (l , m) 其Fourier变换为 F ( )， (u,V)距离
r l 2 m2
均匀园面(a为直径）
Shanghai Astronomical Observatory
4 /(a 2 ) f (r ) 0
ra 2
光学薄的球
适用于CEI的GEO卫星相时延解算方法及试验
第41卷第12期2020年12月㊀宇㊀航㊀学㊀报Journal of Astronautics Vol.41December ㊀No.122020适用于CEI 的GEO 卫星相时延解算方法及试验黄㊀磊1,刘友永2,陈少伍1,孟㊀玮2,李海涛1(1.北京跟踪与通信技术研究所,北京100094;2.中国电子科技集团公司第五十四研究所,石家庄050081)㊀㊀摘㊀要:为解决在实际航天任务中利用连线干涉测量(CEI)技术进行高精度GEO 卫星定轨以及共位GEO 卫星相对定位时面临的载波相位整周模糊度难题,提出了一种基于卫星下行信号的多弧段融合相位模糊度解算方法,它通过相邻多弧段载波相位值和窄带信号群时延值的融合处理可精确获得无模糊载波相时延观测量㊂对提出的方法进行了性能仿真和实际外场试验验证,结果表明:在20km 基线上,利用北斗GEO 卫星的伪码测距信号和天链卫星的测控信号均成功实现了S 频段解载波整周相位模糊,相时延测量精度优于0.1ns,对应GEO 卫星定轨精度优于54m㊂该方法在国内首次实现了在几十km 基线量级上利用几百kHz 窄带测控信号获得无模糊载波相时延,具有较好的工程应用前景㊂关键词:连线干涉测量(CEI);干涉测量;地球静止轨道(GEO);相时延中图分类号:V556㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1000-1328(2020)12-1579-09DOI :10.3873/j.issn.1000-1328.2020.12.012Method and Experiment of GEO Satellite Carrier PhaseDelay Resolution for CEI SystemHUANG Lei 1,LIU You-yong 2,CHEN Shao-wu 1,MENG Wei 2,LI Hai-tao 1(1.Beijing Institute of Tracking and Telecommunications Technology,Beijing 100094,China;2.The 54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang 050081,China)Abstract :In order to solve the problem of carrier phase ambiguity and get high precision orbital determination result ofGEO satellites and relative positioning of co-located GEO satellites in real space missions using connected element interferometry (CEI)technology,a method of solving phase ambiguity of the carrier with the data fusion of multiple passes of downlink signal is proposed.Through adjacent multiple passes of carrier phase delay smoothing narrow-band TT&C signal group delay,the unwrapped phase delay observations are obtained.The performance simulation and actual test are performed to verify the proposed method.The results show that on the 20km baseline,both the pseudo-code ranging signalof Beidou GEO satellite and the TT&C signal of Tianlian satellite have successfully realized the resolution of phase ambiguity of the S-band carrier,and the phase delay measurement accuracy can reach 0.1ns,corresponding to the GEO satellite orbit determination precision better than 54m.This method achieves the unwrapped phase delay for the first time in China by just using hundreds of kiloherts narrowband measurement with a baseline of tens of kilometers,and has a goodapplication prospect.Key words :Connected Element Interferometry (CEI);Interferometry;GEO;Phase delay收稿日期:2020-03-16;修回日期:2020-08-05基金项目:国家自然科学基金(616033008);高分专项试验技术研究(GFGD1302816)0㊀引㊀言干涉测量技术作为一种高精度测角手段,对航天器横向的位置和速度有较好的约束,通过与测距㊁测速等外测数据相结合,可有效提高定轨精度[1]㊂按照基线的长短,干涉测量可分为甚长基线干涉测量(Very long baseline interferomety,VLBI)和连线干涉测量(Connected element interferometry,CEI)两大类㊂其中VLBI的基线长达数千公里,通过群时延测量即可实现高精度测角,通常应用于深空探测器导航[2]㊂CEI技术基线一般为几十公里,它通过对载波相时延测量,进而实时获得目标相对于基线矢量的精确角位置㊂可适用于中高轨卫星的高精度测定轨及相对定位,其面临的技术难题是单基线情况下载波相位整周期模糊度解算问题㊂美国NASA自20世纪80年代末就开始进行CEI技术研究和试验验证,并针对载波相位解模糊问题提出了多基线相位参考㊁频率综合和地球自转综合3种方法[3-6],其中,多基线相位参考法的核心思想是利用长短不等的多条基线按照射电天文成图的方法综合求解相位模糊[6-8],缺点是需要大规模的天线阵列,造价昂贵;频率综合法的核心思想是利用很宽的扩展带宽获得群时延,再进一步确定载波的相位延迟整周模糊,以日本SELENE任务为代表[9-10],缺点是必须开展专门的星上频率信标设计,不具备普适性;地球自转综合法的核心思想是利用地球自转的特点,长时间连续测量获得不同方向基线变化进行解模糊[11],不适用于高轨卫星定轨场合㊂美国曾在2002年利用图森和凤凰城两座城市之间的180km基线对国际海事通信GEO卫星AOR-W开展了S频段CEI试验,定轨精度仅为3km[12]㊂可以分析出,试验中利用的是卫星下行的群时延测控信号,未能获得无模糊载波相时延㊂国内信息工程大学㊁北京宇航动力实验室等院校及科研机构对CEI技术进行了研究[13-17],论证了该技术的有效性和应用前景㊂但从文章发表情况来看,理论仿真的工作居多[13-15],或是仅评估了相时延观测量随机误差精度[16],未能得到精准的相时延观测量㊂文献[17]为2019年国内最新研究成果,采用了75m和35m的超短基线,对C频段GEO卫星最终定轨精度为1~2km㊂由于基线极短且先验轨道的精度足够,不存在解载波相位模糊的问题,也未能体现出干涉测量高精度的测角优势㊂为解决CEI技术在高轨卫星高精度测定轨面临了载波相位解模糊难题,本文创造性地提出了一种基于卫星遥测或数传等下行信号的多弧段融合相位模糊度解算方法,它通过相邻多弧段载波相位值和窄带信号群时延值的融合处理可精确获得无模糊载波相时延观测量,不需要大规模天线阵列和特殊的卫星下行信号,具有较好的应用前景㊂为验证这一方法的有效性,利用我国航天测控网喀什地区的两个测控站为基础,补充光纤时频传递㊁数据采集记录㊁数据相关处理等设备,构建试验系统并进行了试验验证㊂试验采用某北斗GEO卫星(以下简称BD卫星)作为标校源,对某天链卫星(以下简称TL卫星)进行测量,采用交替观测模式(两颗卫星角距在10ʎ以内)㊂通过TL卫星精轨对测量结果进行评估,结果表明:在20km基线上,利用BD卫星的伪码测距信号和TL卫星的测控信号均成功实现了S频段解载波整周相位模糊,相时延测量精度能够达到0.1ns,对应GEO卫星定轨精度优于54m㊂研究成果已经应用于高分专项地面测控系统建设中㊂1㊀CEI基础理论1.1㊀CEI基本原理CEI基本原理与在航天领域广泛应用的甚长基线干涉测量(VLBI)基本原理相一致㊂图1是干涉测量基本原理图[2],同样适用于CEI测量㊂图1㊀干涉测量基本原理图Fig.1㊀Schematic diagram of interferometry在图1中,干涉测量相关器处理的信号来自几何上分离的两个地面测站㊂从第一个测站到第二个测站的矢量D称作基线矢量㊂如果一个外部射电源其方向矢量为s,与基线矢量的夹角为θ,那么可以得到无线电信号源发出的信号波前到达基线两端的时间差近似为:τg=-1c(D㊃s)=-D c cosθ(1)0851㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀宇航学报第41卷根据式(1),在基线D确定的条件下,由τg测量误差导致的θ测角误差可由式(2)表示:δθ=c D sinθδτg(2)可见,测角误差δθ与基线D的长度成反比,与τg的测量误差δτg成正比㊂因此,若要获得高精度角度测量,可以通过使用更长的基线(即增加D的长度)或提高干涉测量时延的测量精度,这也就是VLBI和CEI高精度测量技术的基本机理㊂对于VLBI测量,由于两站相距甚远,无法采用相同的基准频率源,且通过双差分依然难以完全消除电离层和对流层的介质误差,因而难以实现目标的载波相时延测量,这是由于各种误差源的影响会最终引入到相时延观测量中,带来整周模糊,导致无法正确解算载波相位整周数,因此VLBI技术均采用群延迟测量体制㊂对于CEI测量,虽然基线长度较短,但通过高精度的时间频率传递可以使得各测站采用相同的基准频率源,此外,由于两站之间距离较近,通过双差分能够基本完全消除电离层和对流层的介质误差[4],这为获得目标的载波相时延观测量奠定了基础㊂相时延的精度主要取决于射频信号的频率(一般为GHz量级),群时延的精度主要取决于两信标频率之差,通常是DOR音(对于S频段约为8MHz,对于X频段约为40MHz[18]),也可以是测距或遥测谐波信号(带宽介于几百kHz到几MHz之间)㊂因此,相时延的精度远高于群时延的精度,这说明利用CEI可以获得与VLBI精度相比拟的观测量㊂为了获得高精度相时延观测量,需要解决CEI 测量中的关键技术 解载波相位整周模糊㊂如果解模糊失败,则只能得到群时延的精度,在这种情况下,由于CEI基线仅是VLBI基线的1%量级,其技术优势将荡然无存㊂1.2㊀CEI误差分析CEI测量的是两个天线接收信号的相关相位,信号在由发射至接收的整个传输过程中任何会对电磁波传输产生影响的因素都将在相关相位中引入偏差㊂该相位可以认为是对干涉时延的测量,单位是观测信号的波长㊂我们可以把相关相位记作[4]:㊀ϕ+2πN=ωRF1c D cosθ+τclock+τtrop+τion+τinst+τwind)+ϕLO(3)式中:ωRF是射频观测频率,总延迟包括几何延迟㊁两站之间时钟偏差τclock㊁对流层和电离层传播介质延迟τtrop和τion㊁任何未标校的设备延迟τinst和太阳等离子体误差τwind(仅对于深空目标)几部分组成㊂另外,在每一个测站上均有一个本地振荡器(Local Oscillator,LO),会引入相位偏移ΦLO㊂2πN代表相位整周模糊度,只有确定了该相位的整周模糊,才能获取高精度的射频信号载波相时延㊂此外,频率源及时频系统的稳定性还将对相关相位的测量产生影响;信号的信噪比㊁基线的空间方位不准确性也会影响时间延迟τg的测量精度㊂为了校准这些误差因素,通常将一个与待测信号源空间角位置相近的参考源作为基准,将两个信号源的相关相位进行差分,即可消除测站钟差㊁设备延迟等误差因素,同时可显著降低对流层㊁电离层㊁太阳等离子体等误差因素的影响㊂两个射频信号源(A和B)可观测到的差分相位可以记作:Δϕ+2πΔN=ωRF(1c D[cosθA-cosθB]+Δτtrop+Δτion+Δτwind)(4)由上述分析可知,在进行单差分条件下CEI测量时,要求保证高精度的站间时频信号的同源及同步特性,以减少测量误差;在进行双差分条件下CEI 测量时,钟差的因素可以消除,但仍然需要高精度的频率传递技术,确保测站频率的一致性和相干性[19])㊂考虑到开展单差分CEI测量时,未标校的设备延迟㊁站间时间同步的精度㊁对流层㊁电离层均会带来较大的测量误差,导致无法解载波相时延(1ns就会带来0.3m误差,而S频段波长仅为0.13m),因此在对精度要求较高的实际应用中一般采用双差分CEI测量或同波束CEI测量㊂本文下面所描述的便是基于双差分CEI测量的形式㊂2㊀CEI数据处理方法2.1㊀高精度CEI信号处理流程高精度CEI信号处理流程图如图2所示,首先利用两颗卫星的轨道预报得到预报时延,并进行预1851第12期黄㊀磊等:适用于CEI的GEO卫星相时延解算方法及试验补偿,然后求解残余相位干涉条纹,并最终逐步求解出精确的干涉时延㊂图2㊀CEI 信号处理流程图Fig.2㊀Processing flow chart of CEI signal具体信号处理流程如下:1)两个测站分别接收同一个卫星的下行信号,接收信号分别为s 1(t )和s 2(t ),两路信号进行傅里叶变换后为S 1(f ,t )和S 2(f ,t );2)利用已知的卫星到两个测站的时延预报差值对两个频域信号进行时延差预补偿,使补偿后的两路信号残余时延差较小,即:Sᶄ2(f ,t )=S 2(f ,t )㊃exp(j㊃2πf RF ㊃τ(t ))(5)3)时延差预补偿后的两路频域信号做复相关得到残余相关相位:X (f ,t )=S 1(f ,t )㊃(Sᶄ2∗(f ,t ))=A (f ,t )㊃exp(j φ(f ,t ))(6)式中:Sᶄ2∗(f ,t )为Sᶄ2(f ,t )的共轭㊂4)利用残余载波相位求解残余相时延,利用残余数据相位求解残余群时延:τphase_0(t )=φ(f RF ,t )2πf RF(7)τgroup_0(t )=φ(f 1,t )-φ(f 2,t )2π(f 1-f 2)(8)5)利用残余相时延和载波相位平滑群时延方法平滑残余群时延得到平滑后的残余群时延τgroup_0,sm (t );6)用平滑后的群时延解算残余相时延的整周模糊度:N =E[τgroup_0,sm (t )-τphase_0(t )]㊃f RF(9)式(9)中,E 为数学期望㊂7)整周模糊度乘载波周期再加上残余相时延得到精确的残余时延差值:τphase_0,real (t )=τphase_0(t )+N /f RF(10)8)精确的残余时延差值加上卫星到两个测站的时延预报差值得到精确的相时延观测量:τphase,real (t )=τphase_0,real (t )+τ(t )(11)以上步骤中,第5步 利用残余相时延和载波相位平滑群时延方法平滑残余群时延得到平滑后的残余群时延 是获得高精度CEI 观测量的核心,下面将对其方法进行详细介绍㊂2.2㊀相时延解算方法要实现解载波相位整周模糊的前提条件是平滑群时延与真实时延值的差小于半个波长,即τgroup -sm -τtrue <λ2c;若要实现99.7%的解相位模糊正确概率,需满足τgroup -sm -τtrue <3δτ,因此平滑群时延的估计要求为:στgroup -sm <λ6c㊂设CEI 观测信号的带宽为B,相应的群时延测量精度表示为:στgroup <12πB S /N,得到载波相位平滑群时延相对于群时延测量的精度改善因子为:M =στgroupστgroup -sm =3f RFπB S /N ,它与载波频率㊁工作带宽㊁积分时间和信噪比等因素有关㊂例如,对于S 频段(2.2GHz)约为8MHz 带宽的DOR 信号来说,取相关信噪比S /N =20dB,得到改善因子M ȡ26㊂载波相位平滑群时延的基本思路为:将群时延观测量和载波相位观测量相结合,同时利用高精度的载波相位测量值对群时延观测量进行平滑滤波获取平滑群时延,有效降低随机误差,进而提高载波相位整周期的正确解算概率㊂由CEI 求解得到群时延和相时延分别表示为:τg =ϕ(t )2πB=τ+εg(12)τp =θ02πf RF +N f RF=τ+εp(13)对CEI 观测GEO 卫星来说,目标来波在基线上投影的相位差变化率表示为:d φd t =2πf RF ㊃d τg d t,在2851㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀宇航学报第41卷粗轨道预报条件下,GEO 卫星在CEI 测站间时延变化率为10-10s /s 量级,因此,对于0.1s 的两个观测时间来说,站间相邻历元的相位差没有周跳发生(连续多个历元的相位整周跳变可通过相位解卷绕进行修正,不在本文赘述),那么,式(13)中的N 就可认为是一个不变的值,即:τg (t n )-τg (t n -1)=ϕ(t n )2πB -ϕ(t n -1)2πB (14)τp (t n )-τp (t n -1)=θ0,t n2πf RF -θ0,t n -12πf RF (15)理论上,载波相位历元差应该与码群时延历元差相等,即:τg (t n )-τg (t n -1)ʈτp (t n )-τp (t n -1)(16)φ(t n )2πB -φ(t n -1)2πB ʈθ0,t n 2πf RF -θ0,t n -12πf RF(17)可由载波相位历元间的差值重建码群时延,即:τᶄg (t n )=τg (t n -1)+τp (t n )-τp (t n -1)(18)重建后的群时延误差将被大大压缩㊂假设从t 0历元开始的载波相位观测量持续,并且通常认为群时延测量过程中的随机误差服从高斯分布,则可以通过数学统计的方法将其影响进行削弱㊂假设已经连续观测了n 次,其测量方程可用如下公式表示:τᶄg (t 0,1)=τg (t 1)-τp (t 1)+τp (t 0)τᶄg (t 0,2)=τg (t 2)-τp (t 2)+τp (t 0)︙τᶄg (t 0,n )=τg (t n )-τp (t n )+τp (t 0)ìîíïïïïï(19)对以上各式相加求平均,即可得到t 0历元的群时延平滑值:㊀τg ,sm (t 0)=1n ðnk =1τᶄg (t 0,k )=1n ðnk =1(τg (t k)-τp (t k )+τp (t 0))(20)式中:τg ,sm (t 0)即为t 0时刻的平滑群时延平滑值㊂下面考虑平滑后的测量误差δ与εg ,εp 之间的关系㊂由于载波相位测量的随机误差较群时延测距的随机误差要小得多,即εg ≫εp ,根据误差传递理论可得:δ2=ε2p +1n (ε2p +ε2g )ʈ1n ε2g(21)由上式(21)可以看出,当进行n 次平滑运算后,平滑后的测量误差约减小为原群时延测量误差的1/n ,这说明经过载波相位测量的平滑处理,码相位测量的随机误差已经得到了有效地抑制㊂若n 足够大,群时延测量精度将会有大幅度提高㊂为便于数据实时处理,在实际应用中采用Hatch 递推滤波模型,k 时刻由相时延外推的群时延为:P (k )=τsm (k -1)+(τphase (k )-τphase (k -1))τsm (k )=ω(k )㊃τgroup (k )+(1-ω(k ))㊃P (k ){(22)其中:P (k )表示外推群时延,τphase (k )和τphase (k -1)分别表示k 时刻和k -1时刻的相时延,τsm (k -1)和τsm (k )分别表示k 时刻和k -1时刻的群时延平滑值,ω(k )表示历元k 时刻的群时延权重㊂ω(k )=1/k ,k <Mω(k )=1/M ,k ȡM{(23)式中:M 为平滑改善因子,通常取M =T NT s,其中T s 为采样间隔,T N 为平滑时间㊂M 取值标准为:令载波相位平滑群时延误差满足解整周期模糊要求㊂实际应用中M 的取值与站间时延差预报精度㊁载波频率㊁信号带宽㊁观测历元间隔和信噪比等有关㊂利用S 频段下行遥测副载波信号的群延迟差和残留载波信号的相位差进行解模糊算法仿真,其群时延和载波相位平滑群时延估计精度分别为9ns (信号带宽B =256kHz,相关信噪比S /N =30dB)㊁75ps,依据公式计算得到平滑因子M 的最优取值为120㊂在M 分别取值为60,80,100,120时进行蒙特卡洛仿真统计,仿真次数为1000统计得到载波相位模糊正确解算概率分别为78%,90%,95%,99%,其平滑结果如图3所示㊂充分说明了平滑因子M 取值和解模糊算法的有效性㊂3㊀CEI 试验3.1㊀试验系统CEI 试验系统利用我国航天测控网喀什地区的两个测控站为基础(以下分别称为测站1和测站2),补充CEI 试验所必须的光纤时频传递设备㊁数据采集与基带转换设备㊁数据相关处理设备等㊂两个测站直线距离约20km,呈东西向排列㊂3.2㊀观测模式设计试验采用的标校源为BD 卫星(目前我国BDGEO 卫星的导航电文位置精度优于10m [20],对应20km 基线时延误差优于20ps ,可作为标校源使3851第12期黄㊀磊等:适用于CEI 的GEO 卫星相时延解算方法及试验图3㊀不同M值情况下的平滑结果Fig.3㊀Smoothing results of different M values用)㊂试验目标为TL卫星,两颗卫星角距在10ʎ以内,测控频段为S频段,采用交替观测模式㊂其中TL卫星下行信号为标准测控(TT&C)信号,遥测副载波频率65.536kHz,测距主音100kHz,实际试验中数据采集带宽为256kHz;BD卫星下行信号为伪码测距信号,带宽10MHz,实际试验中数据采集带宽为8MHz㊂考虑到TL卫星信号带宽较窄,求取精确相时延整周模糊值的难度较大,因此试验中将TL卫星的观测时间加长,具体实施方式为:先对BD卫星观测7min,随后停止观测3min(停止时间内用于测站1和测站2同时切换天线从BD卫星指向TL卫星),再对TL卫星观测17min,随后停止观测3min,再切换到BD卫星观测,如此循环,连续观测共计8h㊂3.3㊀信道标校由1.2节可知,采用交替观测模式(即双差分模式)可以将站间时差,设备延迟,对流层㊁电离层等介质误差基本消除干净,但有一点不能忽略,那就是在干涉测量的实际应用中标校源与待测目标源的频率应一致或足够接近,否则会引入下行信道滤波器在不同频点的群时延色散误差㊂针对此次试验,BD卫星频点约为2218MHz,TL卫星频点约为2231MHz,两者相差达到十几MHz,因此必须对CEI下行信道进行标定㊂利用矢量网络分析仪的实际标定结果如表1所示㊂表1㊀信道群时延色散特性标定Table1㊀Calibration of the group delay of the channels2218MHz2231MHz两频点差值测量均值/ns9.98.6 1.3㊀㊀可以看出,在这两个频点上,设备群延时色散约为1.3ns,后续试验数据中应该补偿信道的群时延特性㊂3.4㊀试验实施试验共进行了4天,每天的观测均从晚上22时4851㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀宇航学报第41卷图4㊀基于光纤时频传递的CEI系统构成图Fig.4㊀CEI system based on optical fiber time-frequencytransmission开始,开展6~8小时的连续观测㊂两测站获取到的测量原始数据均先在本地进行磁盘记录,于试验结束后开展事后相关处理分析㊂4㊀试验结果4天试验的结果相一致,下面给出第1天试验的数据处理结果㊂先利用卫星的轨道预报值推导出每个SCAN(指一个观测弧段)的时延,利用预报值对测量数据进行预补偿,补偿后的残余相关相位如图5㊁图6所示㊂图5为TL卫星的相关处理结果,共15个SCAN,每个SCAN17min,间隔10min;图6为BD卫星的相关处理结果,共15个SCAN,每个SCAN7min,间隔20min㊂由观测量减去理论值能够得到时延残差,这部分残差中包括了各类误差的总和,主要包括设备延迟㊁站间时间同步误差㊁对流层误差㊁电离层误差㊁热噪声误差,而站间时间同步误差㊁对流层误差㊁电离层误差对于两颗星来讲可以认为是一致的,即Δτclockʈ0,Δτtropʈ0,Δτionʈ0㊂设备链路的不一致性不能忽略,通过前期标校可知为1.3ns㊂最终获得的相时延观测量与精轨的理论值对比图如图7所示㊂从图中可以看出,前面几个SCAN图5㊀TL卫星相关处理结果(残余群时延(圆圈)和残余相时延(点))Fig.5㊀Correlation result of TL satellite(residual group delay (circle)and residual phase delay(dot))图6㊀BD卫星的相关处理结果(残余群时延(圆圈)和残余相时延(点))Fig.6㊀Correlation result of BD satellite(residual group delay (circle)and residual phase delay(dot))的残余相关相位波动较大,后面几个SCAN较为稳定㊂用BD的残差拟合TL的残差得到TL的测量值,与精轨对比,最大偏差0.16ns,且随时间变化有变稳定的趋势,稳定在0.1ns以内㊂5㊀结㊀论通过CEI试验系统在20km基线上开展测量,对BD卫星的伪码测距信号和TL卫星的TT&C信号均成功实现了S频段解载波整周相位模糊㊂通过BD卫星做标校源,得到TL卫星的精确相时延观测量,该观测量与通过TL卫星精轨反算的相时延理论值相比,精度达到了0.1ns,对应的GEO轨道精度优于54m㊂5851第12期黄㊀磊等:适用于CEI的GEO卫星相时延解算方法及试验图7㊀相时延观测量与理论值的对比Fig.7㊀Comparison between phase delay observationsand theoretical values此次试验充分验证了文中所提出的相时延解算方法的正确性㊁可行性,在国内首次实现了在几十km基线量级上利用百kHz窄带测控信号获得无模糊载波相时延㊂该方法同样适用于对共位GEO卫星的相对定位,具有较好的应用前景,研究成果已经应用于高分专项地面测控系统建设中㊂参㊀考㊀文㊀献[1]㊀朱新颖,李春来,张洪波.深空探测VLBI技术综述及我国的现状和发展[J].宇航学报,2010,31(8):1893-1899.[Zhu Xin-ying,Li Chun-lai,Zhang Hong-bo.A survey of VLBItechnique for deep space exploration and trend in China currentsituation and development[J].Journal of Astronautics,2010,31(8):1893-1899.][2]㊀CCSDS500.1-G-1,Delta-DOR-Technical characteristics andperformance[S].[3]㊀Edwards C.Angular navigation on short baselines using phasedelay interferometry[J].IEEE Transactions on Instrumentationand 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Shao-wu,Dong Guang-liang,Li Hai-tao,et al.Researchand verification of differential phase delay measurement model ofsame beam interferometry[J].Journal of Astronautics,2013,34(6):788-794.][10]㊀鄢建国,李斐,刘庆会,等.同波束VLBI技术用于月球双探测器精密定轨及重力场解算[J].宇航学报,2010,31(11):2536-2541.[Yan Jian-guo,Li Fei,Liu Qing-hui,et al.Application of same beam VLBI technology in precise orbitdetermination of lunar Bi-spacecraft and gravity field deter-mination[J].Journal of Astronautics,2010,31(11):2536-2541.][11]㊀陈永强,周欢,李伟,等.深空探测器单基线干涉测量相对定位方法[J].宇航学报,2017,38(6):605-611.[ChenYong-qiang,Zhou Huan,Li Wei,et al.New VLBI method forrelative position determination between deep space probes usingsingle baseline[J].Journal of Astronautics,2017,38(6):605-611.]㊀[12]㊀Morrison D,Pogorelc S,Celano T,et al.Ephemeris determi-nation using a connected element Interferometer[C].The34thAnnual Precise Time and Time Interval(PTTI)Meeting,Reston,Virginia,USA,2002.[13]㊀李晓杰,杜兰,黄金.CEI对静止轨道共位卫星的轨道确定[J].武汉大学学报㊃信息科学版,2011,36(5):605-608.[Li 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我国航天测控系统的现状与发展
一、我国航天测控系统的现状
我国航天测控系统由地面测控站、轨道测量与计算技术、数据传输等多个环 节组成。目前，我国已经建立了一套完整的航天测控体系，为我国的航天事业提 供了强有力的支持。
地面测控站是我国航天测控系统的核心组成部分，主要负责对航天器进行跟 踪、测量和控制。我国已经建立了多个地面测控站，基本覆盖了全球范围。这些 测控站采用了先进的测量和数据处理技术，具备高精度、高稳定性和高效率的特 点。
四、前航天测控技术的现状与前 景
目前，前航天测控技术已经取得了长足的发展和进步。在卫星通信、导航和 探测等方面，前航天测控技术已经具有较高的精度和稳定性。随着科技的不断进 步和应用需求的不断增长，前航天测控技术将迎来新的发展机遇和挑战。
未来，前航天测控技术将朝着更高精度、更远距离、更快速度和更高稳定性 等方向发展。同时，随着人工智能、大数据等技术的不断应用，前航天测控技术 将实现更加智能化、自主化和远程化的控制和管理。此外，随着深空探测的不断 深入，
3、加强人才培养，建立完善的人才培养机制。通过设立奖励机制、提供良 好的工作环境等措施，吸引更多的人才参与航天测控系统的研究和开发。同时加 强对现有人才的培训和提升，提高整个团队的技术水平。
4、加强国际合作，借鉴国际先进经验和技术。通过参加国际会议、加强技 术交流等方式，了解国际航天测控系统的发展动态和技术趋势，促进我国航天测 控系统的长足发展。
1、早期阶段：在卫星通信和航天技术发展的早期阶段，人们主要依靠雷达 和无线电通信技术对航天器进行测控。这种方法虽然可以实现一定精度的测量
和控制，但受到天气、地形等因素的影响较大，精度和稳定性都不够理想。
2、卫星测控阶段：随着卫星通信和航天技术的不断发展，人们开始利用卫 星进行前航天测控。这一阶段的技术手段主要包括遥测、遥控和遥感。遥测可以 实时获取航天器的轨道和姿态信息，遥控可以实现对于航天器的精确控制，遥感 则可以获取航天器
导航卫星载波相位测量中的相位缠绕研究
比较两种测量方法ꎬ基于伪码的星地距离测量ꎬ 以最常见的民用 Ｃ / Ａ 码为例ꎬ码速率为 １. ０２３ＭＨｚꎬ 伪码周期为 １ｍｓꎬ则单个码片时间为 ９７７. ５１ｎｓꎬ常用 伪码鉴相误差约为 １ｍꎻ再考虑电离层、对流层、卫星 星历误差等影响ꎬ定位误差约为 ５ｍꎬ难以满足高精 度测量、定位需求ꎮ 而载波相位测量则直接以载波 波长作为测量对象ꎬ目前常用的民用信号载波频率 为 １５７５. ４２ＭＨｚꎬ波长约 １９ｃｍꎬ应用双差整周消除算 法ꎬ定位精度可达厘米级ꎮ 目前 ＧＰＳ 大地测量型接 收机的载波相位测量精度可达毫米级[１ －３] ꎮ
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空间电子技术
ＳＰＡＣＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
２０１８ 年第 ４ 期
导航卫星载波相位测量中的相位缠绕研究①
刘 冬ꎬ郑 伟ꎬ王 岗ꎬ郭媛媛
( 中国空间技术研究院西安分院ꎬ西安 ７１００００)
２０１８ 年第 ４ 期
刘冬ꎬ等:导航卫星载波相位测量中的相位缠绕研究
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机到卫星的距离ꎮ 伪码测量原理是发送的信号经 ｍ 序列发生器和直接扩频后ꎬ对载波进行相位调制的 伪随机码经过天线发送至目标ꎬ然后接收机捕获到 伪随机码ꎬ经相位调整恢复出 ｍ 序列ꎮ 最后经比相 器比较接收到的 ｍ 序列与本地 ｍ 序列的相位差后ꎬ 算出时差ꎬ进而计算出与导航卫星的距离ꎮ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓａｔｅｌｌｉｔｅꎻＣａｒｒｉｅｒ ｐｈａｓｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔꎻＰｈａｓｅ ｗｉｎｄ￣ｕｐꎻＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ
０ 引言
导航卫星在军用及民用的测距应用中扮演着越 来越重要的角色ꎮ 导航卫星的测距方式主要有两
一种基于北斗三号系统的GNSS-R海面干涉测高技术
一种基于北斗三号系统的GNSS-R海面干涉测高技术王冬伟;孙越强;王先毅;白伟华;杜起飞;夏俊明;韩英【期刊名称】《空间科学学报》【年(卷),期】2022(42)3【摘要】GNSS-R干涉测高技术可用于中尺度海面高度观测,具有空间分辨率高、测量精度高等优势。
与传统的GNSS-R本地码测高技术相比,GNSS-R干涉测高技术可以有效提升高度测量精度。
虽然GNSS-R干涉测高技术已有一些研究,但是基于北斗三号的干涉测高应用还很少。
本文根据GNSS-R干涉测高技术优势,针对北斗三号系统在干涉测高技术上的应用,研发了支持北斗三号的GNSS-R干涉测高接收机并描述了整体架构及实现。
利用所研发的接收机进行水面干涉测高试验,首次获取了北斗三号B1和B2干涉测高波形,与传统GPS L1和北斗B1本地码测高波形进行对比。
对两种方法计算出的水面高度进行对比,结果显示北斗三号干涉测高精度明显优于GPS L1和北斗B1传统本地码测高精度。
【总页数】8页(P492-499)【作者】王冬伟;孙越强;王先毅;白伟华;杜起飞;夏俊明;韩英【作者单位】中国科学院国家空间科学中心;中国科学院大学;天基空间环境探测北京市重点实验室;中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室;掩星探测与大气气候应用国际联合实验室;北京石油化工学院数理系【正文语种】中文【中图分类】TN98【相关文献】1.GNSS-R海面测高算法2.GNSS-R海面测高技术的国内外研究及未来展望3.基于新一代GNSS-R星座海面测高原理提高水下惯性/重力组合导航精度研究进展4.GNSS-R海面测高现状及其常用方法研究进展5.GNSS-R信噪比信号在海面测高技术的研究综述因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
VLBI软件相关处理机研究进展及其在深空探测中的应用
VLBI软件相关处理机研究进展及其在深空探测中的应用郑为民;杨艳【期刊名称】《世界科技研究与发展》【年(卷),期】2005(27)5【摘要】甚长基线干涉测量(VLBI)是重要的射电天文技术,具有极高的空间分辨率,是国际上广泛采用的深空探测器高精度测量手段,相关处理机则是VLBI数据预处理的核心设备。
由于VLBI观测数据的相关处理具有数据密集和计算密集的双重特点,目前绝大多数均由专用的大规模高速硬件相关处理机承担。
随着通用计算机性能的迅猛发展,基于通用商用计算机的VLBI软件相关处理机的研究逐渐得到重视,并发展迅速,成为VLBI技术领域新的研究热点。
软件相关处理机具有制造价低、复制容易、升级简便等特点,有可能在不久的将来,以深空探测领域为切入点,得以普遍应用,并且在常规天文数据相关处理中替代现有的硬件相关处理机。
【总页数】9页(P7-15)【关键词】甚长基线干涉测量;软件相关处理机;深空探测;高性能计算;测控系统;VLBI软件;相关处理机;深空探测器;应用;甚长基线干涉测量;计算机性能;VLBI技术;空间分辨率;高精度测量【作者】郑为民;杨艳【作者单位】中国科学院上海天文台【正文语种】中文【中图分类】P228.6;V476.4【相关文献】1.基于VLBI和空间VLBI的深空探测器定位导航技术及应用研究* [J], 魏二虎2.同波束VLBI技术在深空探测器测定轨中的应用 [J], 刘庆会3.应用于深空跟踪测量的VLBI软件相关处理技术 [J], 郑为民;舒逢春;张冬4.高精度VLBI技术在深空探测中的应用 [J], 刘庆会;吴亚军;5.应用于深空探测的VLBI软件相关处理技术 [J], 郑为民;张冬;舒逢春因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｐｈａｓｅ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｉｎｇ ＶＬＢＩ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｎ Ｄｅｅｐ Ｓｐａｃｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ
相位参 考 干涉测 量技术 是 近年来 深空导 航无 线 电干 涉测量 领域 兴起 的一 项新技 术 。无线 电干涉 测 量起 源于射 电天文 领 域 ，用 于深 空 航 天 器导 航 已有 四十多年 的历史 ，其 基 本 原 理 就是 利 用 两个 相 距 遥
收稿 日期 ：２０１７—０８－３１； 修回 日期 ：２０１７—１１－２１ 基 金 项 目 ：国家 自然科 学 基 金 （６１６０３００８）
２．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｒａｃｋｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｍ ｅｅｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｌｅｖｅｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ ａｎｇｕｌａｒ ｍ ｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ ｒａｄｉｏ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ ｄｅｅｐ ｓｐａｃｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｉｎｇ ｖｅｒｙ ｌｏｎｇ ｂａｓｅｌｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒ ｏｍ ｅｔｒｙ
号 只是一个 小 亮点 （放 大 部分 ），但 其天 球测 角 精 度 优于毫角秒 （ｍａｓ）量级 ，相当于在距 离地球 １８７亿 千米 的距 离上 横 向位 置 误 差 约 ８Ｏ千米 。获 得 这 种 高精 度 角 度 测 量 的 方 法 就 是 相 位 参 考 干 涉 测 量 技 术 。
（ＶＬＢＩ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｔｈｅｏｒｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ ｔｗｏ ｋｅｙ
ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｐａ ｒ ａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ｔｈｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅｎ， ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｉｎｇ ＶＬＢＩ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｉｎｆｒａｓｔｒｕ ｃｔｕｒｅｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｎｄｕｃｔ ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｗｉｔｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ａ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ Ｃｈａｎｇ’Ｅ－３ ｍｉｓｓｉｏｎ． Ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ—ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｉｎｇ ＶＬＢＩ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｐｒｏｖｅｄ ｆｏｒ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｎｇ ｉｎ ｆｕｔｕｒｅ ｍｉｓｓｉｏｎｓ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｒａｄｉｏ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ．
摘 要 ：针对 深空导航 不断提高的测角精度需求和传统无线 电干涉测量技术所 面临的局限 ，介 绍了相位参考 干涉技术用于深空导航 的优势 ，重点分析 了该技术 的基 本原理 和两个关 键观测 参数 的影 响 ，综 述了该技 术在 国外 的研究进展情况 ，最后介绍 了我 国开展该技术 研究 的软硬件基础和利用嫦 娥三号任 务数据开展 的相位参考干涉测 量试验情况 ，试验结果 表明了基 于我国深空测 控资源开展该技 术研究 的可行 性和高精 度 ，有 助于推动该 技术转 向 实际工程应用 ，提高我国深空导航无 线电干涉测量水平。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｐｈａｓｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｉｎｇ ＶＬＢＩ；Ｄｅｅｐ ｓｐａｃｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ；Ｒａｄｉｏ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ；Ｐｈａｓｅ ａｍｂｉｇ ｕ ｉｔｉｅｓ
０ 引 言
２０１３年 ９月 ，美 国 国 家 航 空 航 天 局 （Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ｓｐａｃｅ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，ＮＡＳＡ）确认 旅 行者 １号 （Ｖｏｙａｇｅｒ一１）飞离 太 阳系 ，并 利 用 美 国 国家 射 电天 文 台 （Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｒａｄｉｏ Ａｓｔｒｏｎｏｍｙ Ｏｂｓｅｒｖａｔｏｒｙ， ＮＲＡＯ）所 属 的 甚 长 基 线 阵 （Ｖｅｒｙ Ｌｏｎｇ Ｂａｓｅｌｉｎｅ Ａｒｒａｙ，ＶＬＢＡ）对 其 进 行 了观 测 ，获 得 了旅 行 者 １号 目前 最为 精 确 的 位 置 ，如 图 １所 示 。 图 中 旅 行 者 １
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ＬＩ Ｈａｉ．ｔａｏ ，ＺＨＯＵ Ｈｕａｎ ， ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｌｉｎ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇａｎｅｅｆ ｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９１，Ｃｈｉｎａ；
第 ３９卷 第 ２期 ２０１８年 ２月
宇 航 学 报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ
Ｖｏ１．３９ Ｎ０．２ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１８
深 空 导 航 相位 参 考 干涉 测 量 技 术研 究
李海涛 ，周 欢 ，张晓林
（１．北京航空航天大学电子信息工程学院，北京 １００１９１；２．北京 跟踪与通信技术研究所 ，北京 １０００９４）