本文關(guān)鍵詞：聯(lián)合測軌VLBI、USB及空間VLBI技術(shù)對月球探測器精密定軌的研究　出處：《武漢大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：月球作為距離地球最近的自然天體,一直是人類開展深空探測活動的首選目標(biāo),目前世界各國實(shí)施的探月任務(wù)次數(shù)幾乎占到了總深空任務(wù)次數(shù)的一半。月球探測主要通過發(fā)射月球探測器來進(jìn)行,而月球探測器的精密定軌在探測任務(wù)中占據(jù)著重要的地位。探測器定軌精度的高低不僅關(guān)系著探測任務(wù)能否順利實(shí)施,而且是分析各類探測數(shù)據(jù)的前提。月球探測器的定軌精度與探測器所受的攝動力模型、觀測方程以及測軌技術(shù)等因素有關(guān),攝動力模型精度的高低直接影響了探測器的定軌精度,而月球的非球形攝動是月球探測器環(huán)月飛行時(shí)所受的最大攝動力,因此月球重力場模型的精度直接影響著探測器精密定軌的精度；在定軌過程中涉及的地面測站坐標(biāo)和探測器坐標(biāo)分別位于不同的時(shí)空參考框架下,因此在建立觀測方程時(shí)要將二者統(tǒng)一到相同的參考系中,不同坐標(biāo)系間的相互轉(zhuǎn)換涉及到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù),因此坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度直接影響了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度,從而影響了觀測方程的建模精度,最終影響了定軌精度；月球探測任務(wù)中往往采用多種測軌技術(shù)聯(lián)合跟蹤,例如我國的嫦娥探月工程中,聯(lián)合使用了統(tǒng)一S波段(USB)測距測速和甚長基線干涉測量(VLBI)進(jìn)行測定軌,其中VLBI技術(shù)的使用顯著提高了嫦娥系列探測器的定軌精度。而空間VLBI技術(shù)作為地面VLBI技術(shù)的延伸,其測量精度進(jìn)一步提升,同時(shí)其觀測量豐富了探測器軌道信息,因此聯(lián)合空間VLBI與其他技術(shù)能夠提高月球探測器的定軌精度�；谝陨戏治�,本文開展了如下研究工作：(1) 總結(jié)了當(dāng)前國內(nèi)外主要月球探測器的定軌研究現(xiàn)狀,從月球重力場模型和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)兩個(gè)方面分析了其對月球探測器定軌精度的影響,并總結(jié)了國內(nèi)外目前的研究進(jìn)展；在目前VLBI技術(shù)被廣泛用于月球探測器測定軌的現(xiàn)狀下,分析了空間VLBI技術(shù)用于探測器定軌的優(yōu)勢與研究現(xiàn)狀。(2) 詳細(xì)介紹了月球探測器精密定軌的理論基礎(chǔ),介紹了月球探測器在軌飛行時(shí)所受的主要攝動力,以及目前主要的月球探測器測軌技術(shù)：無線電測距、多普勒測速和VLBI,給出了三種技術(shù)的觀測模型。詳細(xì)介紹了月球探測器定軌涉及的時(shí)空參考框架,并著重介紹了不同坐標(biāo)系統(tǒng)、不同時(shí)間系統(tǒng)的相互轉(zhuǎn)換。(3) 為研究月球重力場模型對月球探測器定軌精度的影響,利用嫦娥二號VLBI實(shí)測數(shù)據(jù)比較分析了四種月球重力場模型用于嫦娥二號探測器環(huán)月段的定軌精度,并研究了不同的月球重力場球諧階次對定軌精度的影響,通過軌道重疊分析、軌道預(yù)報(bào)等方式,得出了定軌精度最高的重力場模型,并針對嫦娥二號環(huán)月段兩種軌道類型得出了定軌解算時(shí)所需的最低重力場階次。(4) 針對精度較低的ERP預(yù)報(bào)值影響了月球探測器實(shí)時(shí)定軌精度的問題,提出了將ERP參數(shù)與定軌參數(shù)共同解算的方法,首次推導(dǎo)了包含ERP估計(jì)的VLBI觀測模型。通過嫦娥二號實(shí)測VLBI數(shù)據(jù)進(jìn)行了定軌驗(yàn)證,結(jié)果表明該方法顯著提高了嫦娥二號奔月段的定軌精度,同時(shí)估計(jì)的ERP值精度相比預(yù)報(bào)值也有了一定改進(jìn),為提高探測器的定軌精度和ERP預(yù)報(bào)精度提供了一個(gè)雙贏的方法,對完成深空探測任務(wù)具有一定的創(chuàng)新性和應(yīng)用價(jià)值。(5)為研究空間VLBI對月球探測器精密定軌的影響,首次研究了空間VLBI技術(shù)對月球探測器定軌精度的影響,通過模擬的空間VLBI觀測數(shù)據(jù),聯(lián)合其他類型的觀測數(shù)據(jù),對嫦娥二號探測器環(huán)月段軌道進(jìn)行了定軌分析,結(jié)果表明空間VLBI數(shù)據(jù)的加入顯著提高了嫦娥二號探測器的定軌精度。同時(shí)SVLBI數(shù)據(jù)的加入有助于提高ERP參數(shù)的估計(jì)精度。(6) 針對目前可用的月球探測器定軌軟件平臺一般未涉及到ERP共同解算,設(shè)計(jì)并編寫了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的月球探測器精密定軌軟件,該軟件成功實(shí)現(xiàn)了ERP參數(shù)與探測器定軌參數(shù)的共同解算,可進(jìn)行空間VLBI、USB、地面VLBI等多種觀測數(shù)據(jù)的模擬和定軌解算。通過大量的數(shù)值分析和研究對軟件的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P228.6;P172

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本文編號：1308267