行星际主动激光测距与授时技术研究

In recent years, a new deep space exploration boom is on the rise, the major space powers have made a deep space exploration plan or schedule. China already through the implementation of lunar exploration, gradually expand the vision into deep space. In deep space exploration, the precise determination of the deep space rang, is the fundamental security of deep space exploration missions, but also to be an important technical method to carry on the solar system dynamics, astrometry science and fundamental physics research. Traditional radio transponder technology is approaching the limits of technology, its precision and tracking capability has been unable to meet future needs. Interplanetary laser ranging technology for its range accuracy, efficiency, quality and power consumption advantages have attracted wide attention. In this project, a the kHz high-frequency laser ranging technology, combined with one-way ranging technology and two-way time transfer method is proposed by using a laser pulse modulation technique for high frequency ranging signal pulse modulation coding. It produce periodic telemetry sequence and corresponding time code, and can be realize the precise rang determination direct through the ranging channel and avoid to occupy of the data link, Furthermore, this method can be apply to achieve to determine the clock bias and precision clock timing. This ranging system may further multi-way intersection stations ranging model to improve the deep space probe positioning accuracy.

近年来，一轮新的深空探测热潮正在兴起，主要航天大国纷纷提出了深空探测规划或任务计划。我国也通过探月工程的实施，逐步将探测视野推向深空。在深空探测中，深空距离的精确测定，是进行深空探测任务的基础和保障，也是开展太阳系动力学、天体测量学和基础物理学等领域研究的重要技术方法。传统无线电应答技术已接近技术极限，精度和测控能力已经不能满足未来需要。行星际激光测距技术因其具有的测距精度、效率、质量和能耗优势，引起了广泛关注。本项目以千赫兹高重频激光测距技术为基础，结合单向测距技术和双向时间传递方法，提出了通过利用激光脉冲调制技术对高频测距信号进行脉冲调制编码，产生周期性的遥测码和遥测码对应的时码序列的思想，通过测距通道直接完成高精度行星际遥远距离测定，避免了对数据链路的占用，同时还实现对深空探测器的精密钟差确定和高精度授时。这种测距体制还可以进一步实现多测站单向交汇测距模式，提高深空探测器定位精度。

近年来，一轮新的深空探测热潮已经兴起，主要航天大国都开始实施深空探测任务，我国也将探测视野由月球推向深空。在深空探测中，深空距离的精确测定是进行深空探测任务的基础和保障。传统无线电应答技术已接近技术极限，精度和测控能力已经不能满足未来需要。行星际激光测距技术因其具有的测距精度、效率、质量和能耗优势，引起了广泛关注。 . 本项目以KHz高重频卫星激光测距技术为基础，提出对测距信号进行编码调制，产生周期性同步码和对应时码序列的思想，实现单向激光测距和时间传递功能。项目组在控制方法和思想上提出创新，不再以时间间隔测量为目标，转而建立统一的高精度时间系统为基准，各计时测量通道独立完成激光脉冲事件的真实时刻测量，并转换为统一的本地时间系统时标，所有时刻测量结果可溯源至世界时间（UTC）。基于该思想，同时立足于未来功能扩展的需要，项目组开发出新的测距控制系统，实现激光测距脉冲事件真实时刻测量，测量分辨率达到0.9ps，测量精度达到2ps。设计完成1KHz测距频率脉冲调制编码方法及编码技术方案，确定数据编码结构和数据帧内容。通过对激光脉冲编码脉冲序列的探测和解码实现单向激光距离的测量，得到激光发射系统时间信息，编码分辨率达到10ps。并且利用长春站现有60cm激光测距系统对项目方案和单向测距系统主要功能和性能进行实验验证，测距精度达到厘米级，实验结果达到项目预期。. 基于项目方法直接利用测距通道完成高精度行星际遥远距离测定，不仅可以有效提高测距距离，避免了对数据链路的占用，同时可以实现对深空探测器的精密钟差确定和高精度授时，甚至可以实现测控信息传递。这种测距体制还可以进一步实现多测站单向交汇测距模式，提高深空探测器定位精度。高精度的行星际测距可以极大的促进对太阳系动力学、天体测量和引力天体物理的研究开展。在基础物理学研究领域，为验证广义相对论效应、引力波探测等提供重要技术手段。