基于我国月球探测器不同信号类型的VLBI时延算法研究

In Chinese lunar mission VLBI obtains s/c delays by observing s/c emitted radio signals. There are different radio signals from s/c, such as narrow band signals, data-transmission signals, DOR signals, and special designed VLBI signals just used in CE-1 and CE-2. Practices of lunar projects show different processing methods should be applied to different types of s/c signals, the signal types and the different pattern of the same signal type affected the calculated delays. This project will carry researches on the delay calculation methods of different s/c signal types in different frequency resolutions, different correlation model periods, and evaluate different delay results. This research works will optimize the s/c delay calculation method concerning with different signal types，presents multi-delays combination strategy against the s/c multi-signals existence.

在我国探月工程中VLBI技术通过观测探测器发射的射电信号获得精确的时延观测量。探测器发射的信号有多种类型，窄带遥测信号、数传信号、宽带DOR信号以及嫦娥一、二号中的VLBI专用信号等。探月工程实践表明，针对不同类型的探测器信号需要有不同的处理方法，不同类型信号以及同一类型信号的不同表现形态获得的时延的变化特性也不相同。本项目拟开展不同频率分辨率、不同相关处理模型周期对不同探测器信号类型和同一类型信号的不同形态的时延计算方法和计算结果的影响的研究。通过研究工作提供不同类型信号的时延优化算法，提出针对多信号模式下的多时延数据综合方法。

基于基金拟定研究计划，对影响深空探测不同信号类型的不同处理方式以及不同测量信号组合的VLBI时延测量结果进行了研究分析。（1）开展了深空探测器不同信号类型的VLBI观测时延算法研究，利用我国探月工程CE-1、CE-2、CE-3的全部VLBI测量数据分条件析了不同算法的运算效率以及算法的有效性。（2）利用我国探月工程CE-1、CE-2、CE-3的全部VLBI测量数据及最新的CE-4号数据，研究了射电源、卫星不同频率分辨率、不同相关处理基础积分时间对VLBI时延处理结果的影响，初步分析表明对射电源观测，时延变化与分辨率和积分时间不存在显著关联；对卫星观测，时延变化与分辨率和积分时间存在显著关联，这对数传信号及带宽信号其差异可达5ns，对DOR信号可达2ns。这个差异随相关处理模型时延准确度变化，模型精度越高差异越小。（3）利用CE-3号数据分析了卫星时延变化随时间的0.5ns水平非随机起伏，结合星上信标状态变化表明信号在卫星主体表面的无线电多路径效应是造成起伏的一个重要因素。（4）利用CE-2号数据及CE-4数据分析了不同信号组合的时延变话，CE-2结果表明不同信号组合对时延处理精度有显著影响，但不存在明显系统性误差，但对CE-4号数据分析的初步表明不同组的DOR信号组合并不能得到更为可靠的结果，这并不符合研究者预期，表明对DOR信号不能通过通过组合不同组信号扩展信号带宽，提高测量精度，这需要在进一步分析其机制。总体来说，本项研究表明，对卫星信号的VLBI处理需要尽量高的相关处理模型精度以及尽量高的频率分辨率，为此在卫星轨道偏差较大的情况下，需要进行迭代处理以提高时延测量的准确度，而频率分辨率的提高是以计算资源消耗为代价，因此需要在实际工程应用中权衡；探测器信标设计需要考虑卫星本体的多路径效应以压制时延观测量随时间的随机起伏。