针对月球航天器的GNSS应用研究

Using GNSS in lunar spacecrafts' navigation and positioning is valuable in future lunar exploration with the advantage of low cost and high degree of autonomy. This project analyze GNSS signal characterics including signal power, dynamics and geometric dilution of precision received by lunar spacecrafts based on geometric visibility and receivers' sensitivity, and suitable satellite-selection strategy is also researched. This project provides the prospect of this application in the signal level and can support the spaceborne GNSS receiver's design suitable for cislunar space.

利用GNSS对月球航天器进行导航定位具有建设运行成本低、自主性高的特点，随着月球探测活动的不断开展将具有十分重要的工程价值和广阔的应用前景。本项目以融合"卫星几何可视"和"信号可接收"的卫星可用性为依据，分析月球航天器所接收到的GNSS信号的强度、观测几何和动态参数等信号特性，并研究适合月球航天器运动特点和精度要求的选星策略，从信号层面研究GNSS应用于月球航天器导航定位的可行性，可为应用于地月空间导航的星载GNSS接收机研发提供理论支撑。

2004年中国的探月计划“嫦娥工程”正式立项，2014年年底再入返回飞行试验（CE-5T1）的成功实施标志着“嫦娥工程”已经进入“绕、落、回”的第三阶段，以月球探测为代表的中国深空探测活动进入蓬勃发展的黄金时期。目前我国的航天测控仍然以地基系统为主，定轨精度受到测控网布设的影响非常严重，建设和运行费用昂贵，而且无法做到航天器的自主导航。随着全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，简称GNSS）的不断发展，研究者们开始探讨利用GNSS对航天器进行导航的可行性。.由于GNSS主要服务于地面及地面附近用户，卫星发射天线均是指向地心，而月球航天器主要运行在GNSS星座之上，因此其只能接收到来自地球另一侧的导航信号，或者功率更小的旁瓣信号，而且可视GNSS卫星只分布在一个顶角很小的锥体中。可视卫星少、星座构型差和信号功率小成为制约GNSS在航天领域应用的主要因素。.本课题针对GPS、GLONASS、Galileo和北斗四大导航系统，对于飞行在GNSS星座以上的GEO、MEO和HEO卫星的可视性、观测几何、星座选取等进行详细分析，重点以我国CE系列月球航天器的典型轨道为例，研究了其利用GNSS进行导航定位的可行性，并基于仿真分析，给出了航天器搭载GNSS接收机的灵敏度、接收天线方向图等参数，为后续航天任务的开展起到了理论支撑作用；项目组还以我国探月三期的CE-5T1任务数据处理结果依据，研究了航天史上第一次月球航天器GNSS搭载试验的数据精度，并检验了仿真中采用的模型的正确性。.经过三年的研究，课题组完成了预定的研究目标，完成了10篇学术论文（其中3篇SCI检索，4篇EI检索），参加学术会议6次，参与培养博士研究生一名。