深空探测中VLBI相时延的研究

As one of the tracking tools for spacecraft, the VLBI plays an important role in Chinese deep space explorations, and also it is helpful for planetary science research. Under certain constraints we can determine the phase ambiguities, and calculate the VLBI phase delay which have a random errors of several pico-seconds. This project will focus on the VLBI phase delay, by studying the backend with wide band and narrow band, the method of calculating phase, the calibration of phase, the phase connecting and ambiguity resolution. We will develop the software to get the phase delay and process the data. The results will support the deep space explorations in the future.

作为深空探测器测定轨的手段之一，VLBI技术在我国的深空探测活动中有重要的作用，同时它也是行星科学的研究手段之一。在特定条件的约束下，求解相关相位的整周模糊度，得到皮秒级随机误差的VLBI时延观测量。本课题将以相时延为目标，研究宽窄带VLBI终端技术、相关相位提取技术、相位校准方法、相位连接和模糊度解算方法，开发相时延的处理软件，并处理以前的观测数据，为后续的深空探测任务提供参考。

甚长基线干涉测量技术(VLBI)是深空探测器测定轨的主要手段之一，随着我国的探测器走向更深远的太空，地面观测站接收的信号越来越弱，VLBI群时延的测量精度受到很大的限制。VLBI相时延通过对单频点或多频点相关相位的求解，解算其模糊度，得到高精度的时延。在VLBI观测中，相位受多种因素影响，发射源、传播介质、接收天线、信号传输、采集终端等，给相时延的求解带来极大的挑战。.本项目对相时延的解算开展了针对性的研究。结合相时延解算的流程，推导了解算条件。通过条件分解，研究了一般情况下相位的连接技术、研究了多频点电离层的改正下的时延解算方法；研究了双目标的同波束差分相时延解算技术；对于仪器设备，针对现有数据采集终端有通道间时延不一致的问题，设计了深空探测型 VLBI 终端的算法，并在硬件平台上实现，该终端具备带宽切换观测、多比特记录的能力，并且各通道时延差异很小，对相时延的解算有很大的帮助。.以嫦娥3号(CE3)的着陆器和巡视器为目标，解算了差分相时延，实时监视了巡视器的运动，并事后测量了巡视器的运动过程；利用窄带宽内(1 MHz)两个频点的相关相位来着陆器的相时延，并进行定位，和其他方法差异为百米量级，在误差范围以内，验证了该方法的有效性。以嫦娥5号试验星为目标，先利用两个频点的差分相位和单频点相位的变化趋势一致的思想来大致连接单频点相位，然后再通过两个观测弧段相位的多项式拟合以及基线相位闭合的方法微调每个scan的模糊度，最终实现每个scan相位的无模糊度连接，对相时延展开了研究。.在本项目的支持下开发了新的终端算法，经过测试验证表明其具备带宽切换观测、多比特记录的能力，各通道时延差异很小等特点，目前已应用于嫦娥4号和嫦娥5号的终端中，并且支撑了VLBI带宽综合算法的改进；本项目研究的相时延和差分相时延将在这两次探测器的采样返回等任务中提供高精度的解算结果。