月球VLBI差分相时延研究及其应用

There are mass observation arcs, especially the section of rendezvous and docking between Orbiter and Ascender in Chang'E 05, which have the Same-beam VLBI (SBI) observation and Switch-VLBI observation in our country’s deep space exploration, such as The three and four phase of China Lunar Exploration and China Mar Exploration. This project focuses on differential phase delay calculation, as orbiter and ascender which transmit Differential One- way Range signal in X band are in the rendezvous and docking period, and the VLBI observation model are SBI and Switch-VLBI, and including the process of relative phase, the algorithm of calculating group delay of bandwidth synthesis, how to calculate differential phase delay. It can monitor ascender’s maneuver and orbital transfer, and also can be used for orbit determination and relative distance determination. This researching has significant application for orbit determination and positioning and action monitoring of two detectors in rendezvous and docking.

我国探月三期、四期和火星等多目标深空探测任务中，有大量观测弧段可以开展同波束VLBI观测和交替VLBI观测，特别是嫦娥五号轨道器与上升组合体交会对接过程。本项目重点研究月球交会对接过程，轨道器和上升组合体发射X波段DOR信号情况下，中国VLBI网同波束VLBI观测模式下实时和事后计算差分相时延(DPD)的方法和交替VLBI观测模式下事后计算DPD的算法，包括相关相位的处理、带宽综合群时延的解算方法、同波束VLBI差分相时延的解算、交替VLBI差分相时延的解算。利用DPD准实时监测上升组合体频繁的机动和变轨过程，并按照标准格式输出差分相时延，用于轨道器和上升组合体的定轨和相对距离确定。本研究成果对交会对接时的两探测器精密测定轨和动作监测有重要的应用价值。

我国探月三期、四期和火星等多目标深空探测任务中，有大量观测弧段可以开展同波束VLBI观测。到目前为止，在嫦娥五号交会对接远程导引段和两器分离后，同波束VLBI观测弧段，输出差分相时延数据，进行定轨。在首次火星探测任务中，火星车落火后，对火星车和天文一号开展同波束VLBI观测，输出差分相时延数据，进行火星车定位。在嫦娥四号中继星任务中，在地月转移段，中国VLBI网成功对嫦娥四号中继星和微卫星B进行了同波束VLBI观测。事后数据处理分析后，成功计算出同波束VLBI差分相时延。结合测速测距和带宽综合群时延数据，成功利用5月22日差分相时延中连续1小时的探测器观测弧段数据，进行两器的定轨工作。差分相时延定轨后O-C残差6基线分别为4.97、5.37、 4.40、4.87、2.97、3.64ps。在嫦娥四号中继星、嫦娥五号和首次火星探测任务中，同波束VLBI差分相时延都应用于定轨定位工作，定轨后残差在ps量级，有效提高了相对定轨精度和相对定位精度。基本完成了项目各项关键技术的研究。此外，研究了嫦娥四号VLBI群时延scan内跳变问题，最终将影响因素定位在昆明(KM)测站模拟信号异常，更换和整理测站电缆之后，现象消除。以跳变影响因素分析为基础, 通过修正异常基线相关相位, 研究了scan内群时延跳变事后改正方法。