如何导航太空中的无人太空探测局直候露研总器?

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如何导航太空中的无人太空探测局直候露研总器?

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首先对于近地轨道卫星的导航，主要手段有两种，一种是利用地面测控站和卫星本身自带的天文导航设备（如红外地平仪等）进行定轨和爱假传导航，一种是利用星载GPS。在利用星载GPS时候需要注意的是，这种卫星的轨道高度不能高于GPS卫星的轨道高度，否则导航信号无法覆盖。句思鱼信越松事压有时候上述两种方法也会结合起来运用。接下来是转移轨道由和绕月轨道以及火星的飞行轨道，这类航天器显然已经无法利用GPS导航了，因为其轨道高度超过了GPS轨道高度。另外，由于其距离地球较远，如果两个测量天线之间的距离比较近，在使用无线电导服刻沉伟题既异因蒸航时，则测定出来的轨道会有比较大的误差。因此，需波导根司圆广己位保确要两个距离比较远的天线，从而诞生了一种提出了一种基于甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry，VLBI)的深空导航定位技术δDOR(Delta Differential One-Way Ranging)，其导航定位精度除了与天线增益和接收机性能有关外,还取决于天线之间的基养利充减自出模老通声线长度，而基线长度原则上不受限制，可达数千公里，因而，可以极大提高测量精度。目前的测角精度达毫角/米量级，当应用于奔月轨道时,定轨误差只有几米。国外对 δDOR 深空导航技术的研究始于20世纪70年代,主要的研究机构是美国的NASA、欧洲ESA和日本的JAXA。 δDOR 导航定位本质上是VLBI测量技术的一个应用，资袁校哥苗华有当时VLBI测量技术刚刚进入实用阶段，NASA喷气推进实验室(JPL)就开始考虑如何将这种高精度的测量技术用于深空探测器的导航定位，经过近10年的研究准备， δDOR 技术于1978在旅行者1号经过木星时得到了实际运用。自此，NASA对 δDOR 深空导航技术的研究就一直没有中断，并且 δDOR 已成为其经常性的探测器导航服务项目。ESA从1986年开始着手研究 δDO婷差赵临作款太带防城府R 技术，最初导航任务由NASA全权代理，在1992年Ulysses探测器再临近木星时,测轨精度因为 δDOR 系统的应用得到了提高。ESA于2005年8月首次独立具备了 δDOR 导航定位能力,但目前主要还是通过与NASA和JAXA开展国际合作完成。日本的JAXA从身下院挥秋脸件你进2003年开始关注 δDOR 技术，对其首个火星探测器NOIOMI开展了大量 δDOR 观测。NOIOMI由太空与太空航行科学研究所(Institute of Space and Astronautical Science，ISAS)开发，计划1998年到达火星，但因变轨错误而不得不更改飞行方案，分别于2002年、2003年进行了两次高精度变轨。为了确保变轨成功,ISAS的科学家于2002年8月正式启动 δDOR导航定位系统,在测量过程中使用了日本境内的9副X频段VLBI天线以及位于加拿大的46 m直径的Algonquin天线,测量结果帮助JAXA修正了飞行参数,顺利完成了变轨。我国首次 δDOR 的测量于2004年7月进行，测量的航天器是2003年12月从西昌发射的“探测一号”科学卫星，测量的主要目的是为日后要进行的“嫦娥一号”探月卫星导航定位提供技术积累，研究VLBI测量技术对探月卫星定轨的贡献。当时利用上海佘山、乌鲁木齐南山和云南昆明的3个VLBI站,采用上海天文台自行编制的软件完成了数据VLBI相关处理，测量结果显示平均定轨误差为2 km，测速精度可达5 cm/s。2007年“嫦娥一号”探月卫星成功发射后，δDOR 技术对卫星月球轨道的高精度定轨正式发挥作用。δDOR 系统的原理是航天器首先要发射一组S频段、X频段或者Ka频段的正弦波或者方波信号，称为测音信号，这些信号可以是单音也可以是通过伪随机码进行扩频的信号，目的是更加精确地模仿自然界中的射电信号。地球上不同地理位置的观测站对该侧音信号进行观测并同步记录在一定的存储介质中。观测站间的基线很长，因此，侧音信号到达各站的时间存在延迟，将各站的观测数据通过一定的方式传输到数据处理中心，通过相关处理器处理就可以解算出信号到达各站的延迟，从而确定航天器相对于观测站的角度。但这种未校准测量结果中存在许多误差，如电离层延迟、对流层延迟、时钟偏差、站址偏差及接收机设备延迟等等。为了消除这些误差,$DOR观测时引入了射电天文坐标系，该坐标系以宇宙中若干恒定射电源作为基准点，这些射电源的位置由国际天文组织经过长期的VLBI观测得到，角位置精度可达到nrad级。由于射电源信号与航天器信号所经过的信道完全一致，因此，可以认为测量射电源信号时由空间环境及设备引入的延迟误差与测量航天器信号时引入的误差相等，这一误差项可以通过射电源的时延测量值与标准值求差解算出来，再利用该误差项对航天器的位置进行修正就能得到高精度的航天器方位角值。实际测量时，射电源和航天器不可能同时得到天线的跟踪，对射电源信号和航天器信号的接收只能交替进行，如采用射电源-航天器-射电源或航天器-射电源-航天器等方式。射电源选择的原则是位于航天器的附近，一般在10°以内，目前国际天文组织已公布了许多免费的星历表，如SDSS、ICRF、LBQS及JPL深空网专用星历表等，以便寻找与探测器位置最为匹配的射电源