“嫦娥二号”平动点和小行星探测试验中的轨道计算

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1、By-JianfengCAOSupervisors：Prof．XiaogongHUProf．YongHUANGADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofPhilosophyShanghaiAstronomicalObservatory,May,2013致谢在中国科学院上海天文台5年的学习生活期间，台

2、里良好的学习生活环境，各位老师的严谨治学态度，对我影响深远。在这里，我学到了很多理论与实践知识，明确了今后学习发展的方向。本文研究工作是在导师胡小工研究员与黄勇副研究员的悉心指导下完成，在这里向两位导师致以衷心的敬意和感谢。胡小工研究员治学严谨，学识渊博，才华横溢，引领我开启了科研之路，与胡老师的每一次交流均使我受益匪浅，从最初的第一篇文字至当下的毕业论文无不凝聚着导师的心血。胡老师给我创造了良好的学习环境和与外界合作交流的平台。黄勇副研究员既是导师，亦是好友，我所撰写的每一篇论文都离不开他的指

3、导和帮助。两位导师不仅给与我学习上的指导，在生活方面更是悉心关怀。师恩难忘，我目前无以为报，除了深深的感激，唯有继续努力!感谢我的父母，感谢他们的理解和支持。三十来年的培养、教育和鼓励，他们用自己勤劳的双手支撑着我的学业，教育我勤劳、朴实、脚踏实地。感谢天文台各位老师一直以来的关心和帮助。感谢地球动力学中心廖新浩、吴斌、黄乘利、李力刚、王小亚、周永宏、唐正宏等老师：VLBI测轨分系统张秀忠、蒋栋荣、钱志瀚、李金岭、平劲松、舒逢春、郑为民等老师；图书馆贺姝神老师：人教处王慧、储怡和薛驰老师以及计算

4、中心的陈肖和钱昌夏等老师。感谢航天飞行动力学技术重点实验室唐歌实主任对我学业的支持。感谢胡松杰副主任以及陈明高级工程师在我平时学习工作中的帮助与照顾，一起讨论交流使我获益颇丰，论文成文与修改更是离不开你们的帮助。感谢航天飞行控制中一t3的各位同事，尤其是轨道室与实验室的各位同事，是大家的帮助带领我走进航天测控领域。感谢天文台朝夕相处多年的兄弟姐妹，是你们一起陪我度过了欢乐的学习时光。感谢李培佳、邢楠、罗文涛、韩婷婷、高广辉、何仕强、许雪晴、刘鹂、刘敏、苏晓莉、简念川、鄢建国、王明远、宋叶志、何冰

5、、昌胜骐等兄弟姐妹的帮助与共勉。感谢我的妻子豆妙妙，是她的默默支持与付出使我安心完成学业。最后我要感谢所有关心、支持和帮助过我的人，正是因为你们的帮助，才有我现在的点点滴滴。我将以此作为起点，好好工作，努力奋斗，为我国的航天事业贡献一份自己的力量!曹建峰2013年4月致谢Ⅱ摘要我国的探月工程使空间探测活动由地球范畴拓展至地月系。CE．2作为CE．1的备份星，经过改造后以探月二期先导星的角色开展了月球探测活动，进行关键技术试验。嫦娥卫星历次探测任务的成功实施取得了丰硕的科学成果，更是检验了测控系统

6、的测定轨能力，为我国后续的深空探测奠定了基础。CE．2在完成预定目标后，开展了平动点飞行试验，将月球探测活动拓展至日地系平动点；小行星探测试验的实施更是拉开了我国小行星探测的序幕。此外，我国自主火星探测也处于立项论证阶段。论文以CE．2平动点飞行试验、小行星探测试验以及YH．1火星探测任务为背景，对深空探测的测定轨技术开展了相关研究工作。论文研究成果为CE．2平动点飞行试验、小行星探测试验提供了测控支持，更为小行星探测试验的拍照成像提供了高精度的轨道支持。针对YH一1火星探测开展了先期的测定轨研

7、究，研究成果虽未能直接应用于火星探测任务，但积累的理论知识可服务于我国后续深空探测。具体而言，论文的研究可以概括为以下几个方面：(1)回顾统计定轨理论，简单介绍了时空参考框架，动力学模型，估值方法，摄动分析理论以及考察协方差。(2)开展深空探测的观测建模研究。基于理论分析，推导建立测距、多普勒以及VLBI等观测类型的测量模型。在观测模型建立过程中对算法进行优化，在保证计算精度的同时，提高了计算效率。此外，针对嫦娥卫星巡航飞行阶段自旋稳定的特点，建立了测量数据的自旋修正模型，既满足了数据修正的需求

8、，亦可实现天线安装位置的估算。(3)对CE．2平动点飞行试验期间积分中心选取的问题进行了研究，基于理论推导，得出更适宜选取地球作为积分中心开展轨道计算及预报研究。为CE．2平动点飞行的提供精密轨道支持，建立真实力模型下的空固坐标系与旋转坐标系的转换关系：针对测量数据对流层延迟建立了平均效应的修正方式；基于重叠弧段比较，实现了平动点飞行CE．2全程2．10km的定轨精度，在平稳飞行阶段轨道精度优于5km。(4)为CE-2小行星探测试验提供轨道支持。交会前最后两次轨道修正期间只有13天时间，而实现小