基于同波束VLBI的火星车测定位技术

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1、中国科学：物理学力学天文学2015年第45卷第9期：099502《中国科学>杂志社SCIENTIASlNICAPhysica．Mechanica＆Astronomicaphys．scichina．comSCIENCECHINAPRESS基于同波束VLBI的火星车测定位技术刘庆会，吴亚军，黄勇，贺庆宝，李培佳，郑鑫中国科学院上海天文台，上海200030$联系人．E-mail：liuqh@shao．aC．cn收稿日期：2015—06—02；接受日期：2015—06—18；网络出版日期：2015—07．30国家自然科学基金(

2、批准号：11273049，11473059，11403076，11473056)、空间毫米波VLBI阵列背景型号(编号：XDA04060705)、上海市导航与定位重点实验室(编号：3912DZ227330001)、中国科学院射电天文重点实验室和中国科学院行星科学实验室资助项目摘要火星车的位置测定具有重要的工程意义和科学意义．本文针对火星车和轨道器的实际搭载能力，提出了利用轨道器的测距数据，以及火星车和轨道器的同波束VLBI观测数据开展火星车高精度测定位和轨道器测定轨的方法，给出了火星车和轨道器同波束VLBI差分相时延解

3、算方法并分析了其测量误差．火星车和轨道器的联合定轨定位的仿真分析结果表明，利用弧段数小时的轨道器测距，以及火星车和轨道器的同波束VLBI差分相时延数据，有望实现误差数百米的火星车定位和误差数十米的轨道器定轨．这些研究成果对今后的火星探测工程有重要的应用价值．关键词同波束VLBI，火星车，轨道器，测定轨，测定位PACS：95．55．Pe，95．55．Jz，95．55．Brdoi：】0．1360／SSPMA2015．00287深空探测是继月球探测之后，我国空间科学与敏度，与对视线方向的测速测距数据结合后，可对探技术发展的新

4、挑战．创新型深空探测任务对持续提测器的轨道进行三维约束，从而快速提高定轨定位升我国深空探测和科学发现能力，推动国家重大科精度．VLBI的基本观测量为时延．由于无线电波总技创新具有重要意义．深空多模式探测如轨道环绕、是先通过地球电离层和大气层后才能到达地面上的表面着陆、巡游、采样、浮空探测等，可获取更全面射电望远镜，故测得的时延中不可避免地有电离层更深层的探测技术和科学数据，这些探测往往需要多和大气的影响．此外，观测装置的时延不稳定性也是个探测器共同完成任务，如火星探测中有火星车和轨影响测量精度的重要因素．在嫦娥三号等任

5、务中，我道器．火星车的精密测定位和轨道器的精密测定轨是们利用单向差分测距(△D0R)技术交替观测探测器和实现火星探测工程任务和科学探测的重要前提．射电源以改正观测装置内部时延并结合GPS技术等深空探测器的定位和定轨，主要有测距、测速和来改正地球大气和电离层时延，把VLBI时延测量误甚长基线干涉(VLBI)~角三种手段．VLBI对与视线差降至0．67ns，成功实现了误差50m的着陆器月面垂直方向上的探测器的轨道和位置变化有很高的灵定位『l]．在深空探测中，VLBI将发挥更加重要的作引用格式：刘庆会，吴亚军，黄勇，等．基于

6、同波束VLBI的火星车测定位技术．中国科学：物理学力学天文学，2015，45：099502LiuQH，WuYJ，HuangY，eta1．MarsroverpositioningtechnologybasedonSame-BeamVLBI(inChinese)．SciSin—PhysMechAstron，2015，45099502，doi：101360／SSPMA2015—00287曩了刘庆会等．中国科学：物理学力学天文学2015年第45卷第9期用．ADOR技术已成为美国和欧It深空探测器测定轨r／=．，其中，1-1．2

7、2之间．在x频段的8500的常用方法．例如，2011年11月发射的好奇号火星车MSL的ADOR型VLBI时延测量误差降至0．04ns，MHz观测时，我国VLBI网口径最大的上海65m和在2．6x10km远的火星捕获段和进入段，其天平面最小的上海25m射电望远镜的波束宽度分别为内的约束能力达到约400m[6]．利用VLBI和测速测0．038。和0．1。，对应到最近距离5．5xlOkm的火星处，可进行同波束VLBI观测的范围分别为36475和距数据，好奇号火星车在B平面的定位精度达到了约200m【6J_95986km．所以

8、，对于直径6794km火星表面的火星车和轨道高度数千千米的环火轨道器来说，同波束传统的适合于单个探测器测定轨的ADOR型VLBI观测机会极多．VLBI技术，在用于多个深空探测器的测定轨时面临火星车和轨道器的同波束VLBI差分时延测量模两个难题：一是必须交替观测射电源和多个探测器，型如下：无法同时获取各探测器的测量数据：二是测量精度