萤火一号火星探测器星星掩星接收机设计实现.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI第30卷2013年第4期文章编号：1006-1630(2013)04一0192一03萤火一号火星探测器星星掩星接收机设计实现杜起飞，孙越强，陶鹏，史春艳(中国科学院空间科学与应用研究中心，北京lOOl90)摘要：对萤火一号(YH一1)火星探测器星星掩星接收机设计实现进行了研究。给出星星掩星探测原理和设计的掩星接收机。性能和地面仿真测试结果表明：掩星接收机各项性能指标优良，灵敏度高，满足中俄联合火星电离层无线电掩星观测试验高精度的探测需求。关键词：电离层；掩星；高灵敏度；接收机中图分类号：TN85文献标志码

2、：ADesignandRealizationofSateUite_SateUiteoccultationReceiVerforYH—lMarsProbeDUQi—fei，SUNYue—qiang，TAOPeng，SHIChun—yan(CenterforSpaceScienceandAppliedResearch，ChineseAcademyofScience，Be瑶ingl00190，China)Abstract：ThedesignandrealizationofsatelIite-satelIiteradiooccuItationreceiv

3、eronYH一1Marsprobewerestudiedinthispaper．TheprincipleofsateIlite—satelliteradiooccultationandthereceiverdesignedweregivenout．TheperformancetestresuItandobscurationeventsimuIationshowedthatthereceiverhadexcelIentperformancesandhighsensitivity，whichmettherequirementofhighaccurac

4、ymeasurementinionospheresatellit}satelliteradiooccultatlonofChina—RussiajointMarsexploration．Keywords：Ionosphere；0ccultation；Highsensitivity；Receiver0引言对火星电离层的研究从20世纪60年代一直延续至今。已采取的探测手段主要为就位探测和星地无线电掩星探测。掩星探测可长期稳定地观测电离层结构，但其局限是掩星试验受地球电离层等离子体扰动的影响，探测精度不高[如夜间电离层火星全球勘探者(MGs)探测精度为

5、3×109m1]；掩星试验受地球～火星一太阳运行的几何关系限制，只能探测火星的天顶角42。～138。区域内的电离层[1j。中俄联合探测火星的掩星探测为国际首次星星掩星探测，计划探测以往电离层探测的盲区(正午和子夜区域)。掩星探测接收机灵敏度一145dBm，相位测量精度优于5％，仿真反演得到夜间电离层探测精度可达4×108m～，是历史上首次高精度探测。本文对YH一1火星探测器星星掩星接收机设计收稿日期：2012一09·25作者简介：杜起飞(1981一)，男，高级工程师，主要从事无线电掩星接收机及相关技术研究。实现进行了研究。1星星掩星探测原理无线电

6、掩星观测试验选用单、双频信号为发射源。单频模式要求星上发射源时钟稳定度较高，减小时钟抖动带来的误差。双频模式可消除时钟抖动误差，适当降低对发射源时钟稳定度的要求。中俄联合火星探测中星星无线电掩星探测采用双频方案。中俄联合星星无线电掩星探测基本原理为：当两颗探测器到达一定轨道位置后，福布斯火星探测器上掩星发射机发出双频无线电波，该无线电波穿过电离层，受火星电离层折射作用，发生弯曲到达YH一1火星探测器上的掩星接收机，如图1所示。不同频率的无线电波受火星电离层影响产生的相位扰动各异。掩星接收机可记录双频无线电波受电离层影响引起的载波相位变化量，经数据

7、反演可得火星电离层的电子密度剖面。电离层电子浓度总含量(TEC)钎。。又称电离层第30卷2013年第4期杜起飞，等：萤火一号火星探测器星星掩星接收机设计实现、FGSC火星探测器、图l火星电离层星星掩星探测原理Fig．1PrincipIeofsatellitetosateIIiteoccuItationofMarsion惦phere电子浓度柱含量、积分含量等。a。。。的空间分布及时间变化反映电离层的主要特性。a。。。定义为给定频率的无线电波沿传播路径的电子密度积分raTE(一N。(s)ds．(1)Jraypath式中：N。为电子密度；s为传播路径中

8、的位移皿引。用折射率可计算沿传播路径的电子密度。由相位折射指数一阶展开式，折射率r卵一1一丢N。．(2)J式中：C≈40．3m2／s；，