基于火星快车飞掠数据的火卫一低阶重力场反演

精确的火卫一(Phobos)重力场模型可为其内部结构建模提供重要的约束,深入地了解火卫一内部结构将为解释其起源与演化以及太阳系的演化提供重要的依据.目前火卫一的重力场模型还未精确测定.为了获得火卫一低阶重力场模型,首次综合处理了火星快车号(Mars Express)在2010和2013年两次飞掠火卫一的多普勒轨道跟踪数据.在解算过程中,通过对探测器各种摄动力模型的高精度建模,融合两次飞掠数据,最终获得的火卫一GM为(7.0768±0.0084)×10~5m~3/s~2,C_(20)系数为-0.1370±0.0392,C_(22)系数为0.0184±0.0174,其值与火星快车MaRS射电科学团队公布的结果相吻合,精度提高了2–3倍.由GM求得的火卫一质量m为(1.060±0.0011)×10~(16)kg,结合形状模型确定的火卫一体积(5742±35)km~3,计算出火卫一的体密度为(1847±11)kg/m~3.     

基于着陆器地基测量的火星定向参数确定

火星定向参数的精确测定对约束火星内部结构以及极区干冰变化的建模具有重要意义.基于未来的火星着陆任务,仿真分析了利用双程多普勒与距离测量方法直接跟踪着陆器,解算火星定向参数所能达到的精度.结果表明,通过双程多普勒和双程测距直接跟踪火星着陆器超过200个工作日,将显著提高火星岁差、章动以及日长变化参数的精度,约800个工作日后,岁差参数精度可较目前提高5–10倍,章动参数精度可达到10–30 mas,日长变化与钱德勒摆动参数精度可收敛至5–10 mas,这一精度水平可以满足研究火星内部结构与大气物质交换的需要.通过分析不同纬度着陆器的解算结果,发现高纬度的着陆器有必要进行距离测量,以保持岁差和章动参数的解算精度.此外,研究还发现,当火星星历误差小于75 m时,双程多普勒数据解算火星定向参数的精度不受影响,而对于双程测距数据来说,只有当火星历表精度优于0.15 m时,定向参数的解算结果才具有可信性.     

基于嫦娥一号卫星激光测高观测的月球地形模型CLTM-s01

利用中国第一颗探月卫星嫦娥一号第一次正飞阶段获取的约300多万个有效激光测高数据点, 得到了改进的360阶次球谐函数展开月球全球地形模型CLTM-s01(Chang’E-1 Lunar Topography Model s01). 该模型以月球质心为参考球心, 以月球平均半径1738 km正球面为参考基准, 径向高程测量精度约为31 m, 沿赤道区域空间分辨率约为0.25°(7~8 km). 该模型首次利用激光测高数据得到月球极区高精度高分辨率月球地形图, 在空间覆盖、模型精度和空间分辨率上较早期模型均有较大改进. 利用该模型得到的月球平均半径为(1737013±2) m, 月球的赤道半径为(1737646±4) m, 月球的极半径为(1735843±4) m, 月球的形状扁率为1/963.7526, 月球的形状中心和质量中心在月固坐标系下的偏差为(-1.777, -0.730, 0.237) km. CLTM-s01所得到的月球形状基本参数与历史值相当, 但由于有更强的两极观测数据约束, 由该模型计算出的这些参数可信度更高.     

深空探测用数字开环多普勒技术初步研制及其在嫦娥一号探测任务中的应用

基于数字无线电技术, 开发了用于卫星视线方向速度测量的无线电开环多普勒测量方法和技术原理样机. 并在嫦娥一号卫星测轨任务中进行了观测试验, 利用卫星转发的S波段载波信号进行开环多普勒测量. 结果显示, 在1 s积分情况下, 嫦娥一号卫星的开环多普勒测量精度RMS达到3 mm/s（1σ）, 这已经与目前使用的USB （Unified S-Band, 统一S波段）测速数据的精度水平相当. 这个测量精度主要受制于上行站原子钟的短期稳定度. 进一步通过两站开环差分测量的办法, 可以有效地消除信号发射时的原子钟频率漂移和不稳定性, 使得测量精度RMS提高到1 mm/s （1σ）. 开环多普勒数据和差分数据已经开始尝试用于嫦娥一号卫星的定轨, 数据的精度评估和科学应用也将逐步展开. 这项技术的研制成功将对我国未来深空探测有重要的意义.     

对“嫦娥”一号激光高度计数据的外部标定

在利用“嫦娥”一号绕月卫星激光高度计LAM载荷数据获取月面高程时,测量数据在月球质心固连坐标系中的径向误差是主要的观测误差来源之一．数据分析表明,“嫦娥”一号探测器和LAM载荷的使用了两级晶体振荡器,它们的独立工作导致的星．地时间同步和飘移将给激光测高数据带来误差．本文对激光高度计LAM数据中存在的时标漂移、卫星轨道径向误差以及LAM晶体振荡器地面定标的系统整体偏差等进行了分析和修正,实现了对激光高度计数据的外部标定,三类误差来源的大小范围分别是0．7—1．2m,～10m,一145m．在此基础上得到了新的360阶次的地形模型CLTM—s03．利用新得到的地形模型发现菲兹杰拉德一杰克逊盆地和南极区域的阿门德森一甘斯温特盆地是月面II型质量瘤区域．     

基于高分辨率卫星重力和地形数据的月球Apollo撞击坑物理参数反演

针对表面载荷模型较难反演撞击坑物理参数,以往重力地形数据因分辨率低不适合大多数小尺度撞击坑物理特征分析,提出构建新的撞击坑载荷模型.结合内部载荷和最新高分辨率卫星重力地形数据,对Apollo撞击坑平均月壳厚度、平均月壳密度、载荷比、填充物比率和岩石圈弹性厚度等物理参数进行反演.结果表明模型导纳谱很好地拟合了观测导纳谱.本文求解的平均月壳厚度比较支持最新研究结果 34 km,平均月壳密度2480 kg/m3与最新给出的平均月壳密度2550 kg/m3相接近.研究区域的弹性厚度偏小,约为7 km.较小的弹性厚度可能与撞击坑地理位置及早期撞击事件有关,也可能与月球岩石圈的力学性质有关.     

卫星导航定位课程教学研究与实践

该文针对非大地测量专业研究生卫星导航定位课程的教学内容和授课模式进行了探讨,在传统的课堂授课的基础上,增加了专题讲座与课堂讨论,激发了学生的学习兴趣。实践表明,该方式对学生深入掌握卫星导航定位概念和原理起到了较好的促进作用。     

嫦娥一号绕月卫星对月球重力场模型的优化

月球重力场是揭示月球内部结构和物质组成的重要信息,探测月球重力场仍然是绕月探测任务中的重要科学目标之一．在已有月球重力场模型基础上,利用嫦娥一号探测数据,并结合“月女神”一号探测器、月球勘察者（LP）及早期月球探测器轨道跟踪数据,本文解算得到了高精度月球重力场模型CEGM02（100阶次）,在CEGM01月球重力场模型基础上对模型进行了优化．对新模型的分析结果表明,嫦娥一号卫星轨道跟踪数据的融入,使得对月球重力场长波长部分的解算精度有显著提高,相比于SGMl00h模型在5阶以内精度提高约2倍,在10阶以内有明显贡献,在20阶内都有贡献．初步判断这是由于嫦娥一号卫星轨道动量轮卸载的频度不足“月女神”的1／4,而同时轨道相对较高所导致．文中结合CEGM02和激光测月观测结果解算了月球平均转动惯量0．393446（±0．000006）,对月球内部构造研究提供了更强的约束．     

对“火星快车”探测器的三程多普勒观测实验

笔者基于数字无线电技术，开发了基于卫星视向速度提取的开环测量技术和原理样机。利用中国VLBI网，针对欧洲航天局（ESA）的“火星快车”（Mars Express）探测器进行了三程多普勒观测实验。目前结果显示，在1秒积分情况下，“火星快车”的三程多普勒测量精度RMS达到1mm／s，这一精度与通常的双程多普勒水平相当。三程多普勒数据已经开始尝试用于嫦娥一号卫星的定轨，在提高卫星横向速度分辨上有明显的优势，同时增加了有效观测时间。