深空測控?zé)o線電測量技術(shù)

內(nèi)容概要

唐歌實(shí)所著的《深空測控?zé)o線電測量技術(shù)》結(jié)合我國航天工程的進(jìn)展，針對深空測控?zé)o線電測量技術(shù)，介紹了深空測控的背景，測距測速、甚長基線干涉測量技術(shù)、差分干涉測量技術(shù)、同波束干涉測量技術(shù)、連接端干涉測量技術(shù)等深空測控?zé)o線電干涉測量技術(shù)，應(yīng)用于干涉測量過程的誤差修正技術(shù)，干涉測量技術(shù)應(yīng)用實(shí)例，最后對無線電測量技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。
《深空測控?zé)o線電測量技術(shù)》可供從事深空探測研究的科研人員、航天測控領(lǐng)域工程師和管理人員使用，也可供高校和科研院所相關(guān)專業(yè)研究生參考。

書籍目錄

第1章  概述
  1.1  深空測控
    1.1.1  功能及特點(diǎn)
    1.1.2  深空測控發(fā)展趨勢
  1.2  無線電測量技術(shù)
  1.3  深空測控網(wǎng)
    1.3.1  功能與特點(diǎn)
    1.3.2  國外深空測控網(wǎng)
    1.3.3  國內(nèi)深空測控網(wǎng)
  參考文獻(xiàn)
第2章  時(shí)空坐標(biāo)框架與軌道動(dòng)力學(xué)
  2.1  概述
  2.2  時(shí)空參考坐標(biāo)系
    2.2.1  適用于地球范圍的參考系
    2.2.2  月球坐標(biāo)系
    2.2.3  其他天體相關(guān)坐標(biāo)系
  2.3  軌道動(dòng)力學(xué)
    2.3.1  動(dòng)力學(xué)建模
    2.3.2  攝動(dòng)分析理論與力模型選取
  參考文獻(xiàn)
第3章  測距測速
  3.1  測距
    3.1.1  側(cè)音測距
    3.1.2  偽隨機(jī)碼測距
    3.1.3  測距誤差源
  3.2  再生測距
    3.2.1  概述
    3.2.2  深空測距探討
    3.2.3  再生測距與透明轉(zhuǎn)發(fā)測距比較
    3.2.4  PN碼測距
    3.2.5  再生測距誤差
  3.3  測速
    3.3.1  多普勒測速原理
    3.3.2  測速方式
    3.3.3  測速誤差源
  參考文獻(xiàn)
第4章  甚長基線干涉測量技術(shù)
  4.1  技術(shù)背景
    4.1.1  技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
    4.1.2  技術(shù)特性及發(fā)展趨勢
  4.2  原理與算法
    4.2.1  基本原理
    4.2.2  數(shù)學(xué)模型
    4.2.3  算法流程
    4.2.4  條紋搜索
  4.3  仿真驗(yàn)證與精度分析
    4.3.1  仿真驗(yàn)證
    4.3.2  精度分析
  參考文獻(xiàn)
第5章  差分干涉測量技術(shù)
  5.1  概述
    5.1.1  技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
    5.1.2  技術(shù)特性
  5.2  DOR／DOD基本原理與算法
    5.2.1  基本原理
    5.2.2  數(shù)學(xué)模型
    5.2.3  算法流程
  5.3  △DOR／△DOD測量技術(shù)
    5.3.1  基本原理
    5.3.2  算法流程
  5.4  仿真驗(yàn)證與精度分析
    5.4.1  仿真驗(yàn)證
    5.4.2  精度分析
  5.5  △VLBL觀測綱要
    5.5.1  概述
    5.5.2  觀測綱要的編制
    5.5.3  觀測前的系統(tǒng)檢測
  參考文獻(xiàn)
第6章  同波束干涉測量技術(shù)
  6.1  技術(shù)背景及發(fā)展歷程
    6.1.1  技術(shù)背景及評述
    6.1.2  技術(shù)發(fā)展歷程
  6.2  基本原理與算法
    6.2.1  基本原理
    6.2.2  處理算法數(shù)學(xué)模型
    6.2.3  整周模糊度解算
    6.2.4  算法流程
  6.3  精度分析
    6.3.1  太陽等離子體誤差
    6.3.2  電離層誤差
    6.3.3  對流層誤差
    6.3.4  系統(tǒng)噪聲
    6.3.5  色散相位偏移
    6.3.6  振蕩器漂移
    6.3.7  基線測量誤差
    6.3.8  地面站設(shè)備誤差
  6.4算法原理仿真驗(yàn)證
  參考文獻(xiàn)
第7章  連接端干涉測量技術(shù)
  7.1  技術(shù)背景
    7.1.1  發(fā)展現(xiàn)狀
    7.1.2  技術(shù)評述
  7.2  關(guān)鍵技術(shù)
    7.2.1  解算整周模糊度
    7.2.2  時(shí)間同步和頻率傳遞技術(shù)
  7.3  精度分析
    7.3.1  系統(tǒng)噪聲
    7.3.2  站址不確定性
    7.3.3  時(shí)鐘不穩(wěn)定性
    7.3.4  對流層延遲變化的不確定性
    7.3.5  電離層誤差
  參考文獻(xiàn)
第8章  測量誤差修正技術(shù)
  8.1  測量誤差影響因素
  8.2  傳播介質(zhì)誤差修正
    8.2.1  對流層延遲誤差修正
    8.2.2  電離層延遲誤差修正
    8.2.3  太陽等離子區(qū)誤差修正
  8.3  測量系統(tǒng)誤差修正
    8.3.1  綜述
    8.3.2  PCAL信號特性分析
    8.3.3  PCAL信號處理算法
    8.3.4  仿真驗(yàn)證與精度分析
  8.4  站址誤差修正
    8.4.1  高精度GPS法
    8.4.2  數(shù)據(jù)擬合法
    8.4.3  站址模型法
  參考文獻(xiàn)
第9章  干涉測量技術(shù)應(yīng)用實(shí)例
  9.1  VLBI實(shí)測數(shù)據(jù)分析
    9.1.1  數(shù)據(jù)源信息
    9.1.2  結(jié)果分析
  9.2  DOR／DOD實(shí)測數(shù)據(jù)分析
    9.2.1  DOR實(shí)例1
    9.2.2  DOR實(shí)例2
    9.2.3  DOD實(shí)例
  9.3  PCAL實(shí)測數(shù)據(jù)分析
    9.3.1  數(shù)據(jù)源信息
    9.3.2  結(jié)果分析
  9.4  測速實(shí)測數(shù)據(jù)分析
  參考文獻(xiàn)
第10章  無線電測量技術(shù)未來發(fā)展方向
  10.1  新體制VLBI技術(shù)
    10.1.1  實(shí)時(shí)VLBI
    10.1.2  空間VLBI
    10.1.3  Ka頻段干涉測量
  10.2  天線組陣技術(shù)
    10.2.1  發(fā)展歷程
    10.2.2  關(guān)鍵技術(shù)
    10.2.3  發(fā)展趨勢
  10.3  測距、測速技術(shù)
    10.3.1  測距
    10.3.2  測速
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   1）軟硬件相關(guān)處理機(jī) 相關(guān)處理機(jī)是干涉測量技術(shù)的核心數(shù)據(jù)處理設(shè)備，是復(fù)雜的高速信號處理系統(tǒng)。觀測信號的互相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)功率譜密度在相關(guān)處理機(jī)中得到，相關(guān)處理機(jī)分為硬件相關(guān)處理機(jī)和軟件相關(guān)處理機(jī)兩種。兩種相關(guān)處理機(jī)原理相同，但實(shí)現(xiàn)方法不同。硬件相關(guān)處理機(jī)是用于多通道寬帶高速頻譜分析的一臺超級專用計(jì)算機(jī)，比較適合處理高速數(shù)據(jù)流。雖然硬件相關(guān)處理機(jī)適合處理高速數(shù)據(jù)流，但是它造價(jià)高、體積龐大而且難以攜帶，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也導(dǎo)致其研制和修改費(fèi)用高昂。近年來，隨著通用計(jì)算機(jī)性能的大幅度提高，利用軟件方法進(jìn)行相關(guān)處理逐漸成為可能，軟件相關(guān)處理機(jī)的研制逐漸展開。相對于硬件相關(guān)處理機(jī)，軟件相關(guān)處理機(jī)因具有相對成本低、可擴(kuò)展性好、使用方便、隨著通用計(jì)算機(jī)性能迅速提高等特點(diǎn)，將逐漸替代硬件相關(guān)處理機(jī)。 在20世紀(jì)80年代，日本采用Foxtran語言編程研制的XF型軟件相關(guān)處理機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于條紋檢測。荷蘭的歐洲VLBI聯(lián)合研究所（JIVE）也已將軟件相關(guān)處理機(jī)應(yīng)用于射電天文學(xué)中臺站測試領(lǐng)域。美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室從1996年開始了對SOFTC軟件相關(guān)處理機(jī)的研究，該軟件相關(guān)處理機(jī)已經(jīng)在2001年成功應(yīng)用于火星探測器定軌。日本鹿兒島大學(xué)研制的窄帶軟件相關(guān)處理機(jī)應(yīng)用在實(shí)時(shí)VLBI系統(tǒng)中，同時(shí)日本通信綜合研究所（CRL）從1999年開始研制采用C語言編程的軟件相關(guān)處理機(jī)。 2）實(shí)時(shí)VLBI技術(shù)發(fā)展 隨著通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已出現(xiàn)了實(shí)時(shí)VLBI技術(shù)，該技術(shù)用數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)代替磁帶記錄與傳輸，將數(shù)據(jù)直接傳至數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理。實(shí)時(shí)VLBI技術(shù)的特點(diǎn)主要有：有望實(shí)現(xiàn)無人值守的全自動(dòng)天文、航天器觀測和數(shù)據(jù)處理，提高觀測可靠性；節(jié)省昂貴、笨重的磁帶記錄設(shè)備，降低磁帶運(yùn)輸管理費(fèi)用和損耗風(fēng)險(xiǎn)；利用現(xiàn)代通信技術(shù)有望突破現(xiàn)有磁帶技術(shù)的帶寬瓶頸，通過擴(kuò)展帶寬提高觀測靈敏度；通過實(shí)時(shí)檢測干涉條紋，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)VLBI站氫鐘之問的高精度時(shí)間同步，并保障整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和觀測的成功率；對于現(xiàn)在同時(shí)存在有VLBI的多種記錄格式，格式兼容有較大困難，實(shí)時(shí)VLBI沒有磁帶記錄，采用全數(shù)字系統(tǒng)，沒有了復(fù)雜的格式轉(zhuǎn)換障礙，便于采用通用格式。 1975年，美國和加拿大利用美、加實(shí)驗(yàn)通信衛(wèi)星聯(lián)合做了世界上首次實(shí)時(shí)VLBI試驗(yàn)，當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到了20Mb／s。20世紀(jì)80年代初，美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的DSN為空間飛行器的跟蹤導(dǎo)航也建立了準(zhǔn)實(shí)時(shí)VLBI系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸率為56kb／s。在日本，目前已經(jīng)有兩種E—VLBI系統(tǒng)從2004年起被商業(yè)化，一種是日本通信綜合研究所開發(fā)的K5-IP—VLBI系統(tǒng)，一種是日本國立天文臺設(shè)計(jì)開發(fā)的sRT—P窄帶多通道VLBI系統(tǒng)。 日本的KSP在1996年建立了實(shí)時(shí)VIJBI系統(tǒng)，通過專用網(wǎng)絡(luò)傳輸每臺站256Mb／s的觀測數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)可以同時(shí)對4臺站共6條基線進(jìn)行相關(guān)處理。目前，日本已經(jīng)建立了基于專用光纖網(wǎng)的（Giga-b／s）應(yīng)用于測地和天體物理的寬帶實(shí)時(shí)VLBI試驗(yàn)網(wǎng)，同時(shí)也正在研究利用窄帶公共電話網(wǎng)和衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)VLBI系統(tǒng)。 歐洲VLBI網(wǎng)（EVN）和美國NRAO最近均提出了利用光纖連接構(gòu)成實(shí)時(shí)VLBI網(wǎng)的計(jì)劃，同時(shí)也正在研制能用于實(shí)時(shí)VLBI的Mark5和VSI終端系統(tǒng)。美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室也提出了用于深空導(dǎo)航和站性能測試的窄帶實(shí)時(shí)相關(guān)處理系統(tǒng)，以及相應(yīng)的軟件相關(guān)處理機(jī)系統(tǒng)。俄羅斯也正在開展空間VLBI的準(zhǔn)實(shí)時(shí)VLBI軟件相關(guān)處理機(jī)系統(tǒng)的研究。 2011年8月23日，歐盟宣布其研究的實(shí)時(shí)電子甚長基線干涉測量技術(shù)（e-VLBI）取得突破性進(jìn)展，該技術(shù)能生成實(shí)時(shí)、高分辨率的天文圖像，能夠接收16個(gè)望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，每個(gè)望遠(yuǎn)鏡的傳輸速度為1Gb／s。 雖然實(shí)時(shí)VLBI技術(shù)作為干涉測量技術(shù)重要發(fā)展方向，已經(jīng)得到很大程度發(fā)展，但是仍面臨通信“最后1km”問題、通信網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用巨大等問題。 3）空間VLBI技術(shù) 為了擺脫地球直徑的限制，增加基線長度以追求更高的分辨率，早在20世紀(jì)70年代初，科學(xué)家就設(shè)想利用衛(wèi)星攜帶的空間射電望遠(yuǎn)鏡與地面上的射電望遠(yuǎn)鏡組成干涉儀，形成空間VLBI的概念。20世紀(jì)80年代，美國和歐洲開始計(jì)劃第一代空間VLBI項(xiàng)目QUASAT，該計(jì)劃詳細(xì)論證了發(fā)展空間VLBI的技術(shù)要求和科學(xué)目標(biāo)，QuASAT雖未被批準(zhǔn)，卻在空間VLBI的發(fā)展歷程中扮演了開拓者的角色。1986年-1988年間進(jìn)行的三次’FDRSS通信衛(wèi)星和地面兩個(gè)64m望遠(yuǎn)鏡的VLBI觀測獲得成功，該試驗(yàn)證明了關(guān)于空間VLBI的認(rèn)知是切實(shí)可行的，為以后空間VLBI的發(fā)展鋪平了道路。在20世紀(jì)80年代中后期，當(dāng)時(shí)的蘇聯(lián)和日本先后啟動(dòng)了RadioAstron和VSOP（VLBI Space Observatorv Program）兩個(gè)空間VLBI計(jì)劃，由于某些原因，RadioAstron計(jì)劃至今未實(shí)現(xiàn)。日本的VSOP計(jì)劃于1997年2月12日執(zhí)行，將一等效口徑為8m的射電望遠(yuǎn)鏡安裝在衛(wèi)星上，形成了射電衛(wèi)星HALCA，并成功送上太空，此射電天線和20多面在地球上的射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行干涉測量，標(biāo)志著有效基線長度第一次延伸到地球之外，是人類首個(gè)成功實(shí)施的空間VLBI計(jì)劃。 未來空間VLBI發(fā)展的重要趨勢是基線的進(jìn)一步拉長，即軌道高度的進(jìn)一步提升?？臻gVLBI可以提高天體測量的角分辨率；可以獲得更精細(xì)的射電圖像；并且有助于拓寬頻段和射電譜線觀測；可以實(shí)現(xiàn)概念清晰的地固系，也即同時(shí)解算初測站的坐標(biāo)位置、地心原點(diǎn)和地球定向參數(shù)EOP序列，而且還是目前唯一可用于直接連接地固參考系、天球慣性參考系和衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)參考系3個(gè)參考系的空間技術(shù)。與此同時(shí)，將VLBI站布設(shè)在空間，能有效避開地球定向及大氣對時(shí)延觀測量的干擾。 世界上其他國家也提出了發(fā)射射電衛(wèi)星進(jìn)行空間VLBI觀測的計(jì)劃。如蘇聯(lián)在20世紀(jì)80年代中期提出了SVLBI計(jì)劃RADIOASTRON，原計(jì)劃1999年將一個(gè)口徑為10m的射電望遠(yuǎn)鏡送上繞地橢圓軌道。美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和歐洲空間局也提出了QuASATVS—ORT計(jì)劃；美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和國家射電天文臺（NRAO）（包括日本空間和宇航科學(xué)研究所ISAS及國立天文臺NAO）的科學(xué)家在1994年下半年向NASA提出了ARISE計(jì)劃。

編輯推薦

《深空測控?zé)o線電測量技術(shù)》講述了不斷完善的航天VLBI測控網(wǎng)，并已成功進(jìn)行了深空觀測、地球同步衛(wèi)星和大橢率地球衛(wèi)星軌道的精密測量，取得了極好的效果。此書可供從事深空探測研究的科研人員、航天測控領(lǐng)域工程師和管理人員使用，也可供高校和科研院所相關(guān)專業(yè)研究生參考。

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