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我国探月工程的定轨精度评估

作　者: 王威
导　师: 黄珹；胡小工
学　校: 中国科学院研究生院（上海天文台）
专　业: 天体测量与天体力学
关键词: 月球探测奔月轨道环月轨道误差源月球重力场精密定轨轨道预报
分类号: P171
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 509次
引　用: 8次
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内容摘要

2004 年1 月,我国探月计划“嫦娥1 号”工程正式启动,这标志着我国的深空探测进入了实际操作阶段。探月工程将分“绕”、“落”、“回”3个阶段来具体实施。随着我国航天事业的发展,对空间飞行器的定轨精度要求越来越高。目前,我国火箭运载的能力可以确保把总重约2.5 吨的飞行器送到约38 万公里的地月距离处,但保证其准确进入环月飞行工作轨道则有赖于地面测控系统的精密定轨和轨道预报。经多次反复论证,我国探月工程决定,探月飞行器的测控工作,以我国的联合S 波段(USB)测控系统为主,辅以中国科学院的甚长基线射电干涉(VLBI)测量系统进行精密定轨。本文以我国正在实施的探月计划“嫦娥1 号”工程为背景,分析了在我国USB 测控网和VLBI 跟踪网的现有空间分布、观测弧段和尽可能接近真实情况的误差源等前提下的探月飞行器的精密定轨。“嫦娥1 号”的整个飞行过程包括以地球为中心的调相轨道飞行、地月系之间的奔月飞行轨道以及环月轨道的飞行。各轨道段有不同的轨道特征,为此,本文重点分析了影响奔月飞行器和环月飞行器定轨精度的主要误差源,以及观测量精度、观测资料类型等对定轨的影响。在环月阶段,月球重力场误差是影响定轨的最主要的误差源,本文采用减缩动力学法,即采用合适的经验加速度参数吸收重力场误差对定轨的影响。采用的方法是仿真模拟计算,即首先模拟观测数据,然后在计入各误差源的影响后进行求解,并对解算结果进行比较。仿真模拟的工具是美国宇航局哥达德飞行中心的空间数据分析软件系统GEODYNⅡ。　仿真的计算结果表明:采用USB 测距、测速和VLBI 时延,时延率联合定轨能够提高定轨和轨道预报精度。在奔月阶段,提高观测量精度(时延)和减小测量船的点位误差将有助于提高定轨精度,而在环月阶段,采用减缩动力学方法和提高月球重力场精度将有助于提高定轨精度。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-9
第一章引言  9-12
  1.1 我国探月工程的背景介绍  9-11
  1.2 本文的工作  11-12
第二章 VLBI技术简介  12-22
  2.1 VLBI技术概述  12-13
  2.2 VLBI几何原理  13-18
  2.3 VLBI技术用于深空导航的历史与进展  18-22
    2.3.1 国外VLBI技术的应用与进展  18-20
    2.3.2 我国VLBI技术的发展与前景  20-22
第三章测量模型与动力学模型  22-34
  3.1 测量模型  22-24
  3.2 时间系统与坐标系统  24-26
    3.2.1 时间系统  24-25
    3.2.2 坐标系统  25-26
  3.3 动力学模型  26-31
    3.3.1 地球非球形引力摄动  26-27
    3.3.2 月球非球形引力摄动  27-28
    3.3.3 N体摄动  28
    3.3.4 固体潮摄动  28-29
    3.3.5 月球扁率摄动与地球扁率的间接摄动  29-30
    3.3.6 太阳光压摄动  30
    3.3.7 大气阻力摄动  30-31
    3.3.8 相对论影响  31
  3.4 大型动力学定轨软件GEODYNⅡ功能简介及其定轨流程  31-34
第四章影响奔月飞行器定轨精度的误差源分析  34-53
  4.1 引言  34-35
  4.2 仿真方法  35-38
    4.2.1 “真实轨道”与模拟观测数据的产生  35-36
    4.2.2 仿真计算的具体步骤  36-37
    4.2.3 利用模拟观测数据考察各误差源对定轨精度的影响  37-38
  4.3 算例  38-39
  4.4 定轨结果与讨论  39-52
    4.4.1 奔月飞行前24小时,精密定轨和轨道预报仿真计算结果与讨论  39-45
    4.4.2 奔月飞行大约3.5天(奔月轨道83-115h),精密定轨和轨道预报仿真计算结果与讨论  45-52
  4.5 小结  52-53
第五章影响环月飞行器定轨精度的误差源分析  53-74
  5.1 引言  53-54
  5.2 月球重力场误差  54-56
  5.3 仿真方法  56-58
    5.3.1 “真实轨道”与模拟观测数据的产生  56-57
    5.3.2 仿真计算的具体步骤  57
    5.3.3 减缩动力学方法  57-58
    5.4.4 利用模拟观测数据考察各误差源对定轨精度的影响  58
  5.4 算例  58-59
  5.5 定轨结果与讨论  59-73
    5.5.1 考察月球重力场对环月飞行器定轨精度的影响  59-65
    5.5.2 考察观测量精度、初始时刻的先验轨道误差以及观测资料类型对环月飞行器定轨精度的影响  65-73
  5.6 小结  73-74
第六章总结与展望  74-76
  6.1 论文工作的总结  74-75
  6.2 进一步工作展望  75-76
参考文献  76-79
附录  79

我国探月工程的定轨精度评估

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