《深空測控GNSS應(yīng)用技術(shù)》以GNSS應(yīng)用于深空導(dǎo)航為出發(fā)點(diǎn)，從月球探測器導(dǎo)航的時(shí)間與坐標(biāo)系統(tǒng)、動力學(xué)模型和測量模型、地月空間GNSS信號特征、基于GNSS的月球探測器精密定軌和自主導(dǎo)航算法以及工程應(yīng)用實(shí)例等方面開展詳細(xì)論述。本書詳細(xì)介紹了深空導(dǎo)航中涉及的時(shí)間與坐標(biāo)系統(tǒng)，動力學(xué)模型和測量模型；針對典型月球探測任務(wù)各階段計(jì)算分析了GNSS信號的可見性、動態(tài)性和精度因子；給出了GNSS測量數(shù)據(jù)用于月球探測器精密定軌的算法，對實(shí)測數(shù)據(jù)定軌精度進(jìn)行分析，全面評估了月球探測任務(wù)全弧段GNSS定軌精度；提出了基于GNSS測量的月球探測器自主導(dǎo)航算法，分析了自主導(dǎo)航的精度等。在此基礎(chǔ)上，還提出了未來載人月球探測和小行星探測等任務(wù)應(yīng)用GNSS技術(shù)的新方向。
本書理論與實(shí)踐并重，可供深空測控相關(guān)工程技術(shù)人員參考，也可作為深空探測器精密定軌等專業(yè)方向的科研人員的參考讀物。
《深空測控GNSS應(yīng)用技術(shù)》結(jié)合我國探月工程測控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐的相關(guān)成果,系統(tǒng)介紹了探月軌道GNSS的特征、基于GNSS的月球探測器精密定軌和自主導(dǎo)航技術(shù)等內(nèi)容。
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)已廣泛應(yīng)用于陸地、海洋、航空航天等領(lǐng)域，可以為用戶提供高精度自主導(dǎo)航服務(wù)。但在更遠(yuǎn)的地月空間應(yīng)用GNSS技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航，面臨信號減弱、可見星數(shù)少、測量幾何差等難題。為此，本書結(jié)合我國探月工程測控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐的最新成果，系統(tǒng)介紹了探月軌道的GNSS特征、基于GNSS的月球探測器精密定軌和自主導(dǎo)航，以及將GNSS應(yīng)用于深空測控的關(guān)鍵技術(shù)等。本書主要特點(diǎn)是技術(shù)原理與工程應(yīng)用相結(jié)合，既含基礎(chǔ)知識又有創(chuàng)新研究成果，從理論基礎(chǔ)、工程實(shí)踐和技術(shù)驗(yàn)證等方面進(jìn)行了詳細(xì)論述，對我國月球與深空探測導(dǎo)航體系建設(shè)和發(fā)展具有推動作用。
本書第1章從GNSS技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展、月球探測器導(dǎo)航技術(shù)，引出了將GNSS技術(shù)應(yīng)用于深空測控的重要性和面臨的挑戰(zhàn)； 第2章和第3章介紹了深空測控涉及的時(shí)間與坐標(biāo)系統(tǒng)、動力學(xué)模型和測量模型等； 第4章、第5章和第6章是本書的重點(diǎn)，分別論述了探月軌道的GNSS特征、基于GNSS的月球探測器精密定軌和自主導(dǎo)航； 第7章對GNSS應(yīng)用于深空測控的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了論述。
本書由樊敏、李海濤和黃勇共同完成，樊敏負(fù)責(zé)全書的策劃和統(tǒng)稿，并完成第1章、第2章、第5章、第6章的撰寫； 李海濤完成第4章、第7章的撰寫； 黃勇完成第3章的撰寫。在本書的撰寫過程中，中國科學(xué)院上海天文臺的胡小工、
李培佳、周善石、唐成盼和北京跟蹤與通信技術(shù)研究所的董光亮、李贊、黃磊、王宏、程承、陳少伍、徐得珍、辛?xí)陨约氨本┖教祜w行控制中心的曹建峰等提供了相關(guān)文獻(xiàn)資料和有益幫助，在此一并表示感謝。
由于作者學(xué)識和水平有限，書中難免有疏漏之處，誠請讀者批評指正。
作者
2024年1月
樊敏,主要從事月球與深空測控總體技術(shù)工作和航天器精密定軌及其應(yīng)用研究，承擔(dān)了我國探月工程和行星探測工程等多項(xiàng)重大工程的測量與導(dǎo)航精度評估和方案設(shè)計(jì)工作。
李海濤，主要從事深空測控系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)與技術(shù)研究工作，是我國深空測控系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)者之一；現(xiàn)任探月工程四期嫦娥七號、嫦娥八號副總設(shè)計(jì)師。
黃勇，主要從事空間飛行器精密定軌及其應(yīng)用研究，先后參與了我國月球探測、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航和自主火星探測等國家重大專項(xiàng)工程。
第1章緒論
1.1GNSS技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展
1.2GNSS在更高軌道上的應(yīng)用
1.3月球探測器導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展
1.4未來月球與深空測控面臨的挑戰(zhàn)
參考文獻(xiàn)
第2章時(shí)間與坐標(biāo)系統(tǒng)
2.1時(shí)間系統(tǒng)
2.2坐標(biāo)系統(tǒng)
2.2.1大地坐標(biāo)系
2.2.2站心坐標(biāo)系
2.2.3月球地理坐標(biāo)系
2.2.4月面當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系
2.2.5月固坐標(biāo)系和月面當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的轉(zhuǎn)換
2.3常數(shù)系統(tǒng)
2.3.1基礎(chǔ)常數(shù)
2.3.2測站坐標(biāo)及改正
參考文獻(xiàn)
第3章動力學(xué)模型和測量模型
3.1動力學(xué)模型
3.1.1主要攝動力模型
3.1.2月球重力場模型對定軌精度的影響分析
3.2GNSS測量模型
3.2.1偽距/相位測量模型
3.2.2差分偽距/相位測量模型
3.2.3相位平滑偽距測量模型
3.3地基測量模型
3.3.1雙向測距和多普勒測量
3.3.2差分干涉測量
3.3.3同波束干涉測量
3.4本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章探月軌道的GNSS特征
4.1GNSS信號可見性分析
4.1.1姿態(tài)建模
4.1.2鏈路分析
4.1.3實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證
4.2GNSS信號動態(tài)性分析
4.3位置精度因子
4.4地月轉(zhuǎn)移軌道段分析
4.4.1軌道特征和仿真場景
4.4.2可見性
4.4.3動態(tài)性
4.4.4精度因子
4.5環(huán)月軌道段分析
4.5.1可見性
4.5.2動態(tài)性
4.5.3精度因子
4.6動力下降和月面工作段分析
4.6.1動力下降段的動態(tài)性和精度因子
4.6.2月面工作段的動態(tài)性和精度因子
4.7對接收機(jī)設(shè)計(jì)的建議和要求
4.8本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第5章基于GNSS的月球探測器精密定軌
5.1精密定軌算法
5.2GNSS數(shù)據(jù)精密定軌
5.2.1GNSS衛(wèi)星星歷插值算法
5.2.2差分觀測量的定軌解算
5.2.3遞歸求解鐘差算法
5.3實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證
5.3.1GRACE衛(wèi)星精密定軌
5.3.2HEO和GEO衛(wèi)星精密定軌
5.4CE-5T1轉(zhuǎn)移軌道實(shí)測數(shù)據(jù)定軌精度分析
5.4.1GNSS數(shù)據(jù)定軌分析
5.4.2定軌預(yù)報(bào)精度分析
5.4.3GNSS測量數(shù)據(jù)殘差分析
5.5CE-5轉(zhuǎn)移軌道天地基聯(lián)合定軌精度分析
5.5.1測量與導(dǎo)航體系設(shè)計(jì)
5.5.2導(dǎo)航精度評估
5.5.3討論和結(jié)論
5.6典型探月任務(wù)全弧段GNSS定軌預(yù)報(bào)精度仿真分析
5.6.1地月轉(zhuǎn)移軌道段
5.6.2環(huán)月軌道段
5.6.3動力下降和月面工作段
5.7本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第6章基于GNSS的月球探測器自主導(dǎo)航
6.1自主定軌算法
6.2CE-5T1轉(zhuǎn)移軌道段實(shí)測數(shù)據(jù)分析
6.3CE-5T1環(huán)月軌道段實(shí)測數(shù)據(jù)分析
6.4本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第7章GNSS應(yīng)用于深空測控的關(guān)鍵技術(shù)
7.1高靈敏度GNSS接收機(jī)技術(shù)
7.1.1高靈敏度GNSS信號快速捕獲技術(shù)
7.1.2高靈敏度GNSS信號穩(wěn)定跟蹤技術(shù)
7.1.3高靈敏度幀同步及電文解調(diào)技術(shù)
7.2地面輔助GNSS導(dǎo)航技術(shù)
7.2.1輔助月球探測器GNSS接收機(jī)信號捕獲的方法
7.2.2月球探測器測控導(dǎo)航一體化設(shè)計(jì)
參考文獻(xiàn)
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