基于逆同波束干涉测量技术实现月球旋转测量的方法技术

本发明专利技术提供一种基于逆同波束干涉测量技术实现月球旋转测量的方法，包括：在地面布置相距50km以内的两个地面测站；在月球表面布置两个信号源；第1地面测站GS

【技术实现步骤摘要】
基于逆同波束干涉测量技术实现月球旋转测量的方法
本专利技术属于天体测量
，具体涉及一种基于逆同波束干涉测量技术实现月球旋转测量的方法。
技术介绍
月球激光测距技术是目前月球旋转测量中最主要的方法。通过测量到月球表面的多个激光合作目标的距离，实现对月球旋转的测量，并获得月球自身的状态的变化情况。在传统的甚长基线干涉测量(VeryLongBaselineInterferometry，VLBI)基础上的衍生的I-VLBI(InverseVLBI，逆VLBI)技术也是目前月球旋转测量的一种有效方式。其基本原理如图1所示：假设位于月球的表面有两个信号源，分别为第1信号源S1和第2信号源S2。在地面布置有第1地面测站GS1。第1地面测站GS1分别接收第1信号源S1和第2信号源S2发送的下行信号，并进行相关处理，获得第1信号源S1和第2信号源S2到达同一第1地面测站GS1的光行时之差，也称为几何时延。根据信号源与地面测站构成的几何位置关系有Δτg＝Bgs1/c；其中，Δτg为几何时延；B为第1信号源S1到第2信号源S2的基线长度；s1为：从第1信号源S1方向看，第1地面测站GS1的方向向量；c为光速。由此公式可知几何时延观测量中包含了基线B的信息。由于月球表面的第1信号源S1和第2信号源S2是随着月球旋转的，因此，基线的状态变化包含了月球的旋转信息，通过测量几何时延即可测量月球旋转参数。由于月球的旋转非常的微小，为了测量月球旋转，测量量的精度要求非常高。目前，月球激光测距的精度在厘米量级，改进后的设备的测量精度也只能达到数毫米。然而，利用逆VLBI技术进行月球旋转测量时，由于信号传播路径上引入的介质误差难以很好消除，测量精度较差，难以满足月球旋转测量要求。在当前测量精度条件下，月球旋转等信息将淹没在误差信号中而不能被发现。目前，该项技术的研究以日本和欧空局为代表，两者分别从不同的角度出发对I-VLBI技术进行改进。日本提出I-VLBI测量的方法，其在实现上较为复杂。首先，其增加了一个环绕月球飞行的轨道器，地面站向轨道器发送上行信号，轨道器向第1信号源S1和第2信号源S2转发接收到的地面站信号；其次，轨道器、信号源均工作在相干模式下，通过相干转发保证两个信号源下行信号与地面站上行信号相干。该方法涉及月面两个信号源与轨道器信号的频率的同步，此外该方法需要双向测距等，其实现较为复杂、技术难度相对较大。欧空局基于同波束的原理提出了一种新的方法，对于月面的两个信号源配置相同的深空数字应答机，地面同一测站发送上行信号，两个信号源接收上行信号后进行转发，最后地面接收转发的下行信号并进行处理。该方法的实现难度较日本提出I-VLBI测量的方法实现较为简单，但该方法的缺点在于：需要配置多个完全相同的深空数字应答机，并且需要地面的同一天线进行测量。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种基于逆同波束干涉测量技术实现月球旋转测量的方法，可有效解决上述问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种基于逆同波束干涉测量技术实现月球旋转测量的方法，包括以下步骤：步骤1，在地面布置相距50km以内的两个地面测站，分别为第1地面测站GS1和第2地面测站GS2；在月球表面布置两个信号源，分别为第1信号源S1和第2信号源S2；步骤2，假设第1地面测站GS1为主站，第2地面测站GS2为副站，利用光纤时频传递技术将主站的时频信号传递至副站，实现第1地面测站GS1和第2地面测站GS2的时间和频率共享；步骤3，设置第1信号源S1和第2信号源S2工作在相干状态下；第1地面测站GS1分别向第1信号源S1和第2信号源S2发送上行信号，第1信号源S1和第2信号源S2接收到上行信号后进行相干转发；同时，第2地面测站GS2分别向第1信号源S1和第2信号源S2发送上行信号，第1信号源S1和第2信号源S2接收到上行信号后进行相干转发；步骤4，第1地面测站GS1和第2地面测站GS2同时接收第1信号源S1转发的下行信号，并进行信号相位估计，获得第1站间相位差；第1地面测站GS1和第2地面测站GS2同时接收第2信号源S2转发的下行信号，并进行信号相位估计，获得第2站间相位差；步骤5，基于第1站间相位差和第2站间相位差，获得第1信号源S1和第2信号源S2之间的差分站间相位差，再根据多频点同波束干涉测量原理解算到第1信号源S1和第2信号源S2到地面站的差分时延值；步骤6，建立第1信号源S1和第2信号源S2构成的基线与差分时延值的关系；步骤7，根据基线与差分时延值的关系，解算到月球旋转信息。优选的，步骤4中，第1地面测站GS1和第2地面测站GS2同时接收第1信号源S1转发的下行信号，并进行信号相位估计，获得第1站间相位差，具体为：对于第1信号源S1，其下行信号包含一个载波信号和两对DOR音信号；其中，载波信号记为C，两对DOR音信号分别记为-D2、-D1、D1、D2；载波信号、-D2音信号、-D1音信号、D1音信号、D2音信号的第1站间相位差分别记为其中，i＝C、-D2、-D1、D1、D2；由于第1站间相位差结果中包含了信号源时延真实值对应的相位，电离层、对流层以及仪器设备引入的相位误差，可表示为：其中：对于当i＝C、-D2、-D1、D1、D2时，分别代表第1信号源S1对应的载波信号、-D2音信号、-D1音信号、D1音信号、D2音信号的信号频率，单位为Hz；是第1信号源S1对应的目标航天器时延真实值，单位为s；是第1信号源S1对应的电离层引入的时延误差，单位为s；是第1信号源S1对应的对流层引入的时延误差，单位为s；是第1信号源S1对应的仪器设备引入的时延误差，单位为s；是第1信号源S1对应的两个测站的钟差引入的时延误差，单位为s；是第1信号源S1对应的系统随机误差，单位为s；对于第2信号源S2，其下行信号同样包含一个载波信号和两对DOR音信号；其中，载波信号记为C，两对DOR音信号分别记为-D2、-D1、D1、D2；载波信号、-D2音信号、-D1音信号、D1音信号、D2音信号的第2站间相位差分别记为其中，i＝C、-D2、-D1、D1、D2；由于第2站间相位差结果中包含了信号源时延真实值对应的相位，电离层、对流层以及仪器设备引入的相位误差，可表示为：其中：对于当i＝C、-D2、-D1、D1、D2时，分别对应载波信号、-D2音信号、-D1音信号、D1音信号、D2音信号的信号频率，单位为Hz；是第2信号源S2对应的目标航天器时延真实值，单位为s；是第2信号源S2对应的电离层引入的时延误差，单位为s；是第2信号源S2对应的对流层引入的时延误差，单位为s；是第2信号源S2对应的仪器设备引入的时延误差，单位为s；是第2信号源S2对应的两个测站的钟差引入的时延误差，单位为s；是第2信号源S2对应的系统随机误差，单位为s。优选的，步骤5具体为：第1信号源S1和第2信号源S2之间的差分站间相位差表示为其中：i＝C、-D2、-D1、D1、D2；对于Δφi，当i＝C、-D2、-D1、D1、D2时，分别对应载波信号的差分站间相位差、-D2音信号的差分站间相位差、-D1音信号的差分站间相位差、D1音信号的差分站间相位差和D2音信号的的差分站间相位差；对于fi，当i＝C、-D2、-D1、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于逆同波束干涉测量技术实现月球旋转测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在地面布置相距50km以内的两个地面测站，分别为第1地面测站GS

【技术特征摘要】
1.一种基于逆同波束干涉测量技术实现月球旋转测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在地面布置相距50km以内的两个地面测站，分别为第1地面测站GS1和第2地面测站GS2；在月球表面布置两个信号源，分别为第1信号源S1和第2信号源S2；步骤2，假设第1地面测站GS1为主站，第2地面测站GS2为副站，利用光纤时频传递技术将主站的时频信号传递至副站，实现第1地面测站GS1和第2地面测站GS2的时间和频率共享；步骤3，设置第1信号源S1和第2信号源S2工作在相干状态下；第1地面测站GS1分别向第1信号源S1和第2信号源S2发送上行信号，第1信号源S1和第2信号源S2接收到上行信号后进行相干转发；同时，第2地面测站GS2分别向第1信号源S1和第2信号源S2发送上行信号，第1信号源S1和第2信号源S2接收到上行信号后进行相干转发；步骤4，第1地面测站GS1和第2地面测站GS2同时接收第1信号源S1转发的下行信号，并进行信号相位估计，获得第1站间相位差；第1地面测站GS1和第2地面测站GS2同时接收第2信号源S2转发的下行信号，并进行信号相位估计，获得第2站间相位差；步骤5，基于第1站间相位差和第2站间相位差，获得第1信号源S1和第2信号源S2之间的差分站间相位差，再根据多频点同波束干涉测量原理解算到第1信号源S1和第2信号源S2到地面站的差分时延值；步骤6，建立第1信号源S1和第2信号源S2构成的基线与差分时延值的关系；步骤7，根据基线与差分时延值的关系，解算到月球旋转信息。2.根据权利要求1所述的基于逆同波束干涉测量技术实现月球旋转测量的方法，其特征在于，步骤4中，第1地面测站GS1和第2地面测站GS2同时接收第1信号源S1转发的下行信号，并进行信号相位估计，获得第1站间相位差，具体为：对于第1信号源S1，其下行信号包含一个载波信号和两对DOR音信号；其中，载波信号记为C，两对DOR音信号分别记为-D2、-D1、D1、D2；载波信号、-D2音信号、-D1音信号、D1音信号、D2音信号的第1站间相位差分别记为其中，i＝C、-D2、-D1、D1、D2；由于第1站间相位差结果中包含了信号源时延真实值对应的相位，电离层、对流层以及仪器设备引入的相位误差，可表示为：其中：对于当i＝C、-D2、-D1、D1、D2时，分别代表第1信号源S1对应的载波信号、-D2音信号、-D1音信号、D1音信号、D2音信号的信号频率，单位为Hz；是第1信号源S1对应的目标航天器时延真实值，单位为s；是第1信号源S1对应的电离层引入的时延误差，单位为s；是第1信号源S1对应的对流层引入的时延误差，单位为s；是第1信号源S1对应的仪器设备引入的时延误差，单位为s；是第1信号源S1对应的两个测站的钟差引入的时延误差，单位为s；是第1信号源S1对应的系统随机误差，单位为s；对于第2信号源S2，其下行信号同样包含一个载波信号和两对DOR音信号；其中，载波信号记为C，两对DOR音信号分别记为-D2、-D1、D1、D2；载波信号、-D2音信号、-D1音信号、D1音信号、D2音信号的第2站间相位差分别记为其中，i＝C、-D2、-D1、D1、D2；由于第2站间相位差结果中包含了信号源时延真实值对应的相位，电离层、对流层以及仪器设备引入的相位误差，可表示为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈少伍，黄磊，喻韬，孙威，石善斌，李赞，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九二一部队，
类型：发明
国别省市：北京,11