一种基于VLBI的高精度太空飞行器轨道测量方法与流程

本发明属于无线电工程，信息通信技术，高精度时空测量的技术领域，特别涉及一种基于vlbi的高精度太空飞行器轨道测量方法。

背景技术：

嫦娥一号在西昌卫星发射中心发射升空，以中科院上海天文台为指挥调度中心的vlbi系统，为嫦娥一号卫星提供测轨支撑。这个由上海佘山、北京密云、昆明及乌鲁木齐南山等4个站点组成的测量网，将继续完成卫星长期运行期间的测轨任务，长达1年，推测，vlbi技术有望成为探月二期、三期工程和火星探测任务的重要测轨手段。

除了国家航天测控网，由上海天文台、国家天文台北京总部、昆明天文台、乌鲁木齐天文站的四台大型射电望远镜和上海vlbi数据处理中心组成的中科院vlbi网，也将首次应用到绕月探测工程首次飞行任务的精确测轨工作中。

所谓vlbi(即甚长基线干涉)技术，就是将几台射电望远镜，通过干涉的方法联网同时工作，使其测量精度或测量分辨率，等效于一台巨型望远镜。这项技术在国际上主要用于天文研究、天体测量和测地学，有时也用于对深空探测卫星的事后精密定轨进行科学研究。但在航天工程中，利用vlbi技术对人造卫星进行工程测轨还未曾有过，我国将首次实现。

射电望远镜可以接收发自卫星的信号。vlbi技术的神奇之处在于，即使某台射电望远镜的口径只有几十米，但它一旦与东南西北不同方位的同类望远镜联网，在测量精度和测量分辨率方面，其口径就相当于各望远镜之间的地理跨度。

此次上海等四地联网的“超级望远镜”，其口径相当于4座城市的地理跨度——3000多公里，分辨率达到能看清月球上一个足球场大小的目标，测角数据相当精准。

此外，上海天文台还参加国际合作，进行vlbi发展的大型实验，其中今年8月，上海与澳洲、欧洲望远镜联网，在三大洲间架起一座“万公里”口径望远镜，并成功进行了首次跨越洲际的实时vlbi观测，实验持续2个小时，得到了清晰的观测结果。

vlbi系统的性能一个最关键的指标是：望远镜的等效口径，其中vlbi系统的等效口径就是物理射电望远镜的地理跨度。如果提升这个等效口径，就能够有效提升太空飞行器轨道测量精度。

技术实现要素：

为了解决上述技术难题，考虑到地球的尺度，在地区上等效口径的极限就是“万公里”，本发明提出一种方法，突破地球的限制，利地球外太空的点放置射电望远镜，从而大幅度提升vlbi系统的“口径”，从而实现卫星轨道的测量精度。

具体提供了一种基于vlbi的高精度太空飞行器轨道测量方法，包括具有vlbi系统的设备、信息接收端、数据处理中心，所述vlbi系统的设备将要测量的参数数据传送至地球上的信息接收端，所述信息接收端将数据传送至数据处理中心，进行数据的处理，其中所述设备包括多个在外太空点位置建设的射电望远镜，地球上点位置建设的射电望远镜，以及所有射电望远镜之间能够信息传送的网络基站。

作为改进，其中外太空点位置为两个以上点的集合记为点群，所述点群的每个点在外太空中均沿固定的轨道，所述轨道与地球、或月球、或太阳的运行轨道形成固定的相对空间位置或者沿稳定可知的轨道运行。

作为改进，其中点群的点在太空中运行轨道为地球赤道上空的圆形轨道，与地球表面距离为35786km，运行轨道的半径为42164.167km的集合。

作为改进，其中点群为太阳-地球拉格朗日点l1、l2位置的点的集合，或太阳-地球拉格朗日点l4、l5位置的集合，其中太阳-地球拉格朗日点l1：运行轨道为在太阳与地球之间直线上，距离地球150万公里；太阳-地球拉格朗日点l2：运行轨道为沿太阳与地球直线且背离地球的外延直线上，距离地球150万公里；太阳-地球拉格朗日点l4、l5：运行轨道均为与太阳、地球组成等边三角形，边长为太阳与地球之间的距离。

作为改进，其中点群为地球-月球拉格朗日点l1、l2、l3、l4、l5位置的点的集合，其中地球-月球拉格朗日点l1：运行轨道为地球与月球之间直线上，距离地球32万公里；地球-月球拉格朗日点l2：沿地球与月球直线的背离月球的外延直线上，距离地球45万公里；地球-月球拉格朗日点l3、l4、l5：均为以地球为中心距离地球38.4万公里的圆形轨道位置的点。

作为改进，其中点群为点在太空中运行轨道为距离地球的相对距离是可测可知的点的集合。

有益效果：本发明提供的基于vlbi的高精度太空飞行器轨道测量方法，是在外太空设置射电望远镜的位置点并不限于特定的点，而是一些固定轨道上位置、或相对某些星球固定空间位置的点的集合，点群，能够突破地球常规距离的限制，利用地球外太空的点放置的望远镜，大幅度地提升vlbi系统的口径，从而实现卫星轨道的测量精度。

附图说明

图1为本发明地球与月球的拉格朗日点位置示意图。

图2为本发明地球与太阳的拉格朗日点位置示意图。

具体实施方式

下面对本发明附图结合实施例作出进一步说明。

一种基于vlbi的高精度太空飞行器轨道测量方法，包括具有vlbi系统的设备、信息接收端、数据处理中心，所述vlbi系统的设备将要测量的参数数据传送至地球上的信息接收端，所述信息接收端将数据传送至数据处理中心，进行数据的处理，其中所述设备包括多个在外太空点位置建设的射电望远镜，地球上点位置建设的射电望远镜，以及所有射电望远镜之间能够信息传送的网络基站。

其中外太空点位置为两个以上点的集合记为点群，所述点群的每个点在外太空中均沿固定的轨道，所述轨道与地球、或月球、或太阳的运行轨道形成固定的相对空间位置。

作为另一具体的实施方式，其中点群的点在太空中运行轨道为地球赤道上空的圆形轨道，与地球表面距离为35786km，运行轨道的半径为42164.167km的集合。

作为另一具体的实施方式，其中点群为太阳-地球拉格朗日点l1、l2位置的点的集合，或太阳-地球拉格朗日点l4、l5位置的集合，其中太阳-地球拉格朗日点l1：运行轨道为在太阳与地球之间直线上，距离地球150万公里；太阳-地球拉格朗日点l2：运行轨道为沿太阳与地球直线且背离地球的外延直线上，距离地球150万公里；太阳-地球拉格朗日点l4、l5：运行轨道均为与太阳、地球组成等边三角形，边长为太阳与地球之间的距离。

作为另一具体的实施方式，其中点群为地球-月球拉格朗日点l1、l2、l3、l4、l5位置的点的集合，其中地球-月球拉格朗日点l1：运行轨道为地球与月球之间直线上，距离地球32万公里；地球-月球拉格朗日点l2：沿地球与月球直线的背离月球的外延直线上，距离地球45万公里；地球-月球拉格朗日点l3、l4、l5：均为以地球为中心距离地球38.4万公里的圆形轨道位置的点。

作为另一具体的实施方式，其中点群为点在太空中运行轨道为距离地球的相对距离是可测可知的点的集合。

具体实施方式

目前按照延迟测量精度约为0.1纳秒，测量射电源的位置的精度达到千分之几角秒，作为现有的对照例某某研究院的vlbi网是测轨系统的一个分系统，它目前由北京、上海、昆明和乌鲁木齐的四个望远镜以及位于上海的天文台的数据处理中心组成，这样一个网所构成的望远镜分辨率相当于口径为3000多公里的巨大的综合望远镜，测角精度可以达到百分之几角秒，甚至更高。

实施例1

各个射电望远镜之间时间差测量精度：0.1纳秒，这个值在计算中不变。按照无线电的速度，以300000000m/s计算；则各个射电望远镜之间计算的距离的误差为：0.1ns*300000000m/s＝0.03m。

在飞行器距离地球相同距离的情况下，这个0.03m相对于vlbi“口径”的比值，就是测量角度误差的计算依据，基本呈现线性相关。

当选择太阳-地球拉格朗日点l4、l5建设射电望远镜，vlbi系统的“口径”能够通过空间几何学原理计算出能提升15000倍。那么，在其他条件不变的情况下，对于飞行器轨道角度的测量误差将会降低到目前的1/15000。或者在保持同等角度测量误差的情况下，可以探测飞行器的距离变为目前的15000倍，为飞出太阳系的飞行器的轨道测量做好准备。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。