月球探测器S/L频段测控导航方法及装置与流程

本发明涉及深空测控，尤其涉及一种月球探测器s/l频段测控导航方法及装置。

背景技术：

1、当前月球探测器的跟踪测量主要采用s频段、由地基测控设备和器上测控应答机配合完成，因此，地基测控资源只能采用分时分配的方式为月球探测器提供测量与导航支持。但随着无人和载人月球探测工程的不断推进，在轨的月球探测器越来越多，而地面测控资源非常有限，利用传统地基测量方式对月球探测器进行导航遇到瓶颈。全球导航卫星系统(gnss)能够同时为多个不同目标提供高精度自主导航服务，可有效降低地基测量系统对布站几何、设备性能和工作弧段的要求，同时可以和地基系统互为备份、融合数据处理，从而进一步提升导航的可靠性和精度。但是，在地月空间范围内应用gnss技术进行导航，面临信号减弱、可见星数更少、测量几何更差等难题。因此，如何综合利用地基测量和gnss技术扬长避短，从而实现月球探测器实时、自主导航是国内外研究的热点技术之一。

2、如果能够在现有s频段测控上行信号中加调伪距测量信号和站址、测距修正量等辅助信息，并综合利用该信息和gnss导航信号对探测器进行导航，可以有效改善gnss接收信号弱、可见星数量少的问题。但是，目前月球探测器的测控和导航功能是分开设计实现的，s频段测控信号和l频段导航信号分别通过测控应答机和gnss导航接收机单独处理，不能满足探测器的一体化、轻量化设计要求。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种月球探测器s/l频段测控导航方法及装置，综合月球探测器测控s频段和gnss导航l频段信号接收进行一体化设计，在正常测控的同时实现联合测量与导航定位，满足月球探测器的一体化、轻量化设计要求。

2、为实现上述发明目的，本发明提供一种月球探测器s/l频段测控导航方法，包括以下步骤：

3、步骤s1、s频段测控天线接收来自地面站的s频段测控上行信号，所述s频段测控上行信号包含测控上行信息和导航辅助信息；l频段导航天线接收来自gnss导航卫星发射的l频段导航信号，所述l频段导航信号包含导航信息；

4、步骤s2、将接收到的所述s频段测控上行信号经低噪声放大器分成两路信号并经下变频，生成测控基带信号和导航辅助基带信号；所述l频段导航信号经放大、下变频生成导航基带信号；

5、步骤s3、测控应答接收模块对所述测控基带信号中的所述测控上行信息进行解调；

6、步骤s4、gnss导航接收模块对所述导航辅助基带信号中的所述导航辅助信息和所述导航基带信号中的所述导航信息进行解调；

7、步骤s5、所述gnss导航接收模块综合所述导航辅助信息和所述导航信息进行月球探测器导航定位。

8、根据本发明的一个技术方案，所述导航辅助信息包括伪码测距和站址信息以及测距修正量，所述测距修正量包括钟差和信号传播延迟误差修正量，所述钟差为地面站原子钟与系统时的偏差量，所述信号传播延迟误差修正量包括对流层和电离层对信号产生的折射误差修正量。

9、根据本发明的一个技术方案，所述步骤s5中进行月球探测器导航定位包括：

10、所述gnss导航接收模块利用所述导航辅助信息对地面站伪距测量量进行误差修正，同时利用gnss导航信息对所述导航卫星伪距测量量进行误差修正，联合两类测量量建立相应的状态方程和测量方程并进行线性化，利用自适应扩展卡尔曼滤波实现月球探测器导航定位。

11、根据本发明的一个方面，本发明提供了一种月球探测器s/l频段测控导航一体机，用于实现上述的方法，包括：

12、s频段测控天线，用于接收来自地面站的s频段测控上行信号；所述s频段测控信号包含有导航辅助信息和测控信息；

13、l频段导航天线，用于接收来自gnss导航卫星发射的l频段导航信号，所述l频段导航信号包含有导航信号；

14、s频段lna，用于与所述s频段测控天线连接，对所述s频段测控上行信号进行放大，并将放大后的所述s频段测控上行信号分成两路信号；

15、l频段lna，用于与所述l频段导航天线连接，对所述l频段导航信号进行放大；

16、第一下变频器和第二下变频器，与所述s频段lna连接，分别根据一路放大后的所述s频段测控上行信号生成测控基带信号和导航辅助基带信号；

17、第三下变频器，与所述l频段lna连接，用于根据放大后的所述l频段导航信号生成导航基带信号；

18、星上频率源，与所述第一下变频器、所述第二下变频器和所述第三下变频器连接，用于为所述第一下变频器、所述第二下变频器和所述第三下变频器提供基准信号；

19、测控应答接收模块，与所述第一下变频器连接，用于对所述测控基带信号中的测控上行信息进行解调；

20、gnss导航接收模块，与所述第二下变频器和所述第三下变频器连接，用于对所述导航辅助基带信号中的导航辅助信息、所述导航信号中的导航信息进行解调，并综合所述导航辅助信息和导航信息进行月球探测器导航定位。

21、在上述技术方案中，所述导航辅助信息包括伪码测距和站址以及测距修正量，所述测距修正量包括钟差和信号传播延迟误差修正量，所述钟差为地面站原子钟与系统时的偏差量，所述信号传播延迟误差修正量包括对流层和电离层对信号产生的折射误差修正量。

22、本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

23、本发明提出了一种月球探测器s/l频段测控导航方法及装置，在月球探测器现有s频段正常测控条件下，接收处理地面站伪距和辅助导航信息，同时接收l频段的gnss导航卫星信号，在不影响现有测控性能和gnss导航性能的前提下，一体化实现地面站和gnss卫星联合的测量与导航，从而优化月球探测器器载测控设备的设计，满足月球探测器的一体化、轻量化设计要求，具有广阔的实际工程应用前景。

24、本发明可同时进行辅助导航信息和导航信息以及测控信息的处理，从而实现测控和导航的同时作业，缩短了月球探测器利用gnss卫星进行自主导航的流程和时间，降低了gnss卫星导航的时延，满足月球探测器自主导航对导航信息和辅助导航信息处理的时效性的要求，提高了月球探测器gnss卫星导航的准确性。

技术特征：

1.一种月球探测器s/l频段测控导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的月球探测器s/l频段测控导航方法，其特征在于，所述导航辅助信息包括伪码测距和站址信息以及测距修正量，所述测距修正量包括钟差和信号传播延迟误差修正量，所述钟差为地面站原子钟与系统时的偏差量，所述信号传播延迟误差修正量包括对流层和电离层对信号产生的折射误差修正量。

3.根据权利要求1所述的月球探测器s/l频段测控导航方法，其特征在于，所述步骤s5中进行月球探测器导航定位包括：

4.一种月球探测器s/l频段测控导航装置，其特征在于，用于实现如权利要求1至3任意一项权利要求所述的方法，包括：

5.根据权利要求4所述的月球探测器s/l频段测控导航装置，其特征在于，所述导航辅助信息包括伪码测距和站址以及测距修正量，所述测距修正量包括钟差和信号传播延迟误差修正量，所述钟差为地面站原子钟与系统时的偏差量，所述信号传播延迟误差修正量包括对流层和电离层对信号产生的折射误差修正量。

技术总结
本发明涉及一种月球探测器S/L频段测控导航方法及装置，方法包括：S频段测控天线接收S频段测控上行信号；L频段导航天线接收L频段导航信号；S频段测控上行信号经低噪声放大器分成两路信号并经下变频，生成测控基带信号和导航辅助基带信号；L频段导航信号经放大、下变频生成导航基带信号；测控应答接收模块对测控基带信号进行解调；GNSS导航接收模块对导航辅助基带信号和导航基带信号进行解调；GNSS导航接收模块综合导航辅助信息和导航信息进行月球探测器导航定位。本发明可在不影响测控性能和GNSS导航性能的前提下，一体化实现地面站和GNSS卫星联合的测量与导航，从而优化月球探测器器载测控设备的设计，具有广阔的实际工程应用前景。

技术研发人员：李海涛,樊敏,李赞,徐得珍
受保护的技术使用者：中国人民解放军63921部队
技术研发日：
技术公布日：2025/3/3