專利名稱：一種利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用地球站實(shí)現(xiàn)深空探測(cè)器跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用地球 站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法。
背景技術(shù)：
深空探測(cè)是人類了解地球、太陽(yáng)系和宇宙，進(jìn)而考察、勘探和定居太陽(yáng)系其它天體 的第一步。深空探測(cè)主要包括月球探測(cè)、行星探測(cè)、行星際探測(cè)和星際探測(cè)。通過(guò)深空探測(cè)， 可以幫助人類研究太陽(yáng)系及宇宙的起源、演變和現(xiàn)狀，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)地球環(huán)境的形成和演變， 認(rèn)識(shí)空間現(xiàn)象和地球自然系統(tǒng)之間的關(guān)系。從現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，對(duì)深空的探測(cè)和開(kāi)發(fā)具有 十分重要的科學(xué)和經(jīng)濟(jì)意義。月球是地球唯一的天然衛(wèi)星，是距離地球最近的天體，它一直 是人類觀察研究的對(duì)象，是人類開(kāi)展深空探測(cè)的首選目標(biāo)，因?yàn)樵虑蚓哂锌晒┤祟愰_(kāi)發(fā)和 利用的各種獨(dú)特資源，也是人類向外層空間發(fā)展的理想基地和前哨站。因此，實(shí)現(xiàn)月球探測(cè) 具有廣泛而重要的意義。目前，國(guó)際上掀起了新一輪的月球探測(cè)熱潮，歐空局、日本、印度以及我國(guó)都在近 幾年向月球發(fā)射了繞月探測(cè)器，美國(guó)也規(guī)劃了新的月球探測(cè)計(jì)劃。然而，實(shí)現(xiàn)月球探測(cè)首先 需要解決的就是對(duì)月球探測(cè)器的跟蹤問(wèn)題?，F(xiàn)有的月球探測(cè)器跟蹤方法主要是利用地球站 天線接收月球探測(cè)器發(fā)回的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)月球探測(cè)器的精確定位。再根據(jù)定位的結(jié)果，計(jì)算 出月球探測(cè)器的運(yùn)行軌道，之后根據(jù)月球探測(cè)器的運(yùn)行軌道計(jì)算得出地球站的跟蹤計(jì)劃， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)月球探測(cè)器的跟蹤。上述通用的地球站對(duì)月球探測(cè)器的跟蹤方法存在一定程度的缺陷。首先，在現(xiàn)有 的月球探測(cè)器跟蹤方法中，基本上都是采用統(tǒng)一 S波(UnifiedS-Band，USB)測(cè)距測(cè)速的方 法實(shí)現(xiàn)對(duì)月球探測(cè)器的定位，這種無(wú)線電技術(shù)可直接測(cè)量月球探測(cè)器相對(duì)于觀測(cè)站的視向 距離和視向速度，在傳統(tǒng)的地球衛(wèi)星和深空探測(cè)器的跟蹤定位上得到廣泛的使用。但隨著 探測(cè)器高度的增加，由于測(cè)量精度的制約和系統(tǒng)誤差的變大，定軌精度也越來(lái)越差。例如， 歐空局發(fā)射的Smart-I月球探測(cè)器的常規(guī)軌道確定主要使用USB進(jìn)行測(cè)距和測(cè)速，其測(cè)距 精度約20m，測(cè)速精度約lmm/s。導(dǎo)致在Smart-I探測(cè)器執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中，它的定軌精度并 不高，位置精度約為數(shù)公里。其次，在對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的過(guò)程中，需要計(jì)算月球探測(cè)器精密星歷，之后再 利用月球探測(cè)器精密星歷計(jì)算得出月球探測(cè)器的跟蹤計(jì)劃文件。而在計(jì)算月球探測(cè)器精密 星歷時(shí)，由于初始計(jì)算的精密星歷步長(zhǎng)較大，需要對(duì)精密星歷進(jìn)行插值處理。目前在插值過(guò) 程中通常使用拉格朗日多項(xiàng)式插值方法，以計(jì)算得到的步長(zhǎng)較大的數(shù)值星歷的軌道狀態(tài)量 作為節(jié)點(diǎn)，使用插值方法計(jì)算出所需任意步長(zhǎng)的軌道狀態(tài)量。然而，在使用拉格朗日多項(xiàng)式 插值方法的時(shí)候，可能由于插值點(diǎn)選取的不合適，導(dǎo)致隨著插值多項(xiàng)式次數(shù)增大反而不能 更好的近似被插值的現(xiàn)象(即龍格現(xiàn)象)，進(jìn)而影響月球探測(cè)器精密星歷的精度。上述缺陷會(huì)直接導(dǎo)致地球站在跟蹤月球探測(cè)器的過(guò)程中產(chǎn)生偏差甚至發(fā)生跟蹤 不到的錯(cuò)誤，影響月球探測(cè)工程的成功實(shí)施。
鑒于上述現(xiàn)有月球探測(cè)器跟蹤方法的缺陷，本發(fā)明人基于從事繞月探測(cè)工程業(yè)務(wù) 運(yùn)行管理設(shè)計(jì)和運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)和心得，并配合衛(wèi)星跟蹤和星歷計(jì)算的知識(shí)運(yùn)用，積極加以研 究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種準(zhǔn)確的、具有一般性和實(shí)用性的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤 的方法。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決 的技術(shù)問(wèn)題有鑒于此，本發(fā)明的主要內(nèi)容目的是提供一種利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤 的方法，以實(shí)現(xiàn)利用地球站對(duì)月球探測(cè)器的測(cè)控跟蹤和探測(cè)數(shù)據(jù)的接收跟蹤。(二)技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法， 該方法包括對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行定軌，生成月球探測(cè)器在月球軌道上運(yùn)行的精密軌道根數(shù)；根據(jù)月球探測(cè)器在月球軌道上運(yùn)行的精密軌道根數(shù)計(jì)算合成攝動(dòng)星歷，并將計(jì)算 結(jié)果輸出到合成攝動(dòng)星歷表文件；計(jì)算地影預(yù)報(bào)、月影預(yù)報(bào)及升交點(diǎn)預(yù)報(bào)，計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)地球及月球星下點(diǎn) 預(yù)報(bào)，以及計(jì)算太陽(yáng)相對(duì)地球及月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)；根據(jù)計(jì)算得到的地影預(yù)報(bào)、月影預(yù)報(bào)、升交點(diǎn)預(yù)報(bào)、月球探測(cè)器相對(duì)地球及月球星 下點(diǎn)預(yù)報(bào)，以及太陽(yáng)相對(duì)地球及月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)，計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)地球站位置；計(jì)算月球遮擋，對(duì)月球探測(cè)器被月球遮擋的情況進(jìn)行預(yù)報(bào)；生成地球站觀測(cè)預(yù)報(bào)文件；以及地球站根據(jù)觀測(cè)預(yù)報(bào)文件對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤。上述方案中，所述對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行定軌采用統(tǒng)一 S波和甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量聯(lián)合 測(cè)軌的方法進(jìn)行。所述統(tǒng)一S波用于測(cè)量月球探測(cè)器的視向運(yùn)動(dòng)信息，所述甚長(zhǎng)基線干涉 測(cè)量用于測(cè)量探月飛行器的橫向運(yùn)動(dòng)信息，通過(guò)統(tǒng)一 S波的測(cè)距和甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量技術(shù) 的精密測(cè)角，并結(jié)合月面目標(biāo)位于月球表面這一幾何約束，實(shí)現(xiàn)對(duì)月球探測(cè)器的精確定軌； 在定軌結(jié)束后，將生成月球探測(cè)器在月球軌道上運(yùn)行的精密軌道根數(shù)，作為后續(xù)跟蹤計(jì)算 的重要條件。上述方案中，所述根據(jù)月球探測(cè)器在月球軌道上運(yùn)行的精密軌道根數(shù)計(jì)算合成攝 動(dòng)星歷，是將月球探測(cè)器在月球軌道上運(yùn)行的精密軌道根數(shù)轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)系下位置速 度，然后結(jié)合噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)歷表數(shù)據(jù)計(jì)算繞月探測(cè)器攝動(dòng)星歷表、太陽(yáng)星歷表和 月球星歷表的合成文件，然后將計(jì)算結(jié)果輸出到合成攝動(dòng)星歷表文件。所述計(jì)算合成攝動(dòng) 星歷的過(guò)程中，是使用積分的方式對(duì)月球探測(cè)器、太陽(yáng)及月球的星歷進(jìn)行計(jì)算；同時(shí)，還使 用插值方法處理星歷文件。所述使用插值方法處理星歷文件，是使用拉格朗日多項(xiàng)式插值 法結(jié)合內(nèi)維爾(Neville)算法的方法。所述計(jì)算合成攝動(dòng)星歷的過(guò)程中，首先得到的計(jì) 算結(jié)果是初始的計(jì)算結(jié)果，對(duì)于該初始的計(jì)算結(jié)果，該方法進(jìn)一步包括將已經(jīng)計(jì)算得到 的星歷數(shù)據(jù)作為節(jié)點(diǎn)，使用插值方法計(jì)算出所需步長(zhǎng)的星歷數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到最終的計(jì)算結(jié) 果。所述使用插值方法計(jì)算出所需步長(zhǎng)的星歷數(shù)據(jù)時(shí)，是采用拉格朗日多項(xiàng)式插值法結(jié)合 Neville算法的方法，該方法是一種遞推算法，直接計(jì)算函數(shù)在指定點(diǎn)的值，函數(shù)在某點(diǎn)的高次插值的值由前面兩個(gè)低次插值的值進(jìn)行線性插值得出，具體包括通過(guò)第一次多項(xiàng)式的組合，得到高一次差值多項(xiàng)式，并采用迭代方式進(jìn)行，并且每一次迭代都給出一個(gè)誤差校 正，使其值更加接近于真實(shí)值。上述方案中，所述計(jì)算地影預(yù)報(bào)、月影預(yù)報(bào)及升交點(diǎn)預(yù)報(bào)，是根據(jù)得到的月球探測(cè) 器合成攝動(dòng)星歷文件，計(jì)算地影預(yù)報(bào)、月影預(yù)報(bào)及升交點(diǎn)預(yù)報(bào)，作為后續(xù)流程的輸入條件。 所述計(jì)算地影預(yù)報(bào)，是輸入觀測(cè)時(shí)刻及此時(shí)刻的月球探測(cè)器星歷和太陽(yáng)星歷，通過(guò)解地影 方程，計(jì)算月球探測(cè)器進(jìn)出地影時(shí)刻和月球探測(cè)器對(duì)地心幅角限制，用幾何法計(jì)算月球探 測(cè)器當(dāng)前時(shí)刻對(duì)地心幅角，進(jìn)而比對(duì)判定此時(shí)刻月球探測(cè)器是否在地影中，并且輸出判定 標(biāo)識(shí)。所述計(jì)算月影預(yù)報(bào)，是輸入觀測(cè)時(shí)刻及此時(shí)刻的月球探測(cè)器星歷、太陽(yáng)星歷及月球星 歷，通過(guò)解月影方程，計(jì)算月球探測(cè)器進(jìn)出月影時(shí)刻和月球探測(cè)器對(duì)月心幅角限制，用幾何 法計(jì)算月球探測(cè)器當(dāng)前時(shí)刻對(duì)月心幅角，進(jìn)而比對(duì)判定此時(shí)刻月球探測(cè)器是否在月影中， 并且輸出判定標(biāo)識(shí)。所述計(jì)算升交點(diǎn)圈號(hào)預(yù)報(bào)，是輸入某一歷元時(shí)刻及該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的月球 探測(cè)器星歷，計(jì)算此時(shí)刻的圈號(hào)；如果此時(shí)刻衛(wèi)星正好處于升交點(diǎn)，則將這個(gè)升交點(diǎn)時(shí)刻及 對(duì)應(yīng)圈號(hào)輸出至升交點(diǎn)圈號(hào)文件，得到升交點(diǎn)圈號(hào)預(yù)報(bào)。上述方案中，所述計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)地球及月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)，是已知衛(wèi)星某一 歷元時(shí)刻精確軌道參數(shù)，計(jì)算給定時(shí)刻衛(wèi)星的空間位置及其在指定天體表面的投影。所述 在計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)月球及地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)時(shí)，是輸入之前計(jì)算得到的合成攝動(dòng)星歷預(yù) 報(bào)文件及升交點(diǎn)圈號(hào)文件，根據(jù)月球探測(cè)器、月球和太陽(yáng)攝動(dòng)星歷數(shù)據(jù)，分別將月球探測(cè)器 在J2000慣性系下的位置轉(zhuǎn)換為月理坐標(biāo)和地固系位置，得到月球探測(cè)器分別在月球和地 球坐標(biāo)系下的經(jīng)度、緯度和高度數(shù)據(jù)，從而計(jì)算月球探測(cè)器在月球、地球表面投影星下點(diǎn)軌 跡，再結(jié)合太陽(yáng)星歷使用幾何法計(jì)算得到月球星下點(diǎn)位置的太陽(yáng)高度角。上述方案中，所述計(jì)算太陽(yáng)相對(duì)地球及月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)，是輸入合成攝動(dòng)星歷預(yù) 報(bào)文件，根據(jù)月球和太陽(yáng)攝動(dòng)星歷數(shù)據(jù)計(jì)算出太陽(yáng)相對(duì)于地球以及月球的位置，并將結(jié)果 裝換為地心地理坐標(biāo)系與月心地理坐標(biāo)系下的太陽(yáng)所在位置的經(jīng)度、緯度和高度數(shù)據(jù)，從 而計(jì)算太陽(yáng)在月球、地球表面投影星下點(diǎn)軌跡，輸出太陽(yáng)相對(duì)月球及地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)。上述方案中，所述計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)地球站位置，是根據(jù)計(jì)算得到的地影預(yù)報(bào)、 月影預(yù)報(bào)、升交點(diǎn)預(yù)報(bào)、月球探測(cè)器相對(duì)地球及月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)，以及太陽(yáng)相對(duì)地球及月球 星下點(diǎn)預(yù)報(bào)，并結(jié)合輸入的地球站在地心地理坐標(biāo)系下的位置參數(shù)，來(lái)計(jì)算得到月球探測(cè) 器相對(duì)于特定地球站的位置。所述計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)地球站位置時(shí)，是將所有時(shí)刻的月 球探測(cè)器位置數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換為相對(duì)于地球站的位置后，來(lái)得到月球探測(cè)器相對(duì)于特定地球站 的位置預(yù)報(bào)文件。上述方案中，所述在計(jì)算月球遮擋時(shí)，需要輸入月球探測(cè)器地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)、月球 星歷及月球探測(cè)器星歷數(shù)據(jù)，用幾何方法計(jì)算月球探測(cè)器地球星下點(diǎn)與月球探測(cè)器連線是 否被月球遮擋，并對(duì)月球探測(cè)器地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)文件進(jìn)行修改，標(biāo)注月球遮擋標(biāo)識(shí)。上述方案中，所述生成地球站觀測(cè)預(yù)報(bào)文件，是輸入合成攝動(dòng)星歷預(yù)報(bào)文件、升交 點(diǎn)圈號(hào)文件、月影預(yù)報(bào)文件、地影預(yù)報(bào)文件和月球探測(cè)器地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)文件，然后根據(jù)這 些預(yù)報(bào)文件計(jì)算某一時(shí)刻指定的地球站是否能對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤，如果地球站能夠?qū)?月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤，則計(jì)算地球站對(duì)月球探測(cè)器觀測(cè)的方位角、俯仰角和站星距，并給出 地球站可跟蹤標(biāo)識(shí)。
上述方案中，所述地球站根據(jù)觀測(cè)預(yù)報(bào)文件對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤，是地球站在 獲得跟蹤、觀測(cè)預(yù)報(bào)文件后，根據(jù)預(yù)報(bào)文件中給出的方位角和俯仰角控制地球站天線對(duì)月 球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤。(三)有益效果
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、利用本發(fā)明提供的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，實(shí)現(xiàn)了利用地球 站對(duì)月球探測(cè)器的測(cè)控跟蹤和探測(cè)數(shù)據(jù)的接收跟蹤，從而支持月球探測(cè)工程的實(shí)現(xiàn)；2、利用本發(fā)明提供的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，采用統(tǒng)一 S波和 甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量聯(lián)合測(cè)軌，實(shí)現(xiàn)了對(duì)月球探測(cè)器的精確定軌，從而保證月球探測(cè)器運(yùn)行 軌道計(jì)算的準(zhǔn)確性，為地球站對(duì)月球探測(cè)器的跟蹤提供有力的支持；3、利用本發(fā)明提供的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，采用拉格朗日多 項(xiàng)式插值法結(jié)合Neville算法計(jì)算合稱攝動(dòng)星歷的方法，減少了合成攝動(dòng)星歷計(jì)算的復(fù)雜 度，并且避免了拉格朗日多項(xiàng)式插值方法產(chǎn)生的龍格現(xiàn)象，從而提高了合成攝動(dòng)星歷計(jì)算 的效率和準(zhǔn)確性；4、利用本發(fā)明提供的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，采用計(jì)算月球探 測(cè)器相對(duì)月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)月球探測(cè)器在月球上投影點(diǎn)位置的預(yù)報(bào)，從而 實(shí)現(xiàn)基于探測(cè)器相對(duì)月球的位置，進(jìn)行對(duì)月球探測(cè)器科學(xué)探測(cè)任務(wù)的安排；5、利用本發(fā)明提供的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，采用計(jì)算月球探 測(cè)器相對(duì)地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)月球探測(cè)器在地球上投影點(diǎn)位置的預(yù)報(bào)，從而 可以模擬月球探測(cè)器相對(duì)地球的飛行軌跡，并安排地球站對(duì)其進(jìn)行跟蹤。


圖1是本發(fā)明提供的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明是針對(duì)月球探測(cè)器的跟蹤提出一種利用地球站對(duì)月球探測(cè)器 進(jìn)行跟蹤的方法，該方法包括以下步驟對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行定軌，生成月球探測(cè)器在月球軌 道上運(yùn)行的精密軌道根數(shù)；計(jì)算合成攝動(dòng)星歷，并將計(jì)算結(jié)果輸出到合成攝動(dòng)星歷表文件； 計(jì)算地影預(yù)報(bào)、月影預(yù)報(bào)及升交點(diǎn)預(yù)報(bào)；計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)地球及月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)；計(jì) 算太陽(yáng)相對(duì)地球及月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)；計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)地球站位置；計(jì)算月球遮擋；生 成地球站觀測(cè)預(yù)報(bào)文件；以及地球站根據(jù)觀測(cè)預(yù)報(bào)文件對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤。下面針對(duì) 上述各步驟進(jìn)行詳細(xì)描述1)對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行定軌該步驟是對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行定軌，生成月球探測(cè)器在月球軌道上運(yùn)行的精密軌道 根數(shù)。對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行定軌是對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤首要條件，只有通過(guò)精確的定軌才 能準(zhǔn)確的知道月球探測(cè)器的運(yùn)行軌跡及探測(cè)器姿態(tài)，從而保證月球探測(cè)器上的探測(cè)設(shè)備獲 得精確、可靠的探測(cè)數(shù)據(jù)。在本方法中，使用統(tǒng)一 S波(Unified S-Band, USB)和甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量(Very Long Baseline Interferometry，VLBI)聯(lián)合測(cè)軌的方法對(duì)月球探測(cè)器進(jìn) 行定軌USB測(cè)距測(cè)速測(cè)量系統(tǒng)僅能提供月球探測(cè)器的視向運(yùn)動(dòng)信息，而VLBI則可提供探 月飛行器的橫向運(yùn)動(dòng)信息。同無(wú)線電測(cè)距測(cè)速技術(shù)相比，VLBI技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)只需觀 測(cè)下行單向信號(hào)；測(cè)角精度高，且測(cè)量精度不隨距離增加而降低；對(duì)天線的支持要求低等。 因此，VLBI技術(shù)是無(wú)線電測(cè)距測(cè)速技術(shù)的有益補(bǔ)充，在月球探測(cè)器跟蹤中具有重要的作用。 VLBI觀測(cè)的主要誤差來(lái)源有天線和接收機(jī)的噪聲誤差；接收系統(tǒng)以及信號(hào)處理數(shù)據(jù)系統(tǒng) 產(chǎn)生的儀器延遲誤差；觀測(cè)站的鐘誤差；電離層和對(duì)流層的傳播延遲誤差。為了消除儀器 延遲誤差和測(cè)站鐘差，目前廣為采用的是較差VLBI測(cè)量，其測(cè)量原理是月球探測(cè)器觀測(cè)的 同時(shí)交叉觀測(cè)月球探測(cè)器附近的河外射電源(位置精確已知)，以此消除共同的儀器延遲 誤差和測(cè)站誤差，電離層和對(duì)流層的大氣傳播誤差也部分被消除。目前我國(guó)VLBI的測(cè)軌能 力為時(shí)延精度好于10ns(lns = 10_9s)，時(shí)延率精度約lps/s(lps = I(T12s)。通過(guò)VLBI技術(shù)的精密測(cè)角和USB的測(cè)距，結(jié)合月面目標(biāo)位于月球表面這一幾何約 束，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)月面目標(biāo)的精密定位?；镜姆椒ㄊ抢靡欢螘r(shí)間內(nèi)的VLBI單歷元精密測(cè) 角，或者是結(jié)合USB的距離測(cè)量，利用月球轉(zhuǎn)動(dòng)的相關(guān)信息，將單歷元的定位結(jié)果進(jìn)行綜合 平差處理，以獲得月面目標(biāo)在月球坐標(biāo)系中的精密位置。使用USB和VLBI聯(lián)合定軌的精度 顯著好于USB單獨(dú)定軌的精度，相對(duì)于USB單獨(dú)定軌，聯(lián)合定軌后近地點(diǎn)時(shí)刻的軌道預(yù)報(bào)精 度顯著的提高。聯(lián)合定軌相對(duì)于USB單獨(dú)定軌，不僅在橫向上的精度顯著提高(橫向位置 精度提高約70% )，徑向方向的精度同樣也提高很多(徑向位置精度提高約50% )。在定軌結(jié)束后，將生成月球探測(cè)器在月球軌道上運(yùn)行的精密軌道根數(shù)，作為后續(xù) 跟蹤計(jì)算的重要輸入條件。2)計(jì)算合成攝動(dòng)星歷星歷表是從給定歷元開(kāi)始，按一定步長(zhǎng)(時(shí)間間隔)排列的給定時(shí)間區(qū)間內(nèi)空間 飛行物(人造衛(wèi)星或自然天體等)在指定坐標(biāo)系中的瞬時(shí)空間位置列表。而攝動(dòng)星歷則是 考慮了非二體問(wèn)題或非限制性三體問(wèn)題作用力所引起月球探測(cè)器飛行軌跡擾動(dòng)的星歷表。 月球探測(cè)器攝動(dòng)星歷是進(jìn)行后續(xù)計(jì)算的基本輸入條件。在計(jì)算合成星歷時(shí)，需要將月球探測(cè)器軌道根數(shù)轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)系下位置速度， 然后結(jié)合JPL歷表數(shù)據(jù)計(jì)算繞月探測(cè)器攝動(dòng)星歷表、太陽(yáng)星歷表和月球星歷表的合成文 件，并將計(jì)算結(jié)果輸出到合成攝動(dòng)星歷表文件。在計(jì)算合成攝動(dòng)星歷計(jì)算過(guò)程中，主要使用積分的方式對(duì)月球探測(cè)器、太陽(yáng)及月 球的星歷進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)，還需要使用插值方法處理星歷文件。在本方法中，使用了拉格朗 日多項(xiàng)式插值法結(jié)合Neville算法的方法。在計(jì)算合成星歷時(shí)，初始的計(jì)算結(jié)果是步長(zhǎng)較大的星歷數(shù)據(jù)，如果想得到步長(zhǎng)更 小的星歷文件，就需要將已經(jīng)計(jì)算得到的星歷數(shù)據(jù)作為節(jié)點(diǎn)，使用插值方法計(jì)算出所需步 長(zhǎng)的星歷數(shù)據(jù)。由于經(jīng)常使用的拉格朗日多項(xiàng)式插值方法存在龍格現(xiàn)象，導(dǎo)致數(shù)據(jù)精度得 不到保證。因此，本方法在拉格朗日多項(xiàng)式插值方法的基礎(chǔ)上使用Neville算法，其基本思 想是通過(guò)第一次多項(xiàng)式的組合，來(lái)得到高一次差值多項(xiàng)式。采用迭代方式進(jìn)行，并且每一次 迭代都給出一個(gè)誤差校正，使其值更加接近于真實(shí)值。其優(yōu)點(diǎn)是一種遞推算法，不用算出函數(shù)具體的表達(dá)式，而直接計(jì)算函數(shù)在指定點(diǎn)的值，函數(shù)在某點(diǎn)的高次插值的值由前面兩個(gè)低次插值的值進(jìn)行線性插值得出，在很大程度上減少了計(jì)算的復(fù)雜度，并且避免了拉格朗 日多項(xiàng)式插值方法產(chǎn)生的龍格現(xiàn)象。3)計(jì)算地影預(yù)報(bào)、月影預(yù)報(bào)及升交點(diǎn)預(yù)報(bào)該步驟是根據(jù)得到的月球探測(cè)器合成攝動(dòng)星歷文件，計(jì)算地影預(yù)報(bào)、月影預(yù)報(bào)及 升交點(diǎn)預(yù)報(bào)，作為后續(xù)流程的輸入條件。在計(jì)算地影預(yù)報(bào)時(shí)，需要輸入觀測(cè)時(shí)刻及此時(shí)刻的月球探測(cè)器星歷，太陽(yáng)星歷，通 過(guò)解地影方程，計(jì)算月球探測(cè)器進(jìn)出地影時(shí)刻，和月球探測(cè)器對(duì)地心幅角限制，用幾何法計(jì) 算月球探測(cè)器當(dāng)前時(shí)刻對(duì)地心幅角，進(jìn)而比對(duì)判定此時(shí)刻月球探測(cè)器是否在地影中，并且 輸出判定標(biāo)識(shí)。同樣，在計(jì)算月影預(yù)報(bào)時(shí)，需要輸入觀測(cè)時(shí)刻及此時(shí)刻的月球探測(cè)器星歷，太陽(yáng)星 歷及月球星歷，通過(guò)解月影方程，計(jì)算月球探測(cè)器進(jìn)出月影時(shí)刻，和月球探測(cè)器對(duì)月心幅角 限制，用幾何法計(jì)算月球探測(cè)器當(dāng)前時(shí)刻對(duì)月心幅角，進(jìn)而比對(duì)判定此時(shí)刻月球探測(cè)器是 否在月影中，并且輸出判定標(biāo)識(shí)。在計(jì)算升交點(diǎn)圈號(hào)預(yù)報(bào)時(shí)，需要輸入某一歷元時(shí)刻，及該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的月球探測(cè)器 星歷，計(jì)算此時(shí)刻的圈號(hào)。如果此時(shí)刻衛(wèi)星正好處于升交點(diǎn)，則將這個(gè)升交點(diǎn)時(shí)刻及對(duì)應(yīng)圈 號(hào)輸出至升交點(diǎn)圈號(hào)文件，得到升交點(diǎn)圈號(hào)預(yù)報(bào)。4)計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)月球及地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)該步驟是已知衛(wèi)星某一歷元時(shí)刻精確軌道參數(shù)計(jì)算給定時(shí)刻衛(wèi)星的空間位置，及 其在指定天體表面的投影。在工程應(yīng)用中，通常有兩種星下點(diǎn)的投影方式，分別是地心星下 點(diǎn)和地理星下點(diǎn)。其中，地心星下點(diǎn)是指衛(wèi)星與中心天體質(zhì)心連線與指定天體橢球模型的 交點(diǎn)。地理星下點(diǎn)是指對(duì)衛(wèi)星到指定天體參考橢球面作垂線，其垂足即為地理星下點(diǎn)。本 方法所使用的是地心星下點(diǎn)。在計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)月球及地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)時(shí)，需要輸入之前計(jì)算得到的合成 攝動(dòng)星歷預(yù)報(bào)文件及升交點(diǎn)圈號(hào)文件，根據(jù)月球探測(cè)器、月球和太陽(yáng)攝動(dòng)星歷數(shù)據(jù)，分別將 月球探測(cè)器在J2000慣性系下的位置轉(zhuǎn)換為月理坐標(biāo)和地固系位置，得到月球探測(cè)器分別 在月球和地球坐標(biāo)系下的經(jīng)度、緯度和高度數(shù)據(jù)，從而計(jì)算月球探測(cè)器在月球、地球表面投 影星下點(diǎn)軌跡，再結(jié)合太陽(yáng)星歷使用幾何法計(jì)算得到月球星下點(diǎn)位置的太陽(yáng)高度角。5)計(jì)算太陽(yáng)相對(duì)月球及地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)該步驟在計(jì)算太陽(yáng)相對(duì)月球及地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)時(shí)，需要輸入合成攝動(dòng)星歷預(yù)報(bào)文 件，根據(jù)月球和太陽(yáng)攝動(dòng)星歷數(shù)據(jù)計(jì)算出太陽(yáng)相對(duì)于地球以及月球的位置，并將結(jié)果裝換 為地心地理坐標(biāo)系與月心地理坐標(biāo)系下的太陽(yáng)所在位置的經(jīng)度、緯度和高度數(shù)據(jù)，從而計(jì) 算太陽(yáng)在月球、地球表面投影星下點(diǎn)軌跡，輸出太陽(yáng)相對(duì)月球及地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)。6)計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)地球站位置該步驟是根據(jù)上述預(yù)報(bào)結(jié)果，并結(jié)合輸入的地球站在地心地理坐標(biāo)系下的位置參 數(shù)，可以計(jì)算得到月球探測(cè)器相對(duì)于特定地球站的位置。由于月球探測(cè)器是在不停運(yùn)動(dòng)的 過(guò)程中，因此每一時(shí)刻都可以得到一個(gè)月球探測(cè)器相對(duì)于地球站的位置，將所有時(shí)刻的月 球探測(cè)器位置數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換為相對(duì)于地球站的位置后，就可以得到月球探測(cè)器相對(duì)于特定地 球站的位置預(yù)報(bào)文件。在月球探測(cè)器運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)到給定地球站觀測(cè)范圍之外，通過(guò)月球探測(cè)器相對(duì)地球站位置預(yù)報(bào)可以將地球站可觀測(cè)的時(shí)間段標(biāo)記出來(lái)， 作為后續(xù)流程的輸入條件。7)計(jì)算月球遮擋因?yàn)樵虑蛱綔y(cè)器是圍繞月球運(yùn)行，因此在某一時(shí)刻月球探測(cè)器可能會(huì)運(yùn)動(dòng)到月球 背面，導(dǎo)致地面站因?yàn)樵虑蛘趽醵鵁o(wú)法對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤，所以需要對(duì)月球探測(cè)器被 月球遮擋的情況進(jìn)行預(yù)報(bào)。在計(jì)算月球遮擋時(shí)，需要輸入月球探測(cè)器地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)、月球 星歷及月球探測(cè)器星歷數(shù)據(jù)，用幾何方法計(jì)算月球探測(cè)器地球星下點(diǎn)與月球探測(cè)器連線是 否被月球遮擋，并對(duì)月球探測(cè)器地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)文件進(jìn)行修改，標(biāo)注月球遮擋標(biāo)識(shí)。
8)生成地球站跟蹤、觀測(cè)預(yù)報(bào)文件在生成地球站跟蹤、觀測(cè)預(yù)報(bào)文件時(shí)主要是考慮地球站對(duì)月球探測(cè)器的可觀測(cè)時(shí) 間段，即地球站可以接收到月球探測(cè)器發(fā)射信號(hào)的時(shí)間段。在地球站可觀測(cè)月球探測(cè)器的 時(shí)間段內(nèi)，將一系列月球探測(cè)器相對(duì)于地球站的位置參數(shù)計(jì)算出來(lái)，就可以生成地球站對(duì) 于月球探測(cè)器的跟蹤、觀測(cè)預(yù)報(bào)。其中，月球探測(cè)器相對(duì)于地球站的位置參數(shù)可以表示為月 球探測(cè)器在地球站坐標(biāo)系下的方位和仰角等數(shù)據(jù)。在生成地球站跟蹤、觀測(cè)預(yù)報(bào)文件時(shí)，需要輸入合成攝動(dòng)星歷預(yù)報(bào)文件、升交點(diǎn)圈 號(hào)文件、月影預(yù)報(bào)文件、地影預(yù)報(bào)文件和月球探測(cè)器地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)文件，然后根據(jù)這些預(yù) 報(bào)文件計(jì)算某一時(shí)刻指定的地球站是否能對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤。如果地球站可以進(jìn)行 跟蹤，則計(jì)算地球站對(duì)月球探測(cè)器觀測(cè)的方位角、俯仰角和站星距，并給出地球站可跟蹤標(biāo) 識(shí)。9)地球站根據(jù)觀測(cè)預(yù)報(bào)文件進(jìn)行月球探測(cè)器跟蹤地球站在獲得跟蹤、觀測(cè)預(yù)報(bào)文件后，就可以根據(jù)預(yù)報(bào)文件中給出的方位角和俯 仰角等數(shù)據(jù)控制地球站天線對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤。但是，在實(shí)際工程中，需要根據(jù)制定的 月球探測(cè)器觀測(cè)預(yù)報(bào)文件安排地球站執(zhí)行對(duì)探測(cè)器的跟蹤任務(wù)。下面以“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸跟蹤為例，進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施步
馬聚ο1)對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行定軌“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星作為我國(guó)首個(gè)月球探測(cè)器，是我國(guó)走向深空探測(cè)的第一步。在“嫦 娥一號(hào)”衛(wèi)星執(zhí)行探測(cè)任務(wù)過(guò)程中，主要使用USB和VLBI兩種方式聯(lián)合定軌，完成對(duì)“嫦娥 一號(hào)”衛(wèi)星的跟蹤。為滿足測(cè)定軌精度的要求，使用國(guó)內(nèi)4個(gè)地面站的天線組成VLBI網(wǎng)，分 別是一部50m射電天線、一部40m射電天線以及兩部25m射電天線。同時(shí)，還使用兩部25m 天線采用USB方式進(jìn)行測(cè)定軌。在月球探測(cè)器運(yùn)行期間，使用上述6部天線分別采用VLBI和USB方式同時(shí)對(duì)月球 探測(cè)器運(yùn)行軌道進(jìn)行測(cè)定，最大程度上保證了月球探測(cè)器定軌的精確度。在天線接收到月 球探測(cè)器信號(hào)后，分別對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再綜合計(jì)算得到月球探測(cè)器的軌道參數(shù)，并以精密 軌道根數(shù)的形式發(fā)布月球探測(cè)器定軌結(jié)果。精密軌道根數(shù)中包含六個(gè)重要的參數(shù)，用以確 定月球探測(cè)器的運(yùn)行軌跡。分別是長(zhǎng)半軸a，偏心率e，軌道傾角i，升交點(diǎn)赤經(jīng)Ω，近月點(diǎn) 幅角ω和平近交點(diǎn)Μ。根據(jù)這六個(gè)參數(shù)，就可以計(jì)算出月球探測(cè)器的運(yùn)行姿態(tài)和軌跡，是進(jìn) 行后續(xù)跟蹤計(jì)算的重要輸入條件。2)計(jì)算合成攝動(dòng)星歷
根據(jù)輸入的精密軌道根數(shù)，就可以計(jì)算一定時(shí)間段內(nèi)的合成星歷。在“嫦娥一號(hào)” 衛(wèi)星合成攝動(dòng)星歷計(jì)算過(guò)程中，主要完成以下步驟 輸入/輸出文件合理性檢驗(yàn)· Repeat until<計(jì)算到預(yù)報(bào)結(jié)束時(shí)刻> ·計(jì)算衛(wèi)星攝動(dòng)星歷·計(jì)算太陽(yáng)星歷 計(jì)算月球星歷·將結(jié)果輸出至合成星歷預(yù)報(bào)文件· End Repeat· Repeat until<預(yù)報(bào)開(kāi)始時(shí)間到預(yù)報(bào)結(jié)束時(shí)間>·讀取合成攝動(dòng)星歷表文件中的小于等于當(dāng)前時(shí)刻的衛(wèi)星/太陽(yáng)/月球星歷·讀取合成攝動(dòng)星歷表文件中的大于當(dāng)前時(shí)刻的衛(wèi)星/太陽(yáng)/月球星歷·插值計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻衛(wèi)星/太陽(yáng)/月球星歷·輸出計(jì)算結(jié)果·當(dāng)前時(shí)刻=當(dāng)前時(shí)刻+時(shí)間步長(zhǎng)· End Repeat其中，衛(wèi)星攝動(dòng)星歷計(jì)算過(guò)程如下·將根數(shù)轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)系下位置速度·積分器初始化· if (開(kāi)始預(yù)報(bào)時(shí)間與根數(shù)歷元時(shí)間不等)· CALL(積分至開(kāi)始預(yù)報(bào)時(shí)間)· Repeat until<到預(yù)報(bào)結(jié)束時(shí)間>· CALL (調(diào)用積分器計(jì)算星歷)·將計(jì)算結(jié)果寫入輸出文件· End Repeat太陽(yáng)及月球衛(wèi)星星歷的計(jì)算，主要是讀JPL星歷表計(jì)算其在J2000慣性系下坐標(biāo) 得到。通過(guò)以上步驟，就可以得到合成攝動(dòng)星歷，其中包含衛(wèi)星、太陽(yáng)和月球的星歷數(shù)據(jù)，并 在接下來(lái)的跟蹤計(jì)算中使用。3)計(jì)算地影預(yù)報(bào)、月影預(yù)報(bào)及升交點(diǎn)預(yù)報(bào)地影預(yù)報(bào)、月影預(yù)報(bào)和升交點(diǎn)預(yù)報(bào)主要是為標(biāo)識(shí)月球探測(cè)器軌道的狀態(tài)，是判斷 是否能夠?qū)υ虑蛱綔y(cè)器進(jìn)行跟蹤的重要依據(jù)。在“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星跟蹤預(yù)報(bào)中，地影預(yù)報(bào)的 執(zhí)行過(guò)程如下·輸入觀測(cè)時(shí)刻，此時(shí)刻的衛(wèi)星星歷，太陽(yáng)星歷·解地影方程，計(jì)算衛(wèi)星進(jìn)出地影時(shí)刻，衛(wèi)星對(duì)地心幅角限制·用幾何法計(jì)算衛(wèi)星當(dāng)前時(shí)刻對(duì)地心幅角·比對(duì)判定此時(shí)刻衛(wèi)星是否在地影中·輸出判定標(biāo)識(shí)計(jì)算月影預(yù)報(bào)的過(guò)程與地影預(yù)報(bào)相似，其過(guò)程如下·輸入觀測(cè)時(shí)刻，此時(shí)刻衛(wèi)星星歷，太陽(yáng)星歷，月球星歷
·解月影方程，計(jì)算衛(wèi)星進(jìn)出月影時(shí)刻，衛(wèi)星對(duì)月心幅角限制·用幾何法計(jì)算衛(wèi)星當(dāng)前時(shí)刻對(duì)月心幅角·比對(duì)判定此時(shí)刻衛(wèi)星是否在月影中 輸出判定標(biāo)識(shí)升交點(diǎn)預(yù)報(bào)是判斷月球探測(cè)器運(yùn)行狀態(tài)的另一個(gè)重要參數(shù)，它可以標(biāo)識(shí)月球探測(cè) 器運(yùn)行的圈號(hào)，是進(jìn)行月球探測(cè)器跟蹤和探測(cè)數(shù)據(jù)處理的重要依據(jù)，其計(jì)算過(guò)程如下 輸入一時(shí)刻，及該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星星歷·將衛(wèi)星星歷轉(zhuǎn)為月固坐標(biāo)系下的位置，速度· if (衛(wèi)星處于升交點(diǎn)) 計(jì)算圈號(hào)·輸出結(jié)果至升交點(diǎn)圈號(hào)文件· end if 計(jì)算輸入時(shí)刻圈號(hào) 輸出計(jì)算結(jié)果4)計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)月球及地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)月球探測(cè)器相對(duì)月球及地球星下點(diǎn)軌跡是進(jìn)行月球探測(cè)器跟蹤及探測(cè)數(shù)據(jù)處理 的重要依據(jù)。只有確定月球探測(cè)器的星下點(diǎn)位置，才能進(jìn)行后續(xù)的跟蹤計(jì)算。月球探測(cè)器 相對(duì)月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)計(jì)算過(guò)程如下·輸入一時(shí)刻，及該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星星歷，月球星歷·將衛(wèi)星慣性坐標(biāo)系下星歷轉(zhuǎn)為月理坐標(biāo) 輸出計(jì)算結(jié)果月球探測(cè)器相對(duì)地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)計(jì)算步驟如下 輸入一時(shí)刻，及該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星星歷·將衛(wèi)星J2000慣性系下的位置轉(zhuǎn)為地固系位置·將衛(wèi)星地固系位置轉(zhuǎn)為地球坐標(biāo)系下經(jīng)度、緯度、高度 輸出計(jì)算結(jié)果5)計(jì)算太陽(yáng)相對(duì)月球及地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)太陽(yáng)相對(duì)月球及地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)的計(jì)算方式與月球探測(cè)器相對(duì)月球及地球星下 點(diǎn)的計(jì)算方式相似。太陽(yáng)相對(duì)月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)計(jì)算過(guò)程如下·輸入一時(shí)刻，及該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)星歷，月球星歷·將太陽(yáng)慣性坐標(biāo)系下星歷轉(zhuǎn)為月理坐標(biāo) 輸出計(jì)算結(jié)果太陽(yáng)相對(duì)地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)計(jì)算步驟如下·輸入一時(shí)刻，及該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)星歷·將太陽(yáng)J2000慣性系下的位置轉(zhuǎn)為地固系位置·將太陽(yáng)地固系位置轉(zhuǎn)為地球坐標(biāo)系下經(jīng)度、緯度、高度 輸出計(jì)算結(jié)果6)計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)地球站位置在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中，會(huì)使用不同的地球站對(duì)“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤，因此需要計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)不同的地球站的位置，從而滿足任務(wù)執(zhí)行的需求。在計(jì)算月球探測(cè)器 相對(duì)地球站的位置時(shí)，計(jì)算步驟如下·輸入地球站在地心地理坐標(biāo)系下的位置參數(shù)·讀月球探測(cè)器相對(duì)地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)·輸入一時(shí)刻，及該時(shí)刻衛(wèi)星在地球坐標(biāo)系下經(jīng)度、緯度、高度·用幾何法計(jì)算 衛(wèi)星當(dāng)前時(shí)刻對(duì)地球站位置·輸出計(jì)算結(jié)果7)計(jì)算月球遮擋月球遮擋對(duì)月球探測(cè)器的跟蹤有重要的影響，在“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星跟蹤計(jì)算中，其 計(jì)算過(guò)程如下·輸入衛(wèi)星地球星下點(diǎn)坐標(biāo)，月球星歷，衛(wèi)星星歷·用幾何法計(jì)算衛(wèi)星地球星下點(diǎn)是與衛(wèi)星連線是否被月球遮擋 輸出計(jì)算結(jié)果8)生成地球站跟蹤、觀測(cè)預(yù)報(bào)文件綜合上述預(yù)報(bào)結(jié)果，就可以計(jì)算出指定地球站跟蹤月球探測(cè)器的跟蹤、觀測(cè)預(yù)報(bào) 文件。其計(jì)算過(guò)程如下 讀入合成星歷文件·讀入地影預(yù)報(bào)文件、月影預(yù)報(bào)文件及升交點(diǎn)預(yù)報(bào)文件· Repeat until<讀取合成星歷預(yù)報(bào)文件完成>·讀一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的衛(wèi)星，太陽(yáng)，月球星歷· Repeat until<對(duì)所用地球站都計(jì)算完畢>·設(shè)標(biāo)識(shí)位為不可跟蹤·不考慮月球遮擋情況，計(jì)算地球站是否能跟蹤.If〈可跟蹤〉·計(jì)算跟蹤是否會(huì)被月球遮擋· If〈不被遮擋〉·讀入月球探測(cè)器相對(duì)地球站位置·計(jì)算地球站天線跟蹤參數(shù)·設(shè)標(biāo)識(shí)位為可跟蹤· End Repeat· If〈測(cè)站可跟蹤〉·計(jì)算圈號(hào) 計(jì)算是否在地影中 計(jì)算是否在月影中 輸出結(jié)果至文件· If<此時(shí)間點(diǎn)大于預(yù)報(bào)結(jié)束時(shí)刻> 跳出循環(huán)· End Repeat·輸出結(jié)果至跟蹤、觀測(cè)預(yù)報(bào)文件
在跟蹤、預(yù)報(bào)文件中給出了地球站天線跟蹤月球探測(cè)器時(shí)某一時(shí)刻的方位角和俯 仰角。天線在跟蹤月球探測(cè)器的過(guò)程中，只要隨著時(shí)間的變化按照文件中給出的角度轉(zhuǎn)動(dòng)， 就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)月球探測(cè)器的跟蹤。
9)地球站根據(jù)觀測(cè)預(yù)報(bào)文件進(jìn)行月球探測(cè)器跟蹤在“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸跟蹤中，同時(shí)使用兩個(gè)地球站對(duì)“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星進(jìn)行 跟蹤。因此需要同時(shí)計(jì)算兩個(gè)地球站的跟蹤、觀測(cè)預(yù)報(bào)文件，然后再結(jié)合科學(xué)計(jì)劃的安排， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收的目標(biāo)。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于，該方法包括對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行定軌，生成月球探測(cè)器在月球軌道上運(yùn)行的精密軌道根數(shù)；根據(jù)月球探測(cè)器在月球軌道上運(yùn)行的精密軌道根數(shù)計(jì)算合成攝動(dòng)星歷，并將計(jì)算結(jié)果輸出到合成攝動(dòng)星歷表文件；計(jì)算地影預(yù)報(bào)、月影預(yù)報(bào)及升交點(diǎn)預(yù)報(bào)，計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)地球及月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)，以及計(jì)算太陽(yáng)相對(duì)地球及月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)；根據(jù)計(jì)算得到的地影預(yù)報(bào)、月影預(yù)報(bào)、升交點(diǎn)預(yù)報(bào)、月球探測(cè)器相對(duì)地球及月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)，以及太陽(yáng)相對(duì)地球及月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)，計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)地球站位置；計(jì)算月球遮擋，對(duì)月球探測(cè)器被月球遮擋的情況進(jìn)行預(yù)報(bào)；生成地球站觀測(cè)預(yù)報(bào)文件；以及地球站根據(jù)觀測(cè)預(yù)報(bào)文件對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于，所 述對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行定軌采用統(tǒng)一 S波和甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量聯(lián)合測(cè)軌的方法進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于，所 述統(tǒng)一 S波用于測(cè)量月球探測(cè)器的視向運(yùn)動(dòng)信息，所述甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量用于測(cè)量探月飛 行器的橫向運(yùn)動(dòng)信息，通過(guò)統(tǒng)一 S波的測(cè)距和甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量技術(shù)的精密測(cè)角，并結(jié)合 月面目標(biāo)位于月球表面這一幾何約束，實(shí)現(xiàn)對(duì)月球探測(cè)器的精確定軌；在定軌結(jié)束后，將生 成月球探測(cè)器在月球軌道上運(yùn)行的精密軌道根數(shù)，作為后續(xù)跟蹤計(jì)算的重要條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于，所 述根據(jù)月球探測(cè)器在月球軌道上運(yùn)行的精密軌道根數(shù)計(jì)算合成攝動(dòng)星歷，是將月球探測(cè)器 在月球軌道上運(yùn)行的精密軌道根數(shù)轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)系下位置速度，然后結(jié)合JPL歷表數(shù)據(jù) 計(jì)算繞月探測(cè)器攝動(dòng)星歷表、太陽(yáng)星歷表和月球星歷表的合成文件，然后將計(jì)算結(jié)果輸出 到合成攝動(dòng)星歷表文件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于，所 述計(jì)算合成攝動(dòng)星歷的過(guò)程中，是使用積分的方式對(duì)月球探測(cè)器、太陽(yáng)及月球的星歷進(jìn)行 計(jì)算；同時(shí)，還使用插值方法處理星歷文件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于，所 述使用插值方法處理星歷文件，是使用拉格朗日多項(xiàng)式插值法結(jié)合Neville算法的方法。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于，所 述計(jì)算合成攝動(dòng)星歷的過(guò)程中，首先得到的計(jì)算結(jié)果是初始的計(jì)算結(jié)果，對(duì)于該初始的計(jì) 算結(jié)果，該方法進(jìn)一步包括將已經(jīng)計(jì)算得到的星歷數(shù)據(jù)作為節(jié)點(diǎn)，使用插值方法計(jì)算出所需步長(zhǎng)的星歷數(shù)據(jù)，進(jìn) 而得到最終的計(jì)算結(jié)果。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于， 所述使用插值方法計(jì)算出所需步長(zhǎng)的星歷數(shù)據(jù)時(shí)，是采用拉格朗日多項(xiàng)式插值法結(jié)合 Neville算法的方法，該方法是一種遞推算法，直接計(jì)算函數(shù)在指定點(diǎn)的值，函數(shù)在某點(diǎn)的 高次插值的值由前面兩個(gè)低次插值的值進(jìn)行線性插值得出，具體包括通過(guò)第一次多項(xiàng)式的組合，得到高一次差值多項(xiàng)式，并采用迭代方式進(jìn)行，并且每一次 迭代都給出一個(gè)誤差校正，使其值更加接近于真實(shí)值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于，所 述計(jì)算地影預(yù)報(bào)、月影預(yù)報(bào)及升交點(diǎn)預(yù)報(bào)，是根據(jù)得到的月球探測(cè)器合成攝動(dòng)星歷文件，計(jì) 算地影預(yù)報(bào)、月影預(yù)報(bào)及升交點(diǎn)預(yù)報(bào)，作為后續(xù)流程的輸入條件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于，所 述計(jì)算地影預(yù)報(bào)，是輸入觀測(cè)時(shí)刻及此時(shí)刻的月球探測(cè)器星歷和太陽(yáng)星歷，通過(guò)解地影方 程，計(jì)算月球探測(cè)器進(jìn)出地影時(shí)刻和月球探測(cè)器對(duì)地心幅角限制，用幾何法計(jì)算月球探測(cè) 器當(dāng)前時(shí)刻對(duì)地心幅角，進(jìn)而比對(duì)判定此時(shí)刻月球探測(cè)器是否在地影中，并且輸出判定標(biāo) 識(shí)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于，所 述計(jì)算月影預(yù)報(bào)，是輸入觀測(cè)時(shí)刻及此時(shí)刻的月球探測(cè)器星歷、太陽(yáng)星歷及月球星歷，通過(guò) 解月影方程，計(jì)算月球探測(cè)器進(jìn)出月影時(shí)刻和月球探測(cè)器對(duì)月心幅角限制，用幾何法計(jì)算 月球探測(cè)器當(dāng)前時(shí)刻對(duì)月心幅角，進(jìn)而比對(duì)判定此時(shí)刻月球探測(cè)器是否在月影中，并且輸 出判定標(biāo)識(shí)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于，所 述計(jì)算升交點(diǎn)圈號(hào)預(yù)報(bào)，是輸入某一歷元時(shí)刻及該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的月球探測(cè)器星歷，計(jì)算此時(shí) 刻的圈號(hào)；如果此時(shí)刻衛(wèi)星正好處于升交點(diǎn)，則將這個(gè)升交點(diǎn)時(shí)刻及對(duì)應(yīng)圈號(hào)輸出至升交 點(diǎn)圈號(hào)文件，得到升交點(diǎn)圈號(hào)預(yù)報(bào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于，所 述計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)地球及月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)，是已知衛(wèi)星某一歷元時(shí)刻精確軌道參數(shù)， 計(jì)算給定時(shí)刻衛(wèi)星的空間位置及其在指定天體表面的投影。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于， 所述在計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)月球及地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)時(shí)，是輸入之前計(jì)算得到的合成攝動(dòng)星 歷預(yù)報(bào)文件及升交點(diǎn)圈號(hào)文件，根據(jù)月球探測(cè)器、月球和太陽(yáng)攝動(dòng)星歷數(shù)據(jù)，分別將月球探 測(cè)器在J2000慣性系下的位置轉(zhuǎn)換為月理坐標(biāo)和地固系位置，得到月球探測(cè)器分別在月球 和地球坐標(biāo)系下的經(jīng)度、緯度和高度數(shù)據(jù)，從而計(jì)算月球探測(cè)器在月球、地球表面投影星下 點(diǎn)軌跡，再結(jié)合太陽(yáng)星歷使用幾何法計(jì)算得到月球星下點(diǎn)位置的太陽(yáng)高度角。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于，所 述計(jì)算太陽(yáng)相對(duì)地球及月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)，是輸入合成攝動(dòng)星歷預(yù)報(bào)文件，根據(jù)月球和太陽(yáng) 攝動(dòng)星歷數(shù)據(jù)計(jì)算出太陽(yáng)相對(duì)于地球以及月球的位置，并將結(jié)果裝換為地心地理坐標(biāo)系與 月心地理坐標(biāo)系下的太陽(yáng)所在位置的經(jīng)度、緯度和高度數(shù)據(jù)，從而計(jì)算太陽(yáng)在月球、地球表 面投影星下點(diǎn)軌跡，輸出太陽(yáng)相對(duì)月球及地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于，所 述計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)地球站位置，是根據(jù)計(jì)算得到的地影預(yù)報(bào)、月影預(yù)報(bào)、升交點(diǎn)預(yù)報(bào)、 月球探測(cè)器相對(duì)地球及月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)，以及太陽(yáng)相對(duì)地球及月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)，并結(jié)合輸 入的地球站在地心地理坐標(biāo)系下的位置參數(shù)，來(lái)計(jì)算得到月球探測(cè)器相對(duì)于特定地球站的 位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于， 所述計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)地球站位置時(shí)，是將所有時(shí)刻的月球探測(cè)器位置數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換為相 對(duì)于地球站的位置后，來(lái)得到月球探測(cè)器相對(duì)于特定地球站的位置預(yù)報(bào)文件。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于，所 述在計(jì)算月球遮擋時(shí)，需要輸入月球探測(cè)器地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)、月球星歷及月球探測(cè)器星歷 數(shù)據(jù)，用幾何方法計(jì)算月球探測(cè)器地球星下點(diǎn)與月球探測(cè)器連線是否被月球遮擋，并對(duì)月 球探測(cè)器地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)文件進(jìn)行修改，標(biāo)注月球遮擋標(biāo)識(shí)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于，所 述生成地球站觀測(cè)預(yù)報(bào)文件，是輸入合成攝動(dòng)星歷預(yù)報(bào)文件、升交點(diǎn)圈號(hào)文件、月影預(yù)報(bào)文 件、地影預(yù)報(bào)文件和月球探測(cè)器地球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)文件，然后根據(jù)這些預(yù)報(bào)文件計(jì)算某一時(shí) 刻指定的地球站是否能對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤，如果地球站能夠?qū)υ虑蛱綔y(cè)器進(jìn)行跟蹤， 則計(jì)算地球站對(duì)月球探測(cè)器觀測(cè)的方位角、俯仰角和站星距，并給出地球站可跟蹤標(biāo)識(shí)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，其特征在于，所 述地球站根據(jù)觀測(cè)預(yù)報(bào)文件對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤，是地球站在獲得跟蹤、觀測(cè)預(yù)報(bào)文件 后，根據(jù)預(yù)報(bào)文件中給出的方位角和俯仰角控制地球站天線對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用地球站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤的方法，該方法包括對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行定軌，生成月球探測(cè)器在月球軌道上運(yùn)行的精密軌道根數(shù)；根據(jù)月球探測(cè)器在月球軌道上運(yùn)行的精密軌道根數(shù)計(jì)算合成攝動(dòng)星歷，并將計(jì)算結(jié)果輸出到合成攝動(dòng)星歷表文件；計(jì)算地影預(yù)報(bào)、月影預(yù)報(bào)及升交點(diǎn)預(yù)報(bào)，計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)地球及月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)，以及計(jì)算太陽(yáng)相對(duì)地球及月球星下點(diǎn)預(yù)報(bào)；計(jì)算月球探測(cè)器相對(duì)地球站位置；計(jì)算月球遮擋，對(duì)月球探測(cè)器被月球遮擋的情況進(jìn)行預(yù)報(bào)；生成地球站觀測(cè)預(yù)報(bào)文件；以及地球站根據(jù)觀測(cè)預(yù)報(bào)文件對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行跟蹤。利用本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了利用地球站對(duì)月球探測(cè)器的測(cè)控跟蹤和探測(cè)數(shù)據(jù)的接收跟蹤。
文檔編號(hào)G01S13/66GK101968542SQ201010296708
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者付強(qiáng), 任鑫, 劉建軍, 嫣俊潔, 張洪波, 李春來(lái), 沈勇, 溫衛(wèi)斌, 王濤, 王芳, 蘇彥 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)