内容简介

《深空测控GNSS应用技术》以GNSS应用于深空导航为出发点，从月球探测器导航的时间与坐标系统、动力学模型和测量模型、地月空间GNSS信号特征、基于GNSS的月球探测器精密定轨和自主导航算法以及工程应用实例等方面开展详细论述。本书详细介绍了深空导航中涉及的时间与坐标系统，动力学模型和测量模型；针对典型月球探测任务各阶段计算分析了GNSS信号的可见性、动态性和精度因子；给出了GNSS测量数据用于月球探测器精密定轨的算法，对实测数据定轨精度进行分析，全面评估了月球探测任务全弧段GNSS定轨精度；提出了基于GNSS测量的月球探测器自主导航算法，分析了自主导航的精度等。在此基础上，还提出了未来载人月球探测和小行星探测等任务应用GNSS技术的新方向。

本书理论与实践并重，可供深空测控相关工程技术人员参考，也可作为深空探测器精密定轨等专业方向的科研人员的参考读物。

目录

第1章绪论

1.1GNSS技术的应用发展

1.2GNSS在更高轨道上的应用

1.3月球探测器导航技术的发展

1.4未来月球与深空测控面临的挑战

参考文献

第2章时间与坐标系统

2.1时间系统

2.2坐标系统

2.2.1大地坐标系

2.2.2站心坐标系

2.2.3月球地理坐标系

2.2.4月面当地坐标系

2.2.5月固坐标系和月面当地坐标系的转换

2.3常数系统

2.3.1基础常数

2.3.2测站坐标及改正

参考文献

第3章动力学模型和测量模型

3.1动力学模型

3.1.1主要摄动力模型

3.1.2月球重力场模型对定轨精度的影响分析

3.2GNSS测量模型

3.2.1伪距/相位测量模型

3.2.2差分伪距/相位测量模型

3.2.3相位平滑伪距测量模型

3.3地基测量模型

3.3.1双向测距和多普勒测量

3.3.2差分干涉测量

3.3.3同波束干涉测量

3.4本章小结

参考文献

第4章探月轨道的GNSS特征

4.1GNSS信号可见性分析

4.1.1姿态建模

4.1.2链路分析

4.1.3实测数据验证

4.2GNSS信号动态性分析

4.3位置精度因子

4.4地月转移轨道段分析

4.4.1轨道特征和仿真场景

4.4.2可见性

4.4.3动态性

4.4.4精度因子

4.5环月轨道段分析

4.5.1可见性

4.5.2动态性

4.5.3精度因子

4.6动力下降和月面工作段分析

4.6.1动力下降段的动态性和精度因子

4.6.2月面工作段的动态性和精度因子

4.7对接收机设计的建议和要求

4.8本章小结

参考文献

第5章基于GNSS的月球探测器精密定轨

5.1精密定轨算法

5.2GNSS数据精密定轨

5.2.1GNSS卫星星历插值算法

5.2.2差分观测量的定轨解算

5.2.3递归求解钟差算法

5.3实测数据验证

5.3.1GRACE卫星精密定轨

5.3.2HEO和GEO卫星精密定轨

5.4CE-5T1转移轨道实测数据定轨精度分析

5.4.1GNSS数据定轨分析

5.4.2定轨预报精度分析

5.4.3GNSS测量数据残差分析

5.5CE-5转移轨道天地基联合定轨精度分析

5.5.1测量与导航体系设计

5.5.2导航精度评估

5.5.3讨论和结论

5.6典型探月任务全弧段GNSS定轨预报精度仿真分析

5.6.1地月转移轨道段

5.6.2环月轨道段

5.6.3动力下降和月面工作段

5.7本章小结

参考文献

第6章基于GNSS的月球探测器自主导航

6.1自主定轨算法

6.2CE-5T1转移轨道段实测数据分析

6.3CE-5T1环月轨道段实测数据分析

6.4本章小结

参考文献

第7章GNSS应用于深空测控的关键技术

7.1高灵敏度GNSS接收机技术

7.1.1高灵敏度GNSS信号快速捕获技术

7.1.2高灵敏度GNSS信号稳定跟踪技术

7.1.3高灵敏度帧同步及电文解调技术

7.2地面辅助GNSS导航技术

7.2.1辅助月球探测器GNSS接收机信号捕获的方法

7.2.2月球探测器测控导航一体化设计

参考文献

前言/序言

全球导航卫星系统(GNSS)已广泛应用于陆地、海洋、航空航天等领域，可以为用户提供高精度自主导航服务。但在更远的地月空间应用GNSS技术进行导航，面临信号减弱、可见星数少、测量几何差等难题。为此，本书结合我国探月工程测控系统总体设计和工程实践的最新成果，系统介绍了探月轨道的GNSS特征、基于GNSS的月球探测器精密定轨和自主导航，以及将GNSS应用于深空测控的关键技术等。本书主要特点是技术原理与工程应用相结合，既含基础知识又有创新研究成果，从理论基础、工程实践和技术验证等方面进行了详细论述，对我国月球与深空探测导航体系建设和发展具有推动作用。 

本书第1章从GNSS技术的应用发展、月球探测器导航技术，引出了将GNSS技术应用于深空测控的重要性和面临的挑战； 第2章和第3章介绍了深空测控涉及的时间与坐标系统、动力学模型和测量模型等； 第4章、第5章和第6章是本书的重点，分别论述了探月轨道的GNSS特征、基于GNSS的月球探测器精密定轨和自主导航； 第7章对GNSS应用于深空测控的关键技术进行了论述。

本书由樊敏、李海涛和黄勇共同完成，樊敏负责全书的策划和统稿，并完成第1章、第2章、第5章、第6章的撰写； 李海涛完成第4章、第7章的撰写； 黄勇完成第3章的撰写。在本书的撰写过程中，中国科学院上海天文台的胡小工、

李培佳、周善石、唐成盼和北京跟踪与通信技术研究所的董光亮、李赞、黄磊、王宏、程承、陈少伍、徐得珍、辛晓生，以及北京航天飞行控制中心的曹建峰等提供了相关文献资料和有益帮助，在此一并表示感谢。

由于作者学识和水平有限，书中难免有疏漏之处，诚请读者批评指正。

作者

2024年1月