[发明专利]用于多目标VLBI测轨验证的通用信号仿真方法

说明书

本发明提供一种用于多目标VLBI测轨验证的通用信号仿真方法，包括：在时域中对目标源的中频信号进行仿真，得到中频数字信号，其中目标源是可切换的探测器和射电源；对中频数字信号进行处理，以生成基带信号的仿真结果。本发明的用于多目标VLBI测轨验证的通用信号仿真方法的中频信号仿真的整个过程都在时域中处理，同时具备射电源和探测器基带信号仿真功能，实现了射电源和探测器信标仿真的统一，适用于仿真深空探测VLBI交替观测模式；并且，通过从中频信号开始仿真能显著减少计算和存储复杂度，具备工程可行性。

技术领域

本发明属于天体测量领域，具体涉及一种用于多目标VLBI测轨验证的通用信号仿真方法。

背景技术

甚长基线干涉测量(very long baseline interferometry,VLBI)是二十世纪六十年代后期出现的一项具有高分辨率、高测量精度的技术方法，广泛应用于天体物理、天体测量和深空探测等领域。图1是VLBI基本原理图。同一基线的两台射电望远镜接收探测器或射电源信号，通过相关得到信号延迟，从而可进一步得到信号源的空间位置。

我国在2007年首次探月工程中使用VLBI技术，对任务的顺利实施发挥了重要作用。随着探月工程的深入和深空探测的展开，探测器目标从单个目标变为多个目标，信标频谱形式多样，进而带来信标的电磁兼容性问题。除此之外，还有多个目标的同波束测量需求及变化复杂的轨道，对VLBI测轨提出了更高的要求。

在嫦娥五号(CE-5)前，均采用探测器信号测控天地对接试验、实际观测地球卫星或利用前次任务实测数据的方法用于对VLBI系统测轨能力评估。由于VLBI系统复杂，若采用实际观测地球卫星的方法进行VLBI性能评估，一方面，需要协调多个大型观测站设备及相关人员，代价巨大；另一方面，这些方法均无法在探测器发射前，真实地反映出任务多个目标复杂的VLBI信标特征和新任务的轨道特征，对VLBI系统的测轨能力评估存在较大不足，在正式任务前不可能安排和实际任务完全相同的探测器物理飞行条件做VLBI观测试验。

相比组织大型卫星VLBI观测试验的巨大代价和有限效果，使用信号仿真技术可以根据目标设计轨道与观测需求，快速灵活地生成近似实际观测的VLBI基带数据，包括射电源信号及多个探测器目标不同的测控及数传信标，检测VLBI系统的功能和性能。因此仿真数据更能反映轨道特征和信号特征。

图2是中国VLBI网(Chinese VLBI Network,CVN)的VLBI数据处理的流程图。图3是采用VLBI仿真信号验证VLBI测轨系统能力的流程图。比较图2、图3可以看到，通过仿真技术模拟中国VLBI网的天马站、密云站、南山站和昆明站天线接收的VLBI基带数据并发送数据传输配置项，可以用于VLBI数据处理系统的测试分析。测站的天线参数，目标轨道特征、参考射电源信号、探测器信标特征、系统仪器误差和介质修正将以外部参数形式作为仿真系统的输入。因此VLBI信号仿真用于多目标VLBI测轨验证的方法，不仅能更加真实、快速和全面地检验VLBI的测轨能力，而且还能节省了人力、物力及时间，在工程测轨能力验证和经济性方面优势突出。

VLBI用于地球卫星、月球或深空探测器等航天器测定轨、定位(本文统称测轨)时，射电望远镜接收射电源或者探测器的射频信号，经本地信号混频得到中频信号，终端再通过滤波、量化、存储等步骤得到若干组基带数据。基带数据以约定格式存储，目前常用的格式有Mark5B和VDIF。相关处理机进行基带信号处理的结果称之为可视度数据，该数据再通过介质修正、相关后处理得到VLBI时延观测量，然后用于定轨/定位等处理，得到科学观测量。

以上是VLBI基本的观测处理流程。在这流程中，VLBI基带数据量巨大(以火星探测天问一号观测为例，12小时观测产生约2TB数据)。因此目前用于测定轨VLBI数值模拟仅限于对VLBI时延值的误差模拟，数据量和基带数据相比小6个数量级以上，无法用于对数字采集终端和相关处理的分析验证，同时也无法对VLBI测轨系统做完整的数据处理与实时性等性能测试。