CEI测量技术原理、系统设计与应用

CEI属于干涉测量技术的一种，该技术通过相距10~100km的两个测站之间的光纤进行时频和信息传递，实现对两个测站接收信号时延的精确测量，进而实时或准实时地获得被测目标对两测站基线矢量的精确角位置。该技术具有较高的测角精度，可以与测距、测速等外测数据相结合，有效应用于中高轨卫星的定轨及共位GEO卫星的相对定位任务。目前，GEO卫星轨位资源紧张，往往多颗卫星共用同一经度位置，为避免共用区内相邻卫星间的无线电频率干扰及潜在的碰撞危险，需要对卫星实施较为精确的定轨定位（尤其是相对定位），而CEI技术无疑是解决该问题的有效手段之一。此外，该技术还适用于空间目标监视领域。目前空间目标监视主要采用脉冲雷达，测量元素为距离和角度，精度不高（测量误差引起的空间位置误差达千米量级）； 如果利用CEI得到的测角信息融合脉冲雷达的测距信息，可获得较高的定位精度（优于百米），大大提高空间目标监视的效率和定轨精度。

本书对CEI技术进行了系统性介绍。第1章为原理性概述； 第2章介绍了CEI的基本原理； 第3章给出了在实际工程中得到应用的S频段CEI系统的详细设计方案，该系统主要用于对高轨卫星进行高精度测角； 第4章介绍了CEI系统的工作模式和工作流程； 第5章介绍了CEI系统的关键技术； 第6章给出了CEI测量误差分析方法； 第7章介绍了CEI技术的应用。

本书由黄磊策划和统稿，黄磊参与第1章、第2章、第5章和第6章的撰写； 刘友永参与第3章、第4章、第5章和第7章的撰写； 陈少伍参与第2章和第7章的撰写； 孟玮参与第3章、第4章和第5章的撰写。

在本书的撰写过程中，北京跟踪与通信技术研究所的李海涛、李赞、樊敏、王宏，中国电子科技集团公司第五十四研究所的刘云杰、谷春平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，疏漏之处在所难免，恳请读者批评指正。

作者团队
2024年1月

CEI（connected element interferometry，连线干涉测量，也可称为“短基线干涉测量”）技术是干涉测量技术的一种，其基线长度一般为几十千米； 其通过对载波相时延的测量，进而实时获得目标相对于基线矢量的精确角位置，可适用于中高轨卫星的高精度测定轨及相对定位。《CEI测量技术原理、系统设计与应用》重点介绍了CEI技术的基本原理，CEI系统的设计构建，实现CEI所突破的关键技术，以及CEI技术的工程应用实例；内容丰富全面，理论与实践并重。《CEI测量技术原理、系统设计与应用》有助于从事航天测控工作的技术人员系统掌握和了解CEI技术的工作原理及CEI系统实现方法，具有较高的参考价值。

黄磊，硕士，助理研究员，主要专业方向为深空测控通信总体。参与了我国历次探月任务及火星探测任务的测控系统设计与任务实施。参与了多项航天测控领域关键技术研究工作，出版译著2部，发表论文30余篇，获得授权发明专利10余项。
刘友永，博士，研究员，主要研究方向为深空测控通信系统与技术。主持和参与了我国深空测控干涉测量系统、35m深空站和深空天线组阵等系统研制，攻克了多项关键技术，获多项电科集团科学技术奖，电子学会技术奖等；发表论文20余篇，获得授权发明专利20余项。
陈少伍，硕士，助理研究员，主要专业方向为月球与深空探测导航与无线电测量技术。参与了我国嫦娥三号、四号、五号等探月任务及火星探测任务的测控系统设计与任务实施。参与了多项航天测控领域关键技术研究工作，发表论文20余篇，获得授权发明专利10余项。
孟玮，硕士，高级工程师，主要研究方向为深空测控高精度测量。

第1章概述
1.1干涉测量技术
1.2干涉测量技术在导航中的应用历程
1.3CEI测量技术
参考文献

第2章CEI测量基本原理
2.1干涉测量基本原理
2.2CEI测量基本原理
2.3CEI测量时延协方差分析
2.3.1协方差分析的原理
2.3.2CEI测量模型和信息矩阵
2.3.3测距和测速测量模型与联合信息矩阵
参考文献

第3章CEI干涉测量系统设计
3.1概述
3.2天伺馈分系统
3.2.1设备组成和工作原理
3.2.2主要指标
3.2.3天线零值稳定性设计
3.2.4高精度天线参考点测量与天线建模技术
3.3高频接收分系统
3.3.1主要指标
3.3.2设备组成和工作原理
3.3.3高稳信道零值稳定性设计
3.4数据采集与站内记录分系统
3.4.1主要功能和技术指标
3.4.2设备组成和工作原理
3.4.3CEI宽带数据采集与基带转换技术
3.4.4实施方案
3.4.5小结
3.5时频分系统
3.5.1系统组成及功能
3.5.2系统工作原理
3.5.3实施方案
3.6测试标校分系统
3.6.1主要功能和技术指标
3.6.2设备组成和工作原理
3.6.3实施方案
3.7监控分系统
3.7.1主要功能和技术指标
3.7.2设备组成和工作原理
3.7.3实施方案
3.8CEI系统数据处理中心设备
3.8.1功能与技术指标
3.8.2组成和工作原理
3.8.3实施方案
参考文献

第4章CEI系统工作模式及工作流程
4.1工作模式
4.2系统工作流程
4.2.1DOR模式工作流程
4.2.2ΔDOR模式工作流程
4.2.3SBI模式工作流程

第5章CEI系统关键技术
5.1概述
5.2基于光纤的高精度时频传递技术
5.2.1高精度频率传递技术
5.2.2高精度时间传递技术
5.2.3光纤频率传递中误差分析
5.2.4光纤时间传递中误差分析
5.3CEI载波相时延精确测量技术
5.3.1高精度CEI信号处理流程
5.3.2相时延解算方法
5.4高集成度软相关处理技术
5.4.1CEI数据的相关处理
5.4.2XF型和FX型相关处理机及其算法特点
5.4.3实时相关处理实现架构
参考文献

第6章CEI测量误差分析
6.1单差分模式下误差分析
6.2双差分模式下误差分析
参考文献

第7章CEI测量技术的应用
7.1概述
7.2国内高轨卫星定位中的应用
7.2.1应用场景
7.2.2应用效果
7.3国外中高轨卫星定轨中的应用
7.3.1CEI系统对中高轨卫星定轨
7.3.2节拍-M系统
7.4站点的水汽测量
7.4.1基本原理
7.4.2主要技术指标
7.4.3应用
7.5基于CEI的本地站址连接
参考文献

CEI（connected element interferometry，连线干涉测量，也可称为“短基线干涉测量”）技术是干涉测量技术的一种，其基线长度一般为几十千米； 其通过对载波相时延的测量，进而实时获得目标相对于基线矢量的精确角位置，可适用于中高轨卫星的高精度测定轨及相对定位。《CEI测量技术原理、系统设计与应用》重点介绍了CEI技术的基本原理，CEI系统的设计构建，实现CEI所突破的关键技术，以及CEI技术的工程应用实例；内容丰富全面，理论与实践并重。《CEI测量技术原理、系统设计与应用》有助于从事航天测控工作的技术人员系统掌握和了解CEI技术的工作原理及CEI系统实现方法，具有较高的参考价值。

黄磊，硕士，助理研究员，主要专业方向为深空测控通信总体。参与了我国历次探月任务及火星探测任务的测控系统设计与任务实施。参与了多项航天测控领域关键技术研究工作，出版译著2部，发表论文30余篇，获得授权发明专利10余项。
刘友永，博士，研究员，主要研究方向为深空测控通信系统与技术。主持和参与了我国深空测控干涉测量系统、35m深空站和深空天线组阵等系统研制，攻克了多项关键技术，获多项电科集团科学技术奖，电子学会技术奖等；发表论文20余篇，获得授权发明专利20余项。
陈少伍，硕士，助理研究员，主要专业方向为月球与深空探测导航与无线电测量技术。参与了我国嫦娥三号、四号、五号等探月任务及火星探测任务的测控系统设计与任务实施。参与了多项航天测控领域关键技术研究工作，发表论文20余篇，获得授权发明专利10余项。
孟玮，硕士，高级工程师，主要研究方向为深空测控高精度测量。