深空测控干涉测量技术

仰望星空、探索浩瀚宇宙是人类永恒的追求与梦想。随着科学技术水平的发展，人类已经具备了通过航天活动来探索地球以外天体的能力。“深空探测”是指脱离地球引力场，进入太阳系空间和宇宙空间的探测。2020年12月17日凌晨，携带月壤的“嫦娥五号”返回舱成功着陆在内蒙古四子王旗预定着陆区，标志着我国探月工程“绕、落、回” 三步走圆满收官； 2021年4月29日11时23分，中国空间站“天和”核心舱发射升空，准确进入预定轨道，标志着我国空间站建造进入全面实施阶段； 2021年5月15日7时18分，“天问一号”探测器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，迈出了我国星际探测征程的重要一步，实现了从地月系到行星际的跨越。 在喜迎建党一百周年，实现 “全面建成小康社会”目标之际，我国航天事业也取得了令全世界瞩目的丰硕成果，实现了跨越式发展，为实现我们的航天梦、强国梦进一步夯实了基础，载人月球探测工程和以小行星探测为代表的更深远行星探测任务也已经提上议事日程。 
深空测控通信系统是对执行深空探测任务的航天器进行跟踪测量、监视控制和信息交换的专用系统，其在深空探测任务中具有举足轻重、不可替代的地位和作用。因此，不断提升深空测控能力也是实施月球与深空探测的必然要求，我国深空测控系统也是伴随着探月工程“绕、落、回”三步走的步伐逐步建设和发展起来的。自2004年正式启动实施探月工程以来，我国深空测控系统从无到有，历经十七载逐步发展壮大，如今已成为世界三大全球布局的深空测控网之一，具备了独立支持月球与深空探测任务的能力。自20世纪后期VLBI技术诞生以来，NASA 喷气推进实验室就提出了基于VLBI的无线电导航方式。NASA深空网早在20世纪70年代就研究利用多种模式的VLBI测量技术，对深空航天器进行导航与定位； 并利用ΔVLBI技术完成了对“旅行者1号”和“旅行者2号”航天器的导航与定轨的验证。随着深空探测任务不断深入，对导航精度的需求也不断提高。干涉测量技术作为深空测控实现高精度角度测量的核心关键技术，已经从20世纪80—90年代30nrad的量级逐步发展到了目前 1nrad的量级，极大提高了深空探测任务的导航精度，并还在向更高的精度发展。 
作为我国航天测控系统总体设计单位，北京跟踪与通信技术研究所组织深空测控科研团队，不断跟踪和研究国际深空测控通信技术，先后完成了中国深空测控网的顶层设计以及历次探月任务的测控系统总体设计与任务实施，积累了深空测控系统设计与应用的初步经验。本书作者结合亲历的探月工程和行星探测工程在深空测控干涉测量系统设计、研究和工程应用方面所取得的相关成果以及国外相关机构的技术成就，从深空测控干涉测量的基本原理概念、干涉测量基础知识、深空测控干涉测量双差分单向测距、连线干涉测量和同波束干涉测量以及深空测控干涉测量未来的发展方向等方面进行了较为全面的论述，试图从技术原理和工程应用层面为从事深空探测任务干涉测量系统总体设计和工程应用的技术人员，提供一个相对比较完整的技术参考。
本书由李海涛策划和统稿，李海涛完成第1章、第2章、第3章、第7章的撰写，黄磊完成第5章、第6章的撰写，郝万宏完成第4章的撰写。在本书撰写过程中，北京跟踪与通信技术研究所的陈少伍、徐得珍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

2022年1月

《深空测控干涉测量技术》一书结合了我国探月工程测控系统实践和国家863项目的相关最新的成果，系统地介绍深空测控中应用的干涉测量技术，既有基础知识又有最新的创新研究成果，重点对DOR、CEI和SBI从机理、工程实践和技术验证等方面进行了详细论述，对我国深空测控系统的干涉测量系统的建设发展和应用具有重要意义。本书可供航天航空领域相关的科研人员参考，对我国从事深空探测任务测控系统顶层设计和相关技术研究的科技人员等具有较强的参考意义。

李海涛,北京跟踪与通信技术研究所 研究员，主要从事深空测控系统的顶层设计与技术研究工作，是我国深空测控系统的主要设计者之一，百千万人才工程国家人选。现任探月工程嫦娥四号任务和首次火星探测任务测控系统总设计师，先后参与完成了探月工程嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号任务的测控系统设计与任务实施，并获得“嫦娥三号任务突出贡献者”称号。主持完成了多项深空测控关键技术研究，2011年被评为863“十一五”科技攻关先进个人。先后获得第十届中国青年科技奖、第十八届中国科协求是杰出青年奖（实用工程）、国家科技进步特等奖1项，国家技术发明二等奖1项，军队科技进步一等奖2项、二等奖2项，出版学术专著3部，译著4部，发表论文40余篇，获得授权发明专利10项。

本书作为中国航天科技前沿出版工程·中国航天空间信息技术系列丛书的其中一种，系统总结了近年来国内外在深空测控中对于干涉测量技术的使用，对于相关领域科研人员来说是一本具有参考意义的学术专著。

《深空测控干涉测量技术》一书结合了我国探月工程测控系统实践和国家863项目的相关新的成果，系统地介绍深空测控中应用的干涉测量技术，既有基础知识又有新的创新研究成果，重点对DOR、CEI和SBI从机理、工程实践和技术验证等方面进行了详细论述，对我国深空测控系统的干涉测量系统的建设发展和应用具有重要意义。本书可供航天航空领域相关的科研人员参考，对我国从事深空探测任务测控系统顶层设计和相关技术研究的科技人员等具有较强的参考意义。