环火星测量数据处理及精密轨道确定

为支持我国首次火星探测任务取得圆满成功,宇航动力学国家重点实验室将全自主开发的精密定轨平台系统,应用于环火星轨道确定中.为满足多对象、多弧段、多中心天体的定轨需求,平台系统设计了卫星结构、测站结构、观测结构和天体结构4大基础结构,并在4大基础结构之上,设计了灵活的弧段结构和估计结构.为验证平台系统是否具备环火星定轨能力,平台系统首先使用2020年上半年跟踪火星快车实验的数据对测量模型进行了检核,得到了理论测距和实测测距偏差(11 m～21 m);其次,使用2009年实测双程测速和三程测速数据定轨,单独使用双程测速定轨,轨道与欧空局精密星历位置偏差最大不超过100m,测速残差的均方根(Root Mean Square,RMS)为0.0137(cm/s).使用三程测速定轨,位置偏差不超过250m,三程测速RMS为0.0119(cm/s);最后,使用两天三站测距仿真进行了自定轨验证,初轨和随机差都基本收敛回仿真初值.结果显示,宇航动力学国家重点实验室精密定轨系统能够满足我国首次火星探测任务的基本需求.