中文核心期刊

中国科技核心期刊

中国科学引文数据库(CSCD)来源期刊

中国高校百佳科技期刊

中国宇航学会深空探测技术专业委员会会刊

高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

“天问一号”无线电掩星观测试验及特征分析

陈略,王美,简念川,满海钧,韩松涛,孔静,郭鹏,平劲松

陈略, 王美, 简念川, 满海钧, 韩松涛, 孔静, 郭鹏, 平劲松. “天问一号”无线电掩星观测试验及特征分析[J]. 深空探测学报(中英文). doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220006
引用本文: 陈略, 王美, 简念川, 满海钧, 韩松涛, 孔静, 郭鹏, 平劲松. “天问一号”无线电掩星观测试验及特征分析[J]. 深空探测学报(中英文).doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220006
CHEN Lue, WANG Mei, JIAN Nianchuan, MAN Haijun, HAN Songtao, KONG Jing, GUO Peng, PING Jinsong. Tianwen-1 Radio Occultation Observation Experiment and Feature Analysis[J]. Journal of Deep Space Exploration. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220006
Citation: CHEN Lue, WANG Mei, JIAN Nianchuan, MAN Haijun, HAN Songtao, KONG Jing, GUO Peng, PING Jinsong. Tianwen-1 Radio Occultation Observation Experiment and Feature Analysis[J].Journal of Deep Space Exploration.doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220006

“天问一号”无线电掩星观测试验及特征分析

doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220006
基金项目:国家自然科学基金资助项目(42005099);部委级试验技术研究项目(1800050381)
详细信息
    作者简介:

    (1983− ),男,博士,高级工程师,主要研究方向:深空无线电测量技术及科学应用、空间非合作目标无线电监测、地球定向参数解算预报及服务。通讯地址:北京市5130信箱120号(100094)电话:(010)66365924E-mail:chenlue@bao.ac.cn

    (1984− ),女,硕士,工程师,主要研究方向:深空无线电测量技术及应用、信号处理技术。通讯地址:北京市5130信箱105分箱(100094)电话:(010)66365934E-mail:wm2004xijiao@163.com

    (1977− ),男,博士,副研究员,主要研究方向:行星科学。通讯地址:上海市南丹路80号(200030)电话:(021)34775272E-mail:jnnccc@shao.ac.cn

  • ● The first successful observation experiment of the probe-Earth Mars radio occultation based on Tianwen-1 has been implemented. ● The amplitude diffraction speckles and frequency warped-tail features in radio occultation procedure have been effectively extracted from received Tianwen-1 signal. ● This observation experiment pride the first-hand and precious measurement data for the scientific research on Mars atmosphere.
  • 中图分类号:

Tianwen-1 Radio Occultation Observation Experiment and Feature Analysis

  • 摘要:中国“天问一号”探测器环火飞行为星–地火星无线电掩星观测提供了必要条件,可有效支持火星大气、电离层反演探测。重点介绍国内首次基于“天问一号”的火星无线电掩星观测试验。利用“天问一号”预报轨道,预报地面深空站掩星观测弧段;组织深空站,对“天问一号”进行火星入掩全过程观测,采集与记录探测器原始下行信号;利用自研深空开环测量软件,对“天问一号”下行信号进行处理分析,提取火星无线电掩星特征。结果表明:信号中幅度衍射斑纹与频率翘尾特征被成功提取,印证了此次星–地火星无线电掩星事件被有效观测,为后续基于“天问一号”的火星大气探测科学研究,积累了重要技术经验与测量数据。
    Highlights
    ● The first successful observation experiment of the probe-Earth Mars radio occultation based on Tianwen-1 has been implemented. ● The amplitude diffraction speckles and frequency warped-tail features in radio occultation procedure have been effectively extracted from received Tianwen-1 signal. ● This observation experiment pride the first-hand and precious measurement data for the scientific research on Mars atmosphere.
  • 图 1火星探测器相对于地面测站的观测构型

    Fig. 1Observation configuration between Mars probe and ground station

    图 2火星无线电掩星观测示意图

    注:ɑ为火星大气折射角。

    Fig. 2Schematic diagram of Mars radio occultation observation

    图 3“天问一号”未发生掩星时下行信号频谱

    Fig. 3Downlink signal FFT spectrum of Tianwen-1 under normal conditions

    图 4KS01“天问一号”开环测速与基带测速主载波频率

    Fig. 4Carrier frequencies of open-loop and baseband velocity on KS01 station

    图 5KS01的“天问一号”开环测速与基带测速主载波频率残差

    Fig. 5Carrier frequency residuals of open-loop and baseband velocity on KS01 station

    图 6开环测速与及基带测速主载波频率一致性比对

    Fig. 6Carrier frequency comparison of open-loop and baseband velocity

    图 7“天问一号”掩星过程中下行信号频谱

    Fig. 7Downlink signal FFT spectrum of Tianwen-1 in occultation procedure

    图 8JM01掩星阶段的信号主载波频率拟合残差

    Fig. 8Carrier frequency residuals of JM01 station in occultation procedure

    图 9JM01掩星最后阶段的信号自功率谱

    Fig. 9Signal power spectrum of JM01 station in final occultation procedure

    图 10JM01掩星阶段的信号幅度变化

    Fig. 10Signal amplitude of JM01 station in occultation procedure

    图 11KS01掩星阶段的信号主载波频率拟合残差

    Fig. 11Carrier frequency residuals of KS01 station in occultation procedure

    图 12KS01深空站掩星最后阶段的信号自功率谱

    Fig. 12Signal power spectrum of KS01 station in final occultation procedure

    图 13KS01掩星阶段的信号幅度变化

    Fig. 13Signal amplitude of KS01 station in occultation procedure

    表 1JM01深空站的火星掩星预报时刻(北京时)

    Table 1Predicted time of Mars occultation on JM01 station

    编号 JM01深空站
    入掩时刻(时:分:秒) 出掩时刻(时:分:秒)
    1 09:17:17.27 09:58:32.03
    2 17:31:48.09 18:09:19.18
    下载: 导出CSV

    表 2KS01深空站的火星掩星预报时刻(北京时)

    Table 2Predicted time of Mars occultation on KS01 station

    编号 KS01深空站
    入掩时刻(时:分:秒) 出掩时刻(时:分:秒)
    1 09:17:17.43 09:58:31.94
    2 17:31:48.28 18:09:19.14
    下载: 导出CSV
  • [1] FLAVIO P,GAEL C,ANTONIO A. A technique for the analysis of radio occultation data to retrieve atmospheric properties and associated uncertainties[J]. Radio Science,2021,56(5):e2020RS007205.
    [2] KLIORE ARVYDAS J. Radio occultation observations of the ionospheres of Mars and Venus[J]. Venus and Mars:Atmospheres,Ionospheres,and Solar Wind Interactions,1992,66:265-276.
    [3] LINDAL GUNNAR F,HOTZ HENRY B,SWEETNAM DONALD N,et al. Viking radio occultation measurements of the atmosphere and topography of Mars:data acquired during 1 Martian year of tracking[J]. Journal of Geophysical Research:Solid Earth,1979,84(B14):8443-8456.doi:10.1029/JB084iB14p08443
    [4] KLIORE A J,CAIN D L,GUNNAR F,et al. The atmosphere of Mars from Mariner 9 radio occultation measurements[J]. Icarus,1972,17(2):484-516.doi:10.1016/0019-1035(72)90014-0
    [5] HINSON D P,SIMPSON R A,TWICKEN J D,et al. Initial results from radio occultation measurements with Mars Global Surveyor[J]. Journal of Geophysical Research:Planets,1999,104(E11):26997-27012.doi:10.1029/1999JE001069
    [6] PÄTZOLD M,HÄUSLER B,TYLER G L,et al. Mars Express 10 years at Mars:observations by the Mars Express Radio Science Experiment (MaRS)[J]. Planetary and Space Science,2016,127:44-90.doi:10.1016/j.pss.2016.02.013
    [7] SILVIA T,MARTIN P,BERND H,et al. The structure of Mars lower atmosphere from Mars Express Radio Science (MaRS) occultation measurements[J]. Journal of Geophysical Research:Planets,2013,118(2):306-320.
    [8] 吴季,朱光武,赵华,等. 萤火一号火星探测计划的科学目标[J]. 空间科学学报,2009,29(5):449-455.doi:10.11728/cjss2009.05.449

    WU J,ZHU G W,ZHAO H,et al. Overview of scientific objectives of China-Russia Joint Mars exploration program YH-1[J]. Chinese Journal of Space Science,2009,29(5):449-455.doi:10.11728/cjss2009.05.449
    [9] ZHANG S J,PING J S,HAN T T,et al. Implementation of the Earth-based planetary radio occultation inversion technique[J]. Science China Physics,Mechanics and Astronomy,2011,54(7):1359-1366.doi:10.1007/s11433-011-4247-7
    [10] 张素君,王明远,简念川,等. 基于无线电掩星观测的火星电离层观测研究进展[J]. 中国科学:物理学,力学,天文学,2013(8):903-916.

    ZHANG S J, WANG M Y, JIAN N C, et al. A review on the study of Martian ionosphere based on Radio Occultation observations[J]. Sci Sin-Phys Mech Astron,2013(8):903-916.
    [11] 张素君,平劲松,洪振杰,等. 星–地无线电掩星技术探测火星大气和电离层[J]. 物理,2009,38(10):722-728.doi:10.3321/j.issn:0379-4148.2009.10.005

    ZHANG S J,PING J S,HONG Z J,et al. Detection of the martian atmosphere and ionosphere using spacecraft-Earth radio occultation[J]. Physics,2009,38(10):722-728.doi:10.3321/j.issn:0379-4148.2009.10.005
    [12] 胡雄,吴小成,宫晓艳,等. 火星电离层无线电掩星探测仿真研究[J]. 天文学报,2009(3):301-311.doi:10.3321/j.issn:0001-5245.2009.03.007

    HU X,WU X C,GONG X Y,et al. Simulation of the Mars ionosphere radio occultation experiments[J]. Acta Astronomica Sinica,2009(3):301-311.doi:10.3321/j.issn:0001-5245.2009.03.007
    [13] 胡雄, 吴小成, 王鑫, 等. 火星电离层/大气无线电掩星探测仿真研究[C]//第十二届全国日地空间物理学术讨论会论文摘要集. 三亚: 中国空间科学学会空间物理学专业委员会, 2007.
    [14] 孙越强,杜起飞,朱光武,等. 中俄联合火星电离层星–星掩星探测[J]. 空间科学学报,2009,29(5):475-479.doi:10.11728/cjss2009.05.475

    SUN Y Q,DU Q F,ZHU G W,et al. Joint Russian-Chinese satellite-to-satellite Martian radio occultation experiment[J]. Chinese Journal of Space Science,2009,29(5):475-479.doi:10.11728/cjss2009.05.475
    [15] 张素君,史弦,平劲松. 基于 MGS 探测器掩星观测的火星电离层数据初步分析[J]. 天文学进展,2009(3):280-290.doi:10.3969/j.issn.1000-8349.2009.03.007

    ZHANG S J,SHI X,PING J S. Preliminary analysis of martian ionospheric observation data based on MGS radio occultation experiment[J]. Progress in Astronomy,2009(3):280-290.doi:10.3969/j.issn.1000-8349.2009.03.007
    [16] 秦珺峰 邹鸿,叶雨光. 基于无线电掩星观测的火星高层大气研究[J]. 航天器环境工程,2020,36(6):571-583.

    QIN J F,ZOU H,YE Y G. Study of Mars’ upper atmosphere based on radio occultation observations[J]. Spacecraft Environment Engineering,2020,36(6):571-583.
    [17] 张荣桥. “天问”一号开启我国行星探测新征程[J]. 中国航天,2021,518(6):9-10.doi:10.3969/j.issn.1002-7742.2021.06.002

    ZHANF R Q. Tianwen 1 start a new journey of planetary exploration[J]. Aerospace China,2021,518(6):9-10.doi:10.3969/j.issn.1002-7742.2021.06.002
    [18] 吴伟仁,李海涛,李赞,等. 中国深空测控网现状与展望[J]. 中国科学:信息科学,2020,50(1):87-108.

    WU W R,LI H T,LI Z,et al. Status and prospect of China’s deep space TT&C network[J]. SCIENCE CHINA Information Sciences,2020,50(1):87-108.
    [19] 陈略. 深空无线电开环测速技术与应用研究[D]. 北京: 中国科学院大学, 2021.

    CHEN L. Research on deep space radio open-loop velocity measurement technology and its application[D]. Beijing: University of Chinese Academy of Sciences, 2021.
    [20] CHEN L,PING J S,LIU X,et al. Preliminarily study of Saturn’s upper atmosphere density by observing Cassini plunging via China’s deep space station[J]. Research in Astronomy and Astrophysics,2020,20(7):102.doi:10.1088/1674-4527/20/7/102
    [21] CHEN L,PING J S,CAO J F,et al. Retrieving Doppler frequency via local correlation method of segmented modeling[J]. Remote Sensing,2021,13(14):2846.doi:10.3390/rs13142846
    [22] 陈略,平劲松,李文潇,等. 基于中国深空站的木星探测器开环测量试验[J]. 深空探测学报(中英文),2018,5(4):382-386.

    CHEN L,PING J S,LI W X,et al. Juno radio open loop measurement experiment based on China's deep space stations[J]. Journal of Deep Space Exploration,2018,5(4):382-386.
    [23] KIMMO L,BACH U,KARRI M,et al. Asteroid sizing by radiogalaxy occultation at 5 GHz[J]. The Astrophysical Journal Letters,2016,822(2):L21.doi:10.3847/2041-8205/822/2/L21
    [24] CASCIOLI G,PETRICCA F,GENOVA A. Mars’ atmospheric calibration of radio tracking data for precise orbit determination[J]. Acta Astronautica,2020,177:103-110.doi:10.1016/j.actaastro.2020.07.019
  • [1] 信思博, 赵训友, 郑艺裕, 马瑞.“天问一号”火星探测器制动捕获最优点火姿态设计. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220002
    [2] 朱庆华, 王卫华, 刘付成, 郑循江, 聂钦博.“天问一号”火星探测环绕器导航制导与控制技术. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220046
    [3] 张玉花, 杨金, 盛松, 印兴峰, 徐亮.“天问一号”火星环绕器推进管路热控设计与分析. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20210086
    [4] 刘佳, 刘斌, 邸凯昌, 岳宗玉, 于天一, 王镓, 芶盛.“天问一号”着陆区地貌解译与定量分析. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20210123
    [5] 杨祎, 刘奕宏, 汪静, 吴乐群, 张晓峰, 韩阅, 张秀红.“天问一号”着陆巡视器转动电缆设计方法. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220081
    [6] 梁伟光, 张宇, 张尧.“天问一号”近火飞越应急轨控策略设计方法. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20210112
    [7] 柳思聪, 童小华, 刘世杰, 谢欢, 赵慧, 刘大永, 许雄, 叶真, 王超, 刘祥磊.“天问一号”着陆区遥感形貌建模与制图分析. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220005
    [8] 罗敏, 杨建中, 韩福生, 满剑锋.“天问一号” 着陆缓冲机构吸能材料设计分析与试验验证. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20210044
    [9] 段成林, 张宇, 韩意, 段建锋.“天问一号”太阳等离子体延迟误差分析与修正. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20210103
    [10] 黎彪, 张从发, 盛聪, 樊俊峰, 刘冬.“天问一号”火星次表层雷达展开机构设计. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20200089
    [11] 黄明星, 高树义, 王立武, 王文强, 李健.“天问一号”降落伞材料性能分析与试验研究. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20210025
    [12] 路伟涛, 任天鹏, 陈略, 韩松涛, 王美.一种基于小波相关滤波的无线电干涉测量处理方法. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.01.012
    [13] 郝万宏, 董光亮, 李海涛, 王宏, 樊敏, 周欢, 徐得珍.火星大气进入下降着陆段测控通信关键技术研究. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.004
    [14] 邓剑峰, 高艾, 崔平远.基于改进多模型的火星大气进入自适应估计方法. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2017.06.006
    [15] 郭敏文, 李茂登, 黄翔宇, 王大轶.非一致终端约束下火星大气进入段制导律设计. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2017.02.013
    [16] 龙嘉腾, 高艾, 崔平远.火星大气进入段侧向预测校正制导律设计. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2016.02.008
    [17] 赵振华, 杨俊, 李世华, 郭雷.基于阻力跟踪的火星大气进入段非线性预测制导律设计. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2015.02.006
    [18] 吴超, 赵振华, 杨俊, 李世华, 郭雷.基于约束预测控制的火星大气进入轨迹跟踪. 深空探测学报(中英文),
    [19] 秦同, 王硕, 高艾, 朱圣英, 崔平远.一种火星大气密度三维解析模型. 深空探测学报(中英文),
    [20] 王震, 王娜, 平劲松.月球电离层掩星探测研究. 深空探测学报(中英文),doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2014.03.010
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:20
  • 被引次数:0
出版历程
  • 收稿日期:2022-01-19
  • 修回日期:2022-03-15
  • 网络出版日期:2023-03-03

“天问一号”无线电掩星观测试验及特征分析

doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220006
    基金项目:国家自然科学基金资助项目(42005099);部委级试验技术研究项目(1800050381)
    作者简介:

    (1983− ),男,博士,高级工程师,主要研究方向:深空无线电测量技术及科学应用、空间非合作目标无线电监测、地球定向参数解算预报及服务。通讯地址:北京市5130信箱120号(100094)电话:(010)66365924E-mail:chenlue@bao.ac.cn

    (1984− ),女,硕士,工程师,主要研究方向:深空无线电测量技术及应用、信号处理技术。通讯地址:北京市5130信箱105分箱(100094)电话:(010)66365934E-mail:wm2004xijiao@163.com

    (1977− ),男,博士,副研究员,主要研究方向:行星科学。通讯地址:上海市南丹路80号(200030)电话:(021)34775272E-mail:jnnccc@shao.ac.cn

  • ● The first successful observation experiment of the probe-Earth Mars radio occultation based on Tianwen-1 has been implemented. ● The amplitude diffraction speckles and frequency warped-tail features in radio occultation procedure have been effectively extracted from received Tianwen-1 signal. ● This observation experiment pride the first-hand and precious measurement data for the scientific research on Mars atmosphere.
  • 中图分类号:

摘要:中国“天问一号”探测器环火飞行为星–地火星无线电掩星观测提供了必要条件,可有效支持火星大气、电离层反演探测。重点介绍国内首次基于“天问一号”的火星无线电掩星观测试验。利用“天问一号”预报轨道,预报地面深空站掩星观测弧段;组织深空站,对“天问一号”进行火星入掩全过程观测,采集与记录探测器原始下行信号;利用自研深空开环测量软件,对“天问一号”下行信号进行处理分析,提取火星无线电掩星特征。结果表明:信号中幅度衍射斑纹与频率翘尾特征被成功提取,印证了此次星–地火星无线电掩星事件被有效观测,为后续基于“天问一号”的火星大气探测科学研究,积累了重要技术经验与测量数据。

注释:
1) ● The first successful observation experiment of the probe-Earth Mars radio occultation based on Tianwen-1 has been implemented. ● The amplitude diffraction speckles and frequency warped-tail features in radio occultation procedure have been effectively extracted from received Tianwen-1 signal. ● This observation experiment pride the first-hand and precious measurement data for the scientific research on Mars atmosphere.

English Abstract

陈略, 王美, 简念川, 满海钧, 韩松涛, 孔静, 郭鹏, 平劲松. “天问一号”无线电掩星观测试验及特征分析[J]. 深空探测学报(中英文). doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220006
引用本文: 陈略, 王美, 简念川, 满海钧, 韩松涛, 孔静, 郭鹏, 平劲松. “天问一号”无线电掩星观测试验及特征分析[J]. 深空探测学报(中英文).doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220006
CHEN Lue, WANG Mei, JIAN Nianchuan, MAN Haijun, HAN Songtao, KONG Jing, GUO Peng, PING Jinsong. Tianwen-1 Radio Occultation Observation Experiment and Feature Analysis[J]. Journal of Deep Space Exploration. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220006
Citation: CHEN Lue, WANG Mei, JIAN Nianchuan, MAN Haijun, HAN Songtao, KONG Jing, GUO Peng, PING Jinsong. Tianwen-1 Radio Occultation Observation Experiment and Feature Analysis[J].Journal of Deep Space Exploration.doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220006
参考文献 (24)

返回顶部

目录

    /

      返回文章
      返回
        Baidu
        map