GNSS自主导航技术通过初验

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北京时间2014年11月1日，飞行试验器中返回器与服务舱分离后，采用半弹道跳跃式飞行方式，经过两次再入大气层后成功着陆于内蒙古四子王旗并安全回收，开伞精度509米，落点精度2.92千米，飞行试验取得圆满成功，为2017年中国探月工程三期“嫦娥五号”探测器月壤采样返回奠定了坚实基础。

在CE-5T1飞行试验器任务中，航天恒星科技有限公司的研究团队实现了月地转移轨道5万千米以下的GNSS自主导航，实时连续地提供了轨道高度5万千米至5000千米飞行弧段上的导航数据，全程位置精度优于100米、速度精度优于0.1米/秒，在国际上率先实现了GNSS自主导航技术在高轨航天器及月球探测中的应用。在高轨航天器处理资源有限的情况下，实现了-173分贝瓦强度下的信号捕获和-175分贝瓦强度下的信号跟踪（不含天线增益），相比于传统低轨星载导航接收机，灵敏度提升近10分贝瓦，最远跟踪到导航信号的轨道高度达到13万千米。

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已成功返回的 “嫦娥五号”飞行试验器主要由服务舱和返回器两部分组成，服务舱作为服务平台携带返回器采用绕月自由返回轨道飞行，其间为返回器提供结构支撑、电源供给、测控通信、姿态与轨道控制等服务功能，为与服务舱分离后的返回器提供高精度再入轨道和姿态参数。当前服务舱测定轨手段依赖地面测控系统和甚长基线干涉测量（VLBI）技术，这两种手段都需要使用境外测控站以及国际站间实时数据传输，且返回轨道调整机动对测定轨影响较大。

因此，研究团队决定在月地转移轨道上使用卫星导航技术，在服务舱中搭载GNSS导航接收机，在国际上首次实现了月地转移轨道的漏导航卫星信号（来自地球侧面导航卫星发射天线旁瓣泄漏的信号）远距离接收与处理，在深空返回轨道成功实现自主导航定位，为飞行器提供了准确的轨道信息参考。

深空返回轨道的高度高于导航卫星本身的轨道高度，这使得应用场景与地面及低轨空间应用场景大不相同。在导航卫星的上方，需要接收来自地球对面的卫星导航信号（即漏导航信号）并进行定位解算。由于导航信号强度微弱，信号质量不受卫星导航系统服务提供方保障；同时可见导航星少，几何分布差，可连续观测弧段碎片化，宇宙照射强烈。

当“嫦娥五号”飞行试验器穿越导航卫星轨道面时，会出现信号功率动态变化和强弱信号互相混叠的现象，易引起跟踪信号的失锁；另外，由于“嫦娥五号”飞行试验器担负着多项重要航天任务，体积、功耗和重量方面可分配给GNSS卫星导航接收机的资源有限。

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针对月CE-5T1飞行试验器 轨道特点以及导航信号接收特性，研究团队对GNSS导航装置采用双天线设计，增大了导航星可观度，接收通道数量为32个。GNSS导航装置由导航接收天线、前置放大器、导航接收机组成，导航子系统分别在服务舱±Z轴各安装了一个接收机天线，保证了导航信号的全向接收。

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