火星探测器、卫星是如何导航的？怎么确定其在宇宙中的具体位置？ 第1页

嗨，回答一下火星探测器是如何导航的？

火星距离地球最远约为4亿千米，火星探测器在飞向火星的漫漫长途中，将进行多次轨道中途修正，逐渐接近火星；为了实现环绕火星，探测器还将进行火星捕获机动和一系列的捕获轨道修正；在火星着陆降落前，还需要对待着陆区进行成像和预报分离点的位置，这些都离不开对火星探测器的精确导航。

通常，火星探测器导航可以分为地基导航和自主导航两类，其中地基导航由于实现方便、精度高，是最主要的导航手段。国外火星探测活动经验表明，对火星探测器的精确地基导航主要依靠深空网。利用深空网对火星探测器进行无线电距离和速度测量（图1所示），即通常所说的测距和多普勒测量。在此基础上考虑太阳光压、各天体引力摄动等动力学模型，解算探测器在太空中的位置和速度等信息，进而实现导航。由于距离遥远，距离和速度测量对导航精度的敏感性不断降低，为了进一步提升导航精度，还加入甚长基线干涉测量（Very Long Baseline Interferometry，VLBI），获取对探测器的角度测量，进一步提高导航精度。

图2是美国NASA深空网在深空探测任务中利用测距、多普勒和VLBI能够到达的精度。这三种导航手段的特点如下：

 距离测量主要采用纯侧音相干转发测距，音码混合测距，以及再生伪码测距三种方式，其中再生伪码测距可以避免转发环节噪声的影响，有效提高探测器上的功率利用效率，实现测距信噪比的提高，更加适合火星探测等深空活动，对火星探测器的导航精度约为几十千米量级。

 多普勒速度测量以精度高、通用性好一直是深空导航领域主要的跟踪数据类型，如美国X波段速度测量精度能够达到0.03mm/s，对火星探测器的导航精度约为十几千米量级。

 VLBI技术的发展经历了ΔVLBI (Delta VLBI)、双差分单向测距(Delta Differential One-way Range，ΔDOR)、同波束干涉测量（Same Beam Interferometry, SBI）、连线干涉测量（Connected Element Interferometry，CEI）、甚长基线阵(Very Long Baseline Array，VLBA)等阶段，精度也从数百个nrad（纳弧度）提升至约1nrad（对火星探测器的导航精度约为1千米），将来甚至能达到0.1nrad。

VLBI技术作为传统测距和多普勒测速方法的重要补充，在现代深空导航中具有不可取代的地位，两者的具体对比参见表 1 测距和多普勒测速技术与干涉测量技术对比。