Analysis of Orbit Determination Capability for Cislunar Space Probes Using ISL Data

CAO Jianfeng; MAN Haijun; WANG Wenbin; WANG Junkui; LIU Shanhong; JU Bing; ZHANG Yu

doi:10.13203/j.whugis20230007

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Analysis of Orbit Determination Capability for Cislunar Space Probes Using ISL Data

Geodesy and Survey Engineering | 更新时间：2026-11-05

- Analysis of Orbit Determination Capability for Cislunar Space Probes Using ISL Data
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 50, Issue 4, Pages: 637-646(2025)
- 作者机构：
  
  1.北京航天飞行控制中心航天飞行动力学技术重点实验室，北京，100094
  2.中国科学院空间应用工程与技术中心，北京，100094
  3.航天系统部，北京，100094
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13203/j.whugis20230007
  CLC： P228
- Received：05 January 2023，
  
  Published：05 April 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
曹建峰,满海钧,王文彬，等.地月空间探测器星间链路定轨能力分析[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(4):637-646.

CAO Jianfeng,MAN Haijun,WANG Wenbin,et al.Analysis of Orbit Determination Capability for Cislunar Space Probes Using ISL Data[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(4):637-646.
曹建峰,满海钧,王文彬，等.地月空间探测器星间链路定轨能力分析[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(4):637-646. DOI：10.13203/j.whugis20230007

CAO Jianfeng,MAN Haijun,WANG Wenbin,et al.Analysis of Orbit Determination Capability for Cislunar Space Probes Using ISL Data[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(4):637-646. DOI：10.13203/j.whugis20230007

摘要

针对地月空间星间链路的应用需求，建立了双向单程测量的观测模型，在广义相对论参考框架下实现了求和组合算法。以地月空间远距离逆行轨道（distant retrograde orbit

DRO)探索任务为背景，开展利用星间链路测量的多探测器联合定轨能力分析。结果表明，星间链路测量具备独立支持轨道计算的能力，在仅有DRO卫星与共振轨道卫星星间链路时，需要10 d以上弧段来获取优于百米的绝对轨道精度，近地轨道（low Earth orbit

LEO）卫星的加入使得观测弧段缩短至5 d；如果融合使用LEO卫星自定位数据，观测弧段可进一步缩短至1 d。分析还表明，星间链路测量系统差的解算是制约定轨收敛的重要因素，因此在预处理阶段有必要完成设备延迟、钟差、传播介质等引入的系统性误差的标校。

Abstract

Objectives

The study aims to analyze the orbit determination capability of spacecraft in cislunar space through the utilization of inter-satellite measurement data. The objective is to elucidate how these measurement data can enhance the precision of orbit determination.

Methods

According to the application requirements of cislunar space inter satellite link

the observation model of dual-one-way measurement is established

and the algorithm for the sum combination is implemented in the realm of the general relativity. The cislunar distant retrograde orbit (DRO) exploration (CDROE) mission will utilize inter-satellites radiometric link among a low Earth orbit (LEO) satellite

a DRO satellite and a resonant orbit (RO) satellite. The joint orbit determination capability using inter satellite link measurement is analyzed.

Results

The results show that more than 10 d of tracking data is needed to obtain an orbit better than 100 m using only inter satellite link (ISL) between DRO and RO

and additional ISL data with LEO can shorten the tracking arc to 5 d. If the positioning data of LEO can be utilized

only 1 d data is needed.

Conclusions

The solution of systematic error is an important factor restricting the orbit determination convergence

so the calibration of systematic errors introduced by equipment delay

clock error

propagation medium

etc. is necessary.

关键词

Keywords

references

包为民，汪小卫 . 地月空间探索与开发的思考［J］. 宇航学报， 2022 ， 43 （ 6 ）： 705 - 712 .

BAO Weimin ， WANG Xiaowei . Some Thoughts About Cislunar Exploration and Exploitation ［J］. Journal of Astronautics ， 2022 ， 43 （ 6 ）： 705 - 712 .

陈明，唐歌实，曹建峰，等 . 嫦娥一号绕月探测卫星精密定轨实现［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2011 ， 36 （ 2 ）： 212 - 217 .

CHEN Ming ， TANG Geshi ， CAO Jianfeng ， et al . Precision Orbit Determination of CE-1 Lunar Satellite ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2011 ， 36 （ 2 ）： 212 - 217 .

陈明，张宇，曹建峰，等 . 嫦娥二号卫星轨道确定与测轨技术［J］. 科学通报， 2012 ， 57 （ 9 ）： 689 - 696 .

CHEN Ming ， ZHANG Yu ， CAO Jianfeng ， et al . Orbit Determination and Tracking Technology of CE-2 Satellite ［J］. Chinese Science Bulletin ， 2012 ， 57 （ 9 ）： 689 - 696 .

黄勇，昌胜骐，李培佳，等 . “嫦娥三号” 月球探测器的轨道确定和月面定位［J］. 科学通报， 2014 ， 59 （ 23 ）： 2268 - 2277 .

HUANG Yong ， CHANG Shengqi ， LI Peijia ， et al . Orbit Determination of Chang’E 3 and Positioning of the Lander and the Rover ［J］. Chinese Science Bulletin ， 2014 ， 59 （ 23 ）： 2268 - 2277 .

张宇，曹建峰，段建锋，等 . 嫦娥三号探测器连续姿控的轨道动力学模型补偿及实现［J］. 宇航学报， 2015 ， 36 （ 5 ）： 489 - 495 .

ZHANG Yu ， CAO Jianfeng ， DUAN Jianfeng ， et al . Orbit Dynamics Model Compensation and Implementation for Continuous Attitude Control of Chang'E 3 Probe ［J］. Journal of Astronautics ， 2015 ， 36 （ 5 ）： 489 - 495 .

ANANDA M P ， BERNSTEIN H ， CUNNINGHAM K E ， et al . Global Positioning System （GPS） Autonomous Navigation ［C］//IEEE Symposium on Position Location and Navigation： A Decade of Excellence in the Navigation Sciences ， Las Vegas， NV， USA ， 1990 .

CODIK A . Autonomous Navigation of GPS Satellites： A Challenge for the Future ［J］. Navigation ， 1985 ， 32 （ 3 ）： 221 - 232 .

RAJAN J A . Highlights of GPS Ⅱ-R Autonomous Navigation ［C］// The 58th Annual Meeting of the Institute of Navigation and CIGTF 21st Guidance Test Symposium ， New York， USA ， 2022 .

毛悦，宋小勇，贾小林，等 . 星间链路观测数据归化方法研究［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2013 ， 38 （ 10 ）： 1201 - 1206 .

MAO Yue ， SONG Xiaoyong ， JIA Xiaolin ， et al . Naturalisation Method Research on Inter-satellite Link Observation Data ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2013 ， 38 （ 10 ）： 1201 - 1206 .

TANG C P ， HU X G ， ZHOU S S ， et al . Initial Results of Centralized Autonomous Orbit Determination of the New-Generation BDS Satellites with Inter-Satellite Link Measurements ［J］. Journal of Geo‑desy ， 2018 ， 92 （ 10 ）： 1155 - 1169 .

蔡洪亮，孟轶男，耿涛，等 . 北斗三号卫星星地星间联合精密定轨初步结果［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2020 ， 45 （ 10 ）： 1493 - 1500 .

CAI Hongliang ， MENG Yinan ， GENG Tao ， et al . Initial Results of Precise Orbit Determination Using Satellite-Ground and Inter-satellite Link Observations for BDS-3 Satellites ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2020 ， 45 （ 10 ）： 1493 - 1500 .

WANG W B ， SHU L Z ， LIU J K ， et al . Joint Navigation Performance of Distant Retrograde Orbits and Cislunar Orbits via LiAISON Considering Dynamic and Clock Model Errors ［J］. Navigation ， 2019 ， 66 （ 4 ）： 781 - 802 .

王文彬 . 基于DRO： LEO编队的地月航天器自主导航与授时研究［D］. 北京：中国科学院大学， 2020 .

WANG Wenbin . Autonomous Navigation and Timing in Cislunar Space Enabled by DRO-LEO Formation ［D］. Beijing ： University of Chinese Academy of Sciences ， 2020 .

PU J ， LI S ， ZHANG H ， et al . Space-Based Orbit Determination for a Lunar Low-Energy Transfer Orbit ［C］// The 28th International Symposium on Space Flight Dynamics ， Beijing， China ， 2022 .

LI S ， PU J ， GAO Y ， et al . High-Fidelity Autonomous Navigation Based on DRO-LEO Inter-satellite Links ［C］// The 28th International Symposium on Space Flight Dynamics ， Beijing， China ， 2022 .

KAPLAN G . The IAU Resolutions on Astronomical Reference Systems， Time Scales， and Earth Rotation Models：CIRCULAR No. 179 ［R］. Washington D C ： United States Naval Observatory ， 2005 .

MOYER T D . Formulation for Observed and Computed Values of Deep Space Network Data Types for Navigation ［R］. California，USA ： Jet Propulsion Laboratory ， 2000 .

曹建峰，李勰，鞠冰，等 . 太阳系多星精密定轨软件［J］. 深空探测学报， 2022 ， 9 （ 5 ）： 532 - 541 .

CAO Jianfeng ， LI Xie ， JU Bing ， et al . Multi-satellite Precision Orbit Determination and Data Analysis Software in Solar System ［J］. Journal of Deep Space Exploration ， 2022 ， 9 （ 5 ）： 532 - 541 .

TAPLEY B D ， SCHUTZ B E ， BORN G H . Statistical Orbit Determination ［M］. Amsterdam ： Elsevier Academic Press ， 2004 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Robust Adaptive Orbit Determination and Time Synchronization for Lunar Navigation Constellation

Onboard Ultra-Stable Oscillator Long-Term Drift Calibration for Tianwen-1 Mission

A Review of Multi-scale Geospatial Data Updating Methods

Research Progress on Uncertainty in Radiometric Benchmark Transfer for Ocean Targets

A Framework for Evaluating Geospatial Cognitive Abilities of Multimodal Large Language Models for Brain-Inspired Spatial Intelligence

Related Author

XU Tianhe

HE Bei

WANG Dixing

CAO Jianfeng

KONG Jing

MAN Haijun

JU Bing

ZHANG Yu

Related Institution

Shandong Key Laboratory of Space Environment and Exploration Technology, Institute of Space Sciences, School of Space Science and Technology, Shandong University

State Key Laboratory of Spatial Datum

Science and Technology on Aerospace Flight Dynamics Laboratory

Beijing Aerospace Control Center

AI问答

⁰