《多体环境下定位导航授时（PNT）系统研究》228页

在21世纪重启的探月竞赛中，提升地月空间、月表及深空任务能力的需求日益迫切。随着月球任务数量与复杂度激增，持续可靠的定位导航授时（PNT）能力成为关键要素。本论文提出创新性月球PNT架构，旨在实现月球南极持续覆盖、全月面近连续覆盖及地月走廊覆盖。当航天国家从月球探索迈向火星时，类似技术对宇航员地外环境探索同样不可或缺。研究同时深入分析火星及火卫一PNT星座方案，通过初始条件传播与庞加莱映射等方法，在圆型限制性三体问题（CR3BP）与双圆限制性四体问题（BCR4BP）框架下进行轨道推演。综合性能评估涵盖可见性覆盖、系统功耗、位置精度衰减因子（PDOP）、几何精度衰减因子（GDOP）及多体系统稳定性等维度，为筛选最优架构提供依据。

月球南极覆盖优选"椭圆月球冻结轨道"（ELFO）星座，因其对南极区域提供稳定覆盖；全月面覆盖方案中ELFO星座与"沃克德尔塔"星座并列为优选；地月走廊覆盖因空间广袤更具挑战性，采用"3:1共振轨道+远距离逆行轨道（DRO）"与"2.5倍地球静止轨道高度"（2.5 xGEO）组合星座展现潜在优势。深空拓展方面："轴向星座"超预期满足火星PNT需求；火卫一PNT则回归"沃克德尔塔"星座架构。论文结论提出多项发现与建议，附录详述卫星布局优化对结果的深远影响。本研究首创性成果包括：整合多种新型星座方案构建月球PNT体系；基于纯CR3BP轨迹设计覆盖全火星的实用PNT系统；首次在学术领域提出火卫一PNT解决方案。

章节架构

第一章阐明地月空间与火星PNT系统研究动因，明确研究目标，奠定PNT基础认知及星座优化评估指标体系。后续章节安排如下：

• 第二章：综述地月空间与火星PNT现有文献。聚焦月面PNT（南极与全月面覆盖）、地月走廊PNT及火星PNT（虽文献稀缺）三大领域。解析不同学者对"最优PNT星座"的差异化评判标准，涵盖轨道动力学与系统工程多维指标。

• 第三章：建立CR3BP与BCR4BP卫星运动方程体系，阐述通过数值积分初值寻周期轨道的数学方法，引入"庞加莱映射"作为CR3BP周期轨道新发现机制。简述地月系统各类周期轨道特性（无论本研究是否采用），探讨"单点打靶法"与"多点打靶法"微分校正技术，最后数学化阐释PNT评估指标。

• 第四章：解析月球南极与全月面PNT任务仿真结果。筛选多组星座方案，在覆盖能力、功耗、PDOP、GDOP、稳定性、卫星数量及部署成本等指标空间进行对比分析。首论CR3BP运动方程生成的拉格朗日点轨道，次论传统二体模型衍生替代轨道及其PNT问题解决效能。

• 第五章：聚焦地月走廊环境（以xGEO距离——即高于地球静止轨道半长轴42,164公里的倍数为用户目标点）。该体系星座需穿越整个地月空间，故引入新型轨道轨迹。通过指标对比分析，质疑该区域PNT服务可行性。

• 第六章：突破地月体系，将CR3BP PNT数学方法移植至火星-火卫一系统。旨在为火星探索者提供PNT系统初步方案。轨道设计平衡火星与火卫一引力场，因二者质量悬殊催生全新轨道构型与高度方案。

• 第七章：转向火卫一表面PNT服务（支撑初期火星探索），分析CR3BP轨迹对此特殊天体的适用性。

• 第八章：总结研究成果并提出结论。规划地月空间与火星PNT深化研究的多元路径。