X射线脉冲星导航定位原理及应用

本文介绍了脉冲星的基本概念，阐述了X射线脉冲星导航定位原理及主要特点，分析了系统组成的基本要素，指出了满足未来航天任务从近地轨道、深空至星际空间飞行的持续、高精度自主导航应用需求。     

X射线脉冲星导航中脉冲轮廓的频偏和时延算法

观测轮廓与标准轮廓的频率偏差和时间延迟是X射线脉冲星导航的两个观测量,讨论其计算方法并提出如下改进意见:①对探测器的最小分辨时间作进一步的时间细分,在每一个小的时间间隔内接收的光子数可以假设满足二项分布,再对观测轮廓叠加可以求得更高精度的频偏;②将实际观测轮廓分为理想轮廓及其偏差两部分,而TOA是指理想轮廓与标准轮廓的时延,Sala等人提出的用相关函数求TOA方法仅对理想轮廓成立;③如果实际轮廓在测量过程中形状不变,则偏差产生的TOA估计误差为一常数。在此基础上提出实际观测轮廓的TOA估计方法,其计算精度小于探测器的最小分辨率。     

X射线脉冲星导航几何法确定航天器位置

给出了X射线脉冲星导航中,利用单差、双差观测量根据几何法确定航天器位置的基本方法。通过仿真试算,重点分析了各类误差项对位置确定精度的影响。     

航天器利用脉冲星进行自主导航定位和授时初探

介绍了脉冲星导航定位和授时服务的原理及方法,阐述了利用脉冲星进行航天器自主导航定位及授时的特点。认为脉冲星用于航天器导航授时服务,有可能进一步提高其时钟信息的长期稳定性,应用前景值得期待。     

X射线脉冲星导航定位技术研究

X射线天文学催生了X射线脉冲星导航,并为其提供了理论和技术基础,本文分析了X射线脉冲星导航的原理和计算方法,介绍脉冲星导航研究的重大意义及进展情况,分别对该技术涉及的关键技术,即脉冲星巡天、脉冲到达时间、X脉冲探测器、时空基准的建立与维持和导航算法等做了介绍。     

射电脉冲星导航

看太阳东升西落,望星辰布列夜空,这是文明开启以来就出现的天文定向导航方法,其简便易行不言而喻。天体能够定位导航的常识启迪了     

X射线脉冲星导航可见性分析

概述了X射线脉冲星可见性分析需要考虑的影响因素,给出了脉冲星高度角以及第三天体遮挡的计算公式。根据导航需要,按照脉冲星优选准则,选取50颗X射线脉冲星进行了仿真计算。分析了可见脉冲星个数随位置、时间、高度的变化规律,单颗脉冲星在1 d时间内可见性的变化情况,以及日月对脉冲星的遮挡情况。     

X射线脉冲星单星动力学定轨

基于单脉冲星的动力学定轨,在X射线脉冲星导航技术尚不成熟时具有较强的实用价值.将X射线脉冲星观测方程与航天器动力学模型相结合,系统研究了利用X射线脉冲星观测量进行单星动力学定轨的方法原理.利用仿真数据量化分析了各项因素对定轨精度的影响,指出X射线脉冲星方向单位向量越靠近航天器轨道面单星定轨位置精度越差.因此提出了单探测器轮流观测多颗脉冲星的准多星定轨方法,从而使定轨精度由km量级提高到了20 m.     

火星探测器转移轨道的自主导航方法

针对火星探测巡航段轨道导航需求,结合不同的星载敏感器提出了一种基于太阳、地球、火星及恒星信息的火星巡航段自主导航方法。该方法根据导航天体的特点,在分析不同导航天体观测模型基础上,根据地球视线矢量和火星视线矢量的可观性,结合信息融合技术,建立了基于太阳、地球、恒星观测以及太阳、火星、恒星观测两种模式下的多源天体数据融合处理方案,实现了探测器位置与速度信息的实时估计。仿真结果表明,本文方法能够有效地利用多源导航天体观测信息,为巡航轨道提供高精度的导航结果,可满足火星探测巡航段任务要求。     

X射线脉冲星信号辐射的数值模拟方法

概述了X射线脉冲星信号辐射模拟技术的发展概况,分析了当前基于非齐次泊松过程(non-homogeneous poisson process, NHPP)的X射线信号数值模拟方法,在此基础上,采取了一种齐次泊松过程与经典概率相结合的数值模拟方法,与NHPP的模拟方法相比,该方法能够避免对流量密度函数的积分及对积分函数的求逆过程,可以大幅度简化数值模拟的计算流程,且适用于具有任意流量密度强度的脉冲星信号辐射模拟,并通过算例分析验证了该方法的可行性。     

基于星间测距/轨道定向参数约束的导航卫星自主定轨研究

研究了导航卫星自主导航问题，提出了基于星间测距和轨道定向参数约束的导航卫星自主定轨方法，通过该方法的可行性分析，得到一些有益结论。     

基于X射线脉冲星的航天器动力学定轨

系统研究了利用X射线脉冲星观测量进行动力学定轨的全过程,给出了观测数据仿真的基本流程,并利用仿真数据对各项因素对定轨精度的影响进行了量化分析。     

利用X射线脉冲星进行同步定位/授时的可观性分析

将星载时钟钟差增广为状态向量,根据非线性系统的可观性秩条件判据,从理论上证明了利用X射线脉冲星进行同步定位/授时是可观的,为X射线脉冲星自主导航的工程应用提供了理论依据。     

相对论框架下脉冲星导航的2PN观测方程研究

介绍了脉冲星导航的研究进展,顾及天体的四极矩和角动量,推导了脉冲星导航的2PN观测方程,对导航观测方程中的2PN相对论效     

脉冲星用于深空探测器导航定位及授时的探讨

研究了脉冲星导航基本原理,分析了现有脉冲星导航定位算法,探讨了其在深空探测器自主导航定位和授时方面的应用。     

X射线脉冲星航天器姿态确定方法研究

本文阐述了利用X射线脉冲星实现航天器姿态确定的成像仪定姿、探测器扫描定姿和垂直双矢量相对定位姿态的3种方法,介绍了其基本原理;分析了3类方法与现有姿态确定方法相比存在的优势;并利用仿真数据分析了垂直双矢量相对定位姿态确定方法;研究了时延测定误差、可观测脉冲星数、脉冲星历表误差等对姿态确定精度的影响,得出了有益的结论.     

脉冲星导航试验卫星空间计时数据的初步分析

脉冲星导航试验卫星(X-ray pulsar-based navigation-1, XPNAV-1)是我国首颗致力于探索X射线脉冲星导航技术的空间试验平台,已在轨运行七年多,获得大批观测数据,本文收集了该卫星三年多的空间观测数据,开展了一些有益的技术探索.首先处理分析了卫星对Crab脉冲星观测数据,得到Crab脉冲星的每轨、每天和总脉冲轮廓,结果表明,在时间维度上脉冲轮廓是稳定的,与国内外观测结果一致性较好;其次得到Crab脉冲星不同能段脉冲轮廓,分析了脉冲轮廓随能量变化特征;在能量维度上,得到了Crab脉冲星在不同脉冲相位区间的能谱,发现能谱与相位区间的脉冲强度成正比,表明我国自主研制的聚焦型X射线探测器具备良好的技术状态,也实现了卫星精确地“看得见”脉冲星的试验目标.最后利用XPNAV-1卫星的三天观测数据,实现基于最小二乘算法的脉冲星导航试验解算,得到卫星轨道确定精度约为56.93 km,分析发现XPNAV-1星对Crab脉冲星观测误差和初始轨道误差对当前导航解算精度影响较大.     

1PN近似下脉冲星导航的观测方程及精度分析

完整推导1PN度规形式下脉冲到达时间方程与脉冲星导航的观测方程。分析导航观测中的相对论影响;给出观测方程的级数展开形式,在此基础上分析脉冲星历表参数对观测时间的影响;讨论行星星历误差对观测时间的影响;推导星体扁率引起的测量时延表达式,分析不同星体扁率引起的时延量级。     

X射线脉冲星导航系统在月球摄影测量中的应用

初步探讨X射线脉冲星导航定位系统在月球摄影测量应用中的主要技术问题,包括绕月摄影测量卫星脉冲星导航数据获取、脉冲星导航数据处理和脉冲旱导航数据与摄影测量数据联合平差等问题。     

自主导航在中国的发展和技术实现

介绍了自主导航产品的历史、现状和未来的发展方向，从民用产品开发的角度，讨论了自主导航产品的技术开发、产品定义、市场定位等问题。