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。     

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。     

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.     

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。     

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TOA测量误差及几何精度分析

利用信躁比估算法对脉冲星数据库中适宜导航的脉冲星进行了脉冲到达时间测量误差计算。分析了测量误差随观测时间及探测器面积的变化情况。在此基础上,指出了在DOP值分析中脉冲星导航与GPS的不同点;按照脉冲到达时间TOA测量误差较小原则给出了10组脉冲星优选组合。分析了DOP值随观测时间及观测脉冲星数的变化情况。     

脉冲星TOA测量误差及几何精度分析

利用信躁比估算法对脉冲星数据库中适宜导航的脉冲星进行了脉冲到达时间测量误差计算.分析了测量误差随观测时间及探测器面积的变化情况.在此基础上,指出了在DOP值分析中脉冲星导航与GPS的不同点;按照脉冲到达时间TOA测量误差较小原则给出了10组脉冲星优选组合.分析了DOP值随观测时间及观测脉冲星数的变化情况.     

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.     

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。     

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-homoge-neous 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...     

修正扩维无迹卡尔曼滤波算法研究

在脉冲星导航中，角位置误差是主要的误差源之一。因此本文基于X射线脉冲星导航，提出了一种修正扩维无迹卡尔曼滤波（MASUKF）算法进行角位置误差的改进。MASUKF算法在原扩维无迹卡尔曼滤波（ASUKF）算法的基础上加入了Roamer延迟的高阶项，并将其作为误差项，将修改后的误差项代入状态方程与量测方程中，即可进行仿真分析。在仿真中，首先将ASUKF算法与UKF算法进行对比仿真模拟试验，结果显示ASUKF算法能显著地提高约45 m的定位精度，在X、Y、Z 3方向的速度误差估计精度约提高了20%；然后比较ASUKF与MASUKF算法，结果显示MASUKF算法较ASUKF算法的速度误差与位置误差的估计精度均提高2%以上。     

利用σ_z(τ)方法对脉冲星时与原子时长期稳定度对比分析

首次研究了毫秒脉冲星PSR J1939+2134共7.5a的双频计时残差序列的特征,通过分析不同行星星历对脉冲星计时精度的影响,建议使用DE421;采用σz(τ)方法估计了脉冲星时与原子时的稳定度,发现脉冲星时的稳定度一直处于上升趋势,6a高于10-15。由此可见,脉冲星时作为守时和授时的时间标准具有优势。     

导航卫星有效载荷的在轨测试

本文简述了全球卫星导航系统的发展现状，导航卫星有效载荷的设备组成，构建了用于进行导航卫星有效载荷在轨测试的地面系统设备，并对通过该设备进行导航卫星在轨测试的方法进行了简单分析，提出了一套行之有效的导航卫星在轨测试方案。     

绝对空间定位到相对空间感知的行人导航研究趋势

相对空间比绝对空间更易于被人理解。行人导航本质是以相对于人的导航环境视觉与空间等相对语义来动态引导行人的过程,即相对导航。目前,GIS导航理论以绝对定位与空间建模为基础,没有充分理解人对相对语义的认知差异,缺乏基于相对语义的导航理论模型。首先,总结了以绝对空间定位与表达为基础的行人导航研究,提出了相对空间感知的行人导航研究新方向。然后,剖析了相对导航研究的理论研究需求,如:行人相对导航数据采集与建模、行人导航环境相对语义的提取、行人导航行为的自动感知分析、行人导航的多感官交互机制、行人导航路径选择与确认机制等。最后,展望了未来行人导航研究与重要创新的3个阶段。