X射线脉冲星导航系统选星方法研究

针对X射线脉冲星导航(XPNAV)系统的选星问题,该文研究了脉冲星可见性、品质因子及空间分布对脉冲星优选的影响。分别建立了第三体阴影遮挡,X射线干扰源影响以及X射线探测器视场角限制造成脉冲星不可见的约束方程;分析了基于克拉美罗界的脉冲星品质因子评价公式;提出了脉冲星组合加权几何精度因子(WDOP)的计算方法,并证明了加权几何精度因子值随着脉冲星观测数量的增加而减小。最后设计了一种基于查表法的脉冲星选星方法。仿真结果表明,设计的脉冲星选星方法可以有效地从适合导航的脉冲星中优选出最佳脉冲星组合。     

基于EKF的脉冲星导航在转移轨道的应用

为提高深空探测器在转移轨道的自主导航能力,提出了一种基于EKF的X射线脉冲星自主导航定位系统.以X射线探测器获得的脉冲到达时间为量测量,以深空探测器轨道动力学模型为状态方程,利用扩展卡尔曼滤波算法进行状态估计.以美国火星探路者任务深空转移段为例进行了仿真实验,仿真结果表明了该方法的可行性与有效性,能够完成深空探测器转移段的自主导航任务.     

基于非齐次Poisson过程的脉冲星到达信号的最大似然相位估计

假设探测器速度恒定且仅考虑信号的一阶多普勒效应,给出了X射线脉冲星光子流到达的非齐次泊松（Nonhomogeneous Poisson）模型。研究了信号的相位即脉冲到达时刻（TOA）估计的最大似然函数法（ML）,并推导了理论上的克拉美罗性能限（CRB）。最后,利用解析形式的脉冲轮廓函数,分别对Crab脉冲星和B1821-24脉冲星的相位估计进行了蒙特卡罗（Monte Carlo）仿真,对估计性能进行了分析和比较。研究和仿真实验表明:该分析方法能够有效分析X射线脉冲星的TOA误差估计,评估不同脉冲星的定时精度。      

考虑钟差修正的脉冲星与多普勒差分组合导航

为了提高导航系统长时间航行的导航精度和钟差修正能力, 提出了一种钟差修正的X射线脉冲星与多普勒差分组合导航方法.X射线脉冲星导航(X-ray pulsar navigation, XPNAV)使用脉冲到达时间作为导航量测量, 多普勒差分导航测量两个时刻航天器相对于太阳的多普勒速度, 并将两个多普勒速度的差值作为导航的量测量, 这里采用两个多普勒速度的差值可避免多普勒速度偏差; 在此基础上, 将星载时钟钟差增广为新的状态变量, 建立组合导航系统, 使用联邦无迹卡尔曼滤波器(unscented Kalman filter, UKF)融合导航信息.仿真结果表明, 该方法可以抑制多普勒速度偏差对导航的影响, 控制星载时钟钟差, 并提供更高的导航估计精度.     

运载器深空动力飞行INS/CNS/Doppler系统导航方法研究

提出了一种运载器深空动力飞行阶段的精确自主导航方法。以捷联惯性导航系统为主导航系统,并辅以天文导航、多普勒导航,利用信息融合技术,构成 SINS/CNS/Doppler 组合导航系统。以惯性导航的信息误差量作为系统状态量,建立系统数学模型,在天文观测信息的基础上,利用单程多普勒频移测量运载器与地面站的相对速度,采用联邦滤波算法将观测信息有效地融合在一起,完成运载器深空动力飞行阶段的导航任务。对提出的导航方法进行了数值仿真, 仿真结果表明,该方法的导航速度估计精度达到 0.04m/s,姿态估计精度达到 1 角秒以下,具有很高的导航精度。     

导航卫星跟踪体制及精度分析

采用卫星仿真工具包对全球卫星导航系统包括GPS、Galileo、Compass等导航卫星星座的地面站天线方位、俯仰跟踪特性进行了仿真分析,以大口径地面接收天线为例讨论了可行的地面站天线座架形式和跟踪体制.并综合常规卫星通信抛物面天线精度分析方法和测控雷达天线的精度分析方法对跟踪精度进行了系统的分析,分析结果可作为今后类...     

基于光量子探测的XPNAV半物理仿真及建模

基于X射线脉冲星导航(XPNAV)系统的工作原理,设计并实现了一种基于激光量子探测的XPNAV地面仿真系统.通过分析X射线脉冲星信号,建立了信号的调制模型,提出了脉冲星信号轮廓累积Renyi熵方法,模拟产生了X射线脉冲星信号.实验表明,构建的XPNAV半物理仿真系统简单实用,可以实现XPNAV的实验验证,其产生的模拟信...     

基于小波变换与压缩感知的脉冲星TOA估计

脉冲星导航是一种新型的自主式导航。为提高其精度与实时性,提出一种小波变换与压缩感知结合的脉冲星到达时间(Time of Arrival,TOA)估计的方法。该方法对标准脉冲轮廓使用小波变换构造多级冗余字典,通过信号恢复算法估计出实际脉冲星的TOA。该方法的算法复杂度低于传统的TOA估计方法,并且随着脉冲星信号周期内bin数量的增加,算法的实时性越好。该方法改变了传统的先去噪再估计TOA的思路,其可以嵌入到信号去噪的过程中,还可以和小波去噪的阈值处理并行计算。仿真结果显示文中方法耗时分别为两种传统TOA估计方法的0.87%和21.35%,并且随着数据时长的缩短,文中方法的TOA估计精度的相对优势越发明显。该方法不但可以提高TOA估计精度,而且降低了对数据时长的依赖。     

地面基准站网与星载GNSS融合的高中低轨卫星联合精密定轨

下一代导航系统拟纳入低轨卫星（LEO）作为增强和备份。研究了地面基准站网与星载GNSS融合的高中低轨卫星联合精密定轨（POD）理论与方法，基于实测国际地面站（IGS）和低轨卫星星载GNSS数据，通过建立高精度动力学模型和观测模型，根据全球测站和区域测站两种情况进行了导航星与低轨星的联合精密定轨试验。结果表明，联合定轨可同时获得导航星和低轨星厘米级的定轨精度。低轨星作为高动态天基测站，对导航星定轨精度的提升程度可达20%~90%。     

一种基于石墨烯电场效应的软X射线探测器简

针对脉冲星导航对软X射线探测的实际要求,研究分析了一种基于石墨烯电场效应的软X射线探测器的性能.通过理论计算,并利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件,给出了探测器时间分辨率和能量分辨率的估值公式.在5.9 keV软X射线入射硅吸收层的情况下,时间分辨率的理论值可达7.2ns,能量分辨率的理论值约为90 eV(1.5％).结果表明,该探测器能够初步满足脉冲星软X射线的探测需求.     

基于模糊区的卫星导航空时测量技术研究

卫星导航可为用户提供高精度的时间和空间数据测量能力,实现高精度定位、授时及校频等应用。在无源定位模式下,信号传播路径和接收机特征漂移率低,伪距观测量具有一定的稳定性和边沿效应,接收机可基于模糊区特性来获得瞬时高精度的位移和时钟漂移估计。在对卫星导航伪距观测量误差分析的基础上,提出一种实现接收机高精度时空相对信息测量的误差补偿策略,采用多观测量降低或消除伪距相关误差量,并基于模糊区及其边沿效应进一步提高相对信息测量的精度和稳定性。仿真分析了动态条件下的位移和时钟漂移测量精度,相关结果表明,基于模糊区稳定性及其边沿效应可提高接收机定位和时间相对信息的测量精度。     

卫星导航定位系统时间同步技术研究

时间测试是卫星导航定位系统测量距离的基础,而确保卫星定位和定轨的前提则是各观测量时间的同步性,所以,时间同步技术是卫星导航定位系统发展建设的关键环节。本文就当前卫星导航定位系统常用的时间同步技术进行研究,对其工作原理等相关情况进行分析。     

空中无人作战平台差分卫导与通信集成系统设计

提出了一种集成设计导航定位与数传通信的差分导航通信系统,以满足无人机对机载轻量化高精度导航定位的需求。该差分导航通信系统由地面站和机载设备组成：地面站完成差分卫导修正量生成与播发;机载设备接收地面站播发的差分卫导修正量,并结合本地卫导观测量实现高精度的实时动态定位。系统试验结果表明,该差分导航通信系统在50 km范围内具备亚米级精度的导航能力。     

基于多目标规划的GNSS地面站任务资源优化

随着卫星导航系统的不断建设和发展,在复杂任务、多空间和长时间等多约束条件下的导航卫星地面站的资源优化分配问题逐渐显现。为了准确、高效地解决该问题,应用多目标数学规划对导航卫星地面站的任务资源建立相关模型并进行求解,仿真结果表明,建立模型的稳定度评价值量化指标在0.2以内,优于常用模型。因此,该方法可以成为尝试解决导航卫星地面站资源优化问题的一种手段,为未来卫星导航系统形成全球覆盖能力、多地面站执行复杂任务时的资源优化分配问题的研究打下了基础。     

导航星座对高轨特定目标导航方法

针对当前各种高轨飞行器对导航需求日益增强的情况,提出一种导航星座对高轨特定目标飞行器进行导航的方法。该方法需要在导航星座卫星配备全数字相控阵天线与指向可调的高增益导航天线。相控阵天线接收目标飞行器发射的用于波达方向(DOA)估计的信号,并对该信号的DOA进行估计,使距飞行器较近的多个导航星座卫星估计得到飞行器相对于自身的相对方向。以该方向为基础,导航卫星可以调节自身的高增益导航天线并使其指向特定目标飞行器,发送导航电文信息,从而使导航星座自主实现对高轨目标飞行器的导航任务。假定导航卫星相控阵天线装配于卫星对天面上,以此为基础对同步轨道的目标飞行器同导航星座各卫星相控阵天线的可见性进行了仿真分析,并在目标可见的基础上对二维DOA估计精确度进行了计算,验证了方法的可行性。     

手机定位“写真”

背景资料：GPS发展历程最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统（Transit），1958年研制，64年正式投入使用。由于该系统卫星数目较小（5-6颗），运行高度较低（平均1000千米），从地面站观测到卫星的时间间隔较长（平均1．5小时），因而它无法提供连续的实时三维导航，而且精度较低。为满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部制定了GPS计划。     

基于多点约束的微小型无人机自主定位技术

在复杂环境下,卫星导航信号容易受到干扰,导致无人机卫星定位失效。提出了一种基于多点约束的微小型无人机自主定位技术,通过机载光电测量平台对多个地面目标点进行观测,根据地面目标点、像点和摄像机光心三点共线的几何关系建立无人机自主定位数学模型,并结合最小二乘估计求解无人机自身空间位置。通过实验验证该方法的可行性与鲁棒性,实验结果表明该方法能够在误差允许的范围内获取无人机位置信息,可一定程度上丰富无人机自主定位理论。     

北斗系统对流层延迟改正模型精度分析

北斗系统是我国自主研制的卫星导航定位系统,为提高该系统的定位精度,必须对其误差源引起的定位误差进行修正。对流层延迟是影响北斗卫星定位精度的误差源之一,它是由对流层大气对卫星信号的折射而引起,因此需要进行对流层延迟改正,其改正精度将直接影响卫星的定位精度。针对目前导航系统常用的3种对流层延迟模型,利用公认的电波射线描迹法进行比对,得到了各个模型的特征和适用范围,从而为我国北斗导航卫星定位应用中的对流层延迟模型选择奠定基础。     

一种应用于卫星导航定位系统的SLR系统架构与实现

卫星激光测距(SLR)是一种高精度测量观测点与卫星之间距离的重要方法,它可以为卫星精密定轨和星地时间同步提供高精度观测数据。本文首先介绍了卫星激光测距基本原理,然后从系统架构角度深入分析了用于卫星导航定位系统的激光测距系统的组成和功能,详细阐述了激光测距中光学系统、控制系统等子系统原理及工作过程。最后,按照本文架构实现的激光测距系统给出了实际的测试结果和精度。实验表明,本文提出的激光测距系统具有较高的测量精度,能够满足我国导航定位系统的测距需求。     

利用参考波形估计导航信号测距偏差

针对卫星导航信号存在的微小信号畸变,研究了因导航信号畸变而引起的测距偏差的估计问题。基于理想矩形脉冲波形和真实信号波形的上升沿零交叉点信息,给出参考波形定义,并以此为基础估计测距偏差。该方法可用于定量评估卫星导航信号波形畸变对测距偏差的影响及比较卫星之间的测距差异。以二阶模型为基础产生畸变波形,验证了该方法的有效性,并分析了估计精度与信噪比关系。通过大口径天线采集“北斗”卫星B1频点信号,利用该方法获得了B1频点I/Q支路信号的测距偏差,表明该方法可用于在轨卫星信号的测距性能评估。