收藏本站
《解放军信息工程大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

X射线脉冲星导航算法研究

毛悦  
【摘要】:本文研究了X射线脉冲星导航算法,包括观测数据处理、误差修正、模糊度搜索、导航定位等。主要工作及创新点概括如下: 1.通过对脉冲星的特性分析,总结了适宜于X射线脉冲星导航的脉冲星所应具备的条件。分析了X射线脉冲星导航的原理、基本要素、算法流程及其与其他导航系统的异同点。导出了脉冲星差分观测方程,分析了它们对测量误差的消除或减弱能力。概述了X射线脉冲星导航在定时、定姿、测速、定位方面的导航算法。 2.以地面射电观测数据处理及时间模型建立精化为目标,研究了将脉冲到达时间观测量转换到太阳系质心处TCB/TDB时间尺度的计算方法及时间模型精化算法。统计分析了Einstein延迟、Shapiro延迟、Roemer延迟、色散延迟以及大气延迟改正的量级及变化特点,对比了不同双星模型及行星星历对脉冲星参数拟合的影响,以期为数据处理提供依据。 3.阐述了X射线巡天观测数据从数据提取到时间转换的处理流程。导出了周期搜索的计算方法,并利用Crab脉冲星的实测数据实现了轮廓折叠。发现当搜索周期未达到一定精度时,受观测光子数在折叠周期内平均作用,不能形成准确的脉冲轮廓。分析了折叠轮廓区间数及观测总光子数对折叠轮廓信噪比及时间分辨率的影响。 4.给出了判断脉冲星是否受航天器自身及第三天体遮挡的计算公式。通过计算分析,总结了脉冲星可见性的变化规律。发现航天器自身遮挡是影响脉冲星可见性的主要因素。提出了提高脉冲星可见性的探测器架设方法,将脉冲星可见性由50%提高到了92%。 5. GPS卫星导航系统通常利用精度衰减因子(DOP)进行选星,其计算方法是建立在所有卫星观测值都具有基本相同的测量误差的基础上的。本文利用SNR估算法对各脉冲星的测量误差进行了计算。分析得出不同脉冲星具有特定的观测误差,且从几十米至上千公里差异较大。因此本文导出了同时顾及不同脉冲星测量误差的差异及空间几何结构的DOP计算公式。总结了DOP随观测脉冲星的变化情况。最终通过计算给出了采用3~6颗脉冲星进行导航时的最优脉冲星组合,为X射线脉冲星导航应用提供了参考依据。 6.编制完成了脉冲星相位模糊度搜索算法库。分析了模糊度搜索随观测误差、检核脉冲星数、时间误差、脉冲星位置误差、脉冲周期、脉冲星几何结构的变化情况。利用先双差后单差检验法以及钟差辅助检验法解决了单差检验中模糊度搜索正确性受测相误差影响较大的难点,有效降低了通过阈值的模糊度组合数,提高了模糊度搜索的成功率。基于整周期数关系式的模糊度搜索方法,可避免解算航天器位置,有效提高模糊度搜索速度,便于工程实现,但也同时失去了解算航天器位置对观测误差的平差作用。因此该方法受测量误差的影响较大。 7.几何法定位可以解决航天器故障或轨道机动期间的航天器轨道确定问题,本文导出了脉冲星几何法定位的计算公式,编制完成了脉冲星几何法定位软件。发现星表误差对定位精度影响随航天器到时间模型基准点距离的增大而增大,应尽量将时间模型设定在距离航天器轨道较近的参考点以有利于改善定位精度。相位误差对定位精度具有严重影响。测量误差较小时,增加观测脉冲星可以降低定位误差,相反当测量误差较大时,增加观测脉冲星对提高定位精度并不一定有利。 8.导出了利用三差观测量测速的计算公式。由于在三差测速中采样率高,观测量偶然误差对三差测速精度影响较大。采样率越高,测速精度受偶然误差影响越大,计算结果越不稳定。而采样率越低越不能反映航天器的瞬时速度。 9.提出了基于互相关技术的脉冲星相对定位方法。该方法可以通过观测任何具有时变信号的天体进行定位,突破了X射线脉冲星绝对定位中需要选取具有稳定周期脉冲星的限制,增大了被选星源的数量。可以达到简化计算过程,缩小探测器面积的作用。 10.在相对定位中,分别利用仿真及实测数据进行了互相关时延计算分析。发现时变信号变化幅度是影响时延测定精度的重要因素。提出了改进的时延计算方法。利用观测数据并道,在提高数据信噪比的同时可达到将时延测量精度提高到脉冲到达时间测量精度的效果,避免了数据采样间隔对时延测量精度的影响。 11.编制完成了脉冲星动力学定轨软件。评定了各项误差对定轨精度的影响。通过计算得出:在解算航天器位置的同时,对每颗脉冲星进行钟差全弧段二次多项式参数估计,可吸收脉冲星误差系统部分,提高定轨精度。但由于增加了解算参数,当脉冲星测量误差较大时,增大了导致定轨矩阵奇异的可能性。测量误差对定轨精度的影响在动力学方程的约束下明显降低。定轨精度由几何法的几十公里提高到100米。 12.利用单脉冲星定轨方法,在X射线脉冲星导航试验阶段具有重要的实际意义。但不同脉冲星的定轨误差从几公里至几十公里不等,精度不稳定。为解决该问题,分析了脉冲星几何位置与定轨精度的关系,发现在RTN坐标系内,R、N方向以及位置定轨误差表现出当脉冲星方向单位向量与航天器轨道面Z轴夹角接近90°时误差增大,远离90°时误差减小的变化规律,而T方向误差变化与此相反,解决了单脉冲星定轨时的选星问题。提出了提高单星定轨精度的单探测器准多星定轨方法,有效解决了单星定轨中几何结构不佳,精度较低的缺点,定轨精度可与多星定轨相媲美。
【学位授予单位】:解放军信息工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:P228.4

免费申请
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 刘秀平;李小平;孙海峰;;基于Daubechies小波的X射线脉冲星信号降噪研究[J];宇航学报;2012年12期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 王党卫;郑伟;王奕迪;;基于脉冲星的卫星自主导航方法研究现状分析[A];第四届中国卫星导航学术年会论文集-S9 组合导航与导航新方法[C];2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 周庆勇;脉冲星计时模型和自转稳定性研究[D];解放军信息工程大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 乔黎;刘建业;郑广楼;贺亮;熊智;;基于X射线脉冲星导航系统探测器研究[J];传感器与微系统;2008年01期
2 李林森;脉冲星的自转能和磁辐射功率随年龄的演变[J];东北师大学报(自然科学版);2000年01期
3 倪广仁;超高稳定毫秒周期射电脉冲星的定时研究[J];电子科技;1995年02期
4 帅平;;美国X射线脉冲星导航计划及其启示[J];国际太空;2006年07期
5 张承民,吴鑫基,贺龙松;脉冲星的辐射机制[J];河北工学院学报;1994年04期
6 熊凯;魏春岭;刘良栋;;基于脉冲星的空间飞行器自主导航技术研究[J];航天控制;2007年04期
7 谢振华;许录平;倪广仁;王岩;;基于一维选择线谱的脉冲星辐射脉冲信号辨识[J];红外与毫米波学报;2007年03期
8 倪广仁,杨廷高;毫秒脉冲星计时和原子时[J];计量学报;2001年04期
9 谷树文;王安国;;基于X射线脉冲星的空间定位误差仿真研究[J];科技导报;2008年20期
10 帅平;陈绍龙;吴一帆;张春青;李明;;X射线脉冲星导航技术研究进展[J];空间科学学报;2007年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张李方;程锦房;何希盈;;矢量水听器与Kalman滤波在水雷引信中的应用[J];兵工自动化;2008年12期
2 钱辉;丁永忠;;大航程AUV SINS/DVL组合导航定位精度研究[J];兵工自动化;2010年02期
3 彭瑞雪;胥霖;王富;;伪卫星定位系统中组网布局研究[J];兵工自动化;2010年08期
4 黄雪妮;赵忠;杨利兰;;游移方位激光捷联惯导系统传递对准方法[J];兵工自动化;2011年05期
5 林雪原;;基于交互式多模型的多传感器组合导航系统[J];兵工自动化;2011年06期
6 徐金华;许江宁;朱涛;边少锋;;降阶扩展卡尔曼滤波在INS/GPS导航系统中的应用[J];兵工学报;2006年04期
7 徐仕会;冯培德;马红日;;惯导系统在动基座上的对准研究[J];兵工学报;2008年07期
8 刘明雍;胡俊伟;李闻白;;一种基于改进无迹卡尔曼滤波的自主水下航行器组合导航方法研究[J];兵工学报;2011年02期
9 徐烨烽;仇海涛;何孟珂;孟庆季;;MEMS旋转调制式航姿参考系统设计及误差补偿[J];兵工学报;2011年06期
10 李闻白;刘明雍;张立川;刘富樯;;单领航者相对位移测量的多自主水下航行器协同导航[J];兵工学报;2011年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谢添卉;李武峰;柏德胜;崔宇;罗小英;;GIS在电动汽车充换电设施建设运行中的应用[A];第十四届中国科协年会第19分会场:电动汽车充放电技术研讨会论文集[C];2012年
2 李春进;李明峰;常小林;;基于卡尔曼滤波的公路施工控制点稳定性分析[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
3 杨晓霞;黄一;;外场标定条件下捷联惯导系统误差状态可观测性分析[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 张亚崇;;容错导航技术及其在INS/GPS/Doppler组合导航系统中的应用研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 张敏虎;任章;;神经网络辅助高动态GPS/INS组合导航融合算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 牟玉涛;方海涛;;捷联惯导系统车载环境下的初始对准方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
7 王圣洁;康凤举;韩翃;;AUV组合导航半实物仿真系统关键技术研究[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
8 郭建军;谢攀;刘娟;崔海英;;基于联邦滤波的远程AUV组合导航方法研究[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
9 彭东立;马海涛;许伟杰;;DVL在组合导航技术中的发展应用[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
10 王海红;郑晋军;何善宝;初海彬;韩治刚;李长江;;基于上注星历导航卫星分布式自主定轨系统[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘凤鸣;重力梯度辅助导航定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张涛;GPS/SINS超紧密组合导航系统的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 丁继成;弱信号条件下GPS接收机关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 朱怡;潜艇航行训练模拟器模型简化与参数优化研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 杨萌;非线性滤波及在惯导系统传递对准中应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 陈伟;基于GPS和自包含传感器的行人室内外无缝定位算法研究[D];中国科学技术大学;2010年
8 宫轶松;粒子滤波算法研究及其在GPS/DR组合导航中的应用[D];解放军信息工程大学;2010年
9 吴富梅;GNSS/INS组合导航误差补偿与自适应滤波理论的拓展[D];解放军信息工程大学;2010年
10 彭富清;海洋重力辅助导航方法及应用[D];解放军信息工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭凤华;基于卡尔曼滤波的高精度磷酸根离子分析仪的设计[D];郑州大学;2010年
2 郭静;光纤陀螺捷联系统运动基座对准方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张斌;基于MIMU的捷联惯性导航系统数据采集与处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 苑海静;船用MEMS航姿测量系统算法研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 马汉增;微惯性组合惯导系统技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 洪伟;基于ARM的GPS接收机导航解算模块设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 张仁丹;船舶航迹控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 王允峰;船舶纵横摇和升沉运动预报方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 郑秀华;基于虚拟仪器的SINS/GPS组合导航系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 闫超;超紧SINS/GPS组合导航系统技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 冯来平;毛悦;孙中苗;;X射线脉冲星导航定位技术研究[J];测绘科学;2009年03期
2 倪广仁;超高稳定毫秒周期射电脉冲星的定时研究[J];电子科技;1995年02期
3 何清举;孙前贵;;利用GNSS实现高轨卫星自主导航的新方案[J];飞行器测控学报;2010年01期
4 孙景荣;许录平;王婷;;基于双谱滤波的脉冲星信号消噪方法[J];华中科技大学学报(自然科学版);2010年08期
5 ;Navigation using binary pulsars[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2012年03期
6 赵铭;黄天衣;;脉冲星计时数据的天体测量解析[J];中国科学(G辑:物理学 力学 天文学);2009年11期
7 费保俊;姚国政;杜健;孙维瑾;;X射线脉冲星自主导航的脉冲轮廓和联合观测方程[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2010年05期
8 胡慧君;赵宝升;盛立志;鄢秋荣;杨颢;陈宝梅;;一种基于泊松分布的提高X射线脉冲星脉冲轮廓信噪比的方法[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2011年08期
9 帅平;陈绍龙;吴一帆;张春青;李明;;X射线脉冲星导航技术研究进展[J];空间科学学报;2007年02期
10 杨廷高;;X射线脉冲星脉冲到达航天器时间测量[J];空间科学学报;2008年04期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 刘劲;基于X射线脉冲星的航天器自主导航方法研究[D];华中科技大学;2011年
2 苏哲;X射线脉冲星导航信号处理方法和仿真实验系统研究[D];西安电子科技大学;2011年
3 兰盛昌;脉冲星信号的获取识别及其在编队相对导航中的应用研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
4 孙守明;基于X射线脉冲星的航天器自主导航方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
5 杜兰;GEO卫星精密定轨技术研究[D];解放军信息工程大学;2006年
6 仲崇霞;综合脉冲星时算法及脉冲星时应用[D];中国科学院研究生院(国家授时中心);2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 李黎;基于X射线脉冲星的航天器自主导航方法研究[D];国防科学技术大学;2006年
2 汪丽;毫秒脉冲星平均脉冲消色散和去噪方法研究[D];西安理工大学;2008年
3 李志豪;基于X射线脉冲星的航天器导航滤波算法仿真分析[D];国防科学技术大学;2008年
4 曹鹤;基于X射线源的航天器自主定位/定姿方法研究[D];国防科学技术大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张民,吴振森,杨廷高,张延冬;星际湍流介质中二阶矩方程的数值差分方法及其应用[J];电波科学学报;2001年02期
2 李林森;;脉冲星在磁偶极辐射作用下的演变[J];东北师大学报(自然科学版);1981年01期
3 李林森;;对脉冲星在磁偶极辐射作用下的演变的进一步研究[J];东北师大学报(自然科学版);1982年04期
4 李林森;;脉冲星磁倾角随年龄的演变[J];东北师大学报(自然科学版);1991年03期
5 朱云芳,戴朝华,陈维荣;小波消噪阈值选取的一种改进方法[J];电测与仪表;2005年07期
6 何洪英;姚建刚;王玲;;一种基于Bayes估计的小波自适应绝缘子红外图像去噪方法[J];电工技术学报;2006年01期
7 倪广仁;脉冲星射电辐射接收的最佳方法[J];电子科技杂志;1994年01期
8 倪广仁;超高稳定毫秒周期射电脉冲星的定时研究[J];电子科技;1995年02期
9 潘泉,戴冠中,张洪才,张磊;基于阈值决策的子波域去噪方法[J];电子学报;1998年01期
10 梅文博;分形信号估计的最佳子波门限方法[J];电子学报;1998年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 仲崇霞;综合脉冲星时算法及脉冲星时应用[D];中国科学院研究生院(国家授时中心);2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;脉冲星辐射来源获进展[J];国外科技动态;2003年04期
2 吴鑫基,乔国俊,夏晓阳;脉冲星辐射线偏振位置角特性的几何研究[J];科学通报;1983年21期
3 吴鑫基;乔国俊;夏晓阳;;脉冲星某些重要参数的估计和RS模型空心辐射锥理论的观测比对[J];天文学报;1985年01期
4 孔令军;孙皆宜;惠希增;;射电脉冲星单脉冲观测特性综述[J];唐山学院学报;2010年03期
5 刘劲;马杰;田金文;;基于小波和双谱的脉冲星信号识别[J];信息与控制;2009年02期
6 张华;许录平;;脉冲星脉冲轮廓累积的最小熵方法[J];物理学报;2011年03期
7 宋黎明,陆埮 ;脉冲星γ射线辐射光度的分析[J];天文学报;1994年04期
8 谢振华;许录平;倪广仁;;基于双谱的脉冲星累积脉冲轮廓时间延迟测量[J];物理学报;2008年10期
9 张华;许录平;;基于光量子探测的XPNAV半物理仿真及建模[J];光电子.激光;2011年06期
10 张华;许录平;谢强;罗楠;;基于Bayesian估计的X射线脉冲星微弱信号检测[J];物理学报;2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵宇宸;许录平;张华;;一种基于支持向量机的X脉冲星光子信号辨识方法[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第八届学术年会论文集(下篇)[C];2011年
2 褚永辉;王大轶;黄翔宇;;基于脉冲星和光学导航观测量的组合导航方法研究[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第八届学术年会论文集(上篇)[C];2011年
3 韩金林;;致密天体研究的几个问题[A];新观点新学说学术沙龙文集34:高能天体物理中的热点问题[C];2009年
4 徐孝芬;许录平;苏哲;;脉冲星导航系统累积时间确定方法研究[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
5 ;专家简介[A];新观点新学说学术沙龙文集34:高能天体物理中的热点问题[C];2009年
6 罗楠;许录平;张华;;基于IMU/脉冲星的航天器组合定姿方法[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第八届学术年会论文集(上篇)[C];2011年
7 ;射电天文分会场报告日程[A];中国天文学会2010年学术年会摘要集[C];2010年
8 孙景荣;许录平;徐孝芬;;一种基于遗传算法的XPNAV整周模糊度求解方法[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S09组合导航与导航新方法[C];2012年
9 邓仕海;杨鹏昊;张政治;;北斗系统自主导航技术思考[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
10 刘志平;何秀凤;刘少华;;变形速率直接解算的GPS双历元方法研究[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 记者 杭晓宁;直十一、直九A通过TCB审定[N];中国航空报;2001年
2 中国国家信息安全测评认证中心计算机测评认证中心主任 屈延文;认识安全评估准则ISO/IEC 15408(CC)[N];中国计算机报;2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 毛悦;X射线脉冲星导航算法研究[D];解放军信息工程大学;2009年
2 刘劲;基于X射线脉冲星的航天器自主导航方法研究[D];华中科技大学;2011年
3 苏哲;X射线脉冲星导航信号处理方法和仿真实验系统研究[D];西安电子科技大学;2011年
4 兰盛昌;脉冲星信号的获取识别及其在编队相对导航中的应用研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 李建勋;基于X射线脉冲星的定时与自主定位理论研究[D];西安理工大学;2009年
6 乔黎;X射线脉冲星高轨道卫星自主导航及其应用技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
7 孙守明;基于X射线脉冲星的航天器自主导航方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
8 胡慧君;用于脉冲星导航的X射线光子计数探测器及其关键技术研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2011年
9 祝俊;量子等离子体中波的传播特性[D];上海大学;2011年
10 郑庆晖;基于GPS的航天器姿态、相对姿态确定研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王超;一种基于X射线脉冲星的自主导航算法研究[D];电子科技大学;2010年
2 阿地里·托合提;脉冲星强单个脉冲的观测研究[D];新疆大学;2011年
3 黎胜亮;基于X射线脉冲星的航天器姿态测量原理与方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
4 朱恩亮;X射线脉冲星导航仿真系统软件设计[D];西安电子科技大学;2010年
5 王婷;脉冲星信号模拟与双谱域消噪[D];西安电子科技大学;2011年
6 谭金玉;脉冲星流量密度变化和星际闪烁模型[D];华中师范大学;2011年
7 刘琳;脉冲星的积分轮廓的高斯拟合及谱指数的研究[D];西南大学;2011年
8 买买提·阿布力孜;脉冲星PSR B1259-63的极冠几何结构研究[D];新疆大学;2011年
9 刘素君;基于脉冲星TDOA测量的航天器空间定位技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
10 张海荣;脉冲星的射电辐射谱及其VLBI天体测量研究[D];中国科学院研究生院(国家授时中心);2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026