多模式觀測下的脈沖星導(dǎo)航技術(shù)研究.pdf

1、脈沖星是一種具有強(qiáng)引力、強(qiáng)電磁、超密度的高速自轉(zhuǎn)的中子星，被應(yīng)用于引力波探測、深空導(dǎo)航等很多前沿課題的研究。在導(dǎo)航方面，相對(duì)于衛(wèi)星和地基導(dǎo)航方式的高成本，區(qū)域局限性，安全性等問題，脈沖星能夠?yàn)榻睾蜕羁盏暮教炱魈峁┌ㄎ恢?、時(shí)間、速度等多種準(zhǔn)確信息。這種導(dǎo)航服務(wù)的自主性、安全性、高精度和高性價(jià)比的特點(diǎn)不言而喻。因此研究脈沖星具有比較重大的軍事意義，也是人類在未來深空探測的導(dǎo)航需求。
　　本文以X射線脈沖星為研究對(duì)象，主要進(jìn)行了基于

2、脈沖星觀測的定位和定姿的相關(guān)工作。具體工作如下：
　?。?）根據(jù)脈沖星周期高度穩(wěn)定性的特性，在借鑒衛(wèi)星導(dǎo)航、天文導(dǎo)航等導(dǎo)航方式的基礎(chǔ)上，研究了基于X射線脈沖星定時(shí)觀測的定位算法。在航天器位置粗略已知的情況下，研究誤差迭代算法實(shí)現(xiàn)更高精度定位；在航天器位置未知的情況下，優(yōu)化整周模糊度遍歷方法，進(jìn)行航天器的絕對(duì)定位。
　?。?）在整理了偏振定姿必要基本知識(shí)的前提下，研究已有的基于脈沖星矢量觀測定姿方案的理論依據(jù)，借鑒這一理論依據(jù)

3、，并根據(jù)脈沖星的線偏振特性，討論分析基于脈沖星偏振觀測量的航天器定姿方案，最終系統(tǒng)地給出脈沖星從偏振觀測到偏振導(dǎo)航定姿算法的整體方案：首先，研究脈沖星偏振觀測的方法，得到脈沖星偏振觀測信息；接著，引用穩(wěn)定因子進(jìn)行偏振信息特征點(diǎn)捕獲，找到最優(yōu)偏振觀測量，仿真結(jié)果表明，在不考慮相對(duì)論效應(yīng)且不存在周期混淆的情況下，在脈沖峰值處有最優(yōu)偏振信息；最后，給出基于偏振信息的導(dǎo)航定姿算法并進(jìn)行可行性仿真驗(yàn)證。
　　在基于脈沖星定時(shí)觀測的定位方面，

4、假設(shè)已知航天器的粗略位置和足夠穩(wěn)定的星鐘時(shí)間，我們通過觀測4顆長周期脈沖星，進(jìn)行航天器靜止以及在軌運(yùn)動(dòng)兩種情況下的絕對(duì)定位仿真。仿真結(jié)果表明，在不考慮相對(duì)論修正的情況下，選擇合適的閾值剔除不合理的模糊度，算法可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的定位，定位精度可以達(dá)到1km。在基于脈沖星偏振觀測的定姿方面，通過仿真，給定初始偏差且僅考慮觀測噪聲和模型噪聲，運(yùn)用偏振定姿算法實(shí)現(xiàn)航天器靜止條件姿態(tài)下的求解。仿真結(jié)果表明，該方法是可行的且定姿精度理論上可以達(dá)到0.0