无谐波软X射线单色仪设计

能量在0.1～1keV范围的软X射线辐射在空间科学任务中具有重要应用.飞行前的辐射定标试验及地面辐射定标系统采用传统单色仪分光时,由于波长的整数倍关系带来的高次谐波污染问题非常严重.高次谐波在光束中的占比严重影响了软X射线探测仪器的定标数据精度.本文探讨了无谐波单极衍射技术在产生具有高单色性能的软X射线光束中的应用,基于单极衍射光栅技术实现软X射线无谐波单色仪设计.软X射线无谐波单色仪应用于空间辐射定标系统时能够将高次谐波占比抑制到0.3%以下,满足空间软X射线科学仪器高精度辐射定标试验对高次谐波抑制的要求.      

新型通用进气道类复杂腔体结构电磁散射计算方法

 利用Unigraphics（UG）内部基于非均匀有理B样条（NURBS）的建模技术,采用UG二次开发,实现了在任意腔体中射线路径准确追踪,寻迹效率较高。提出一种射线追踪的新方法,解决了传统弹跳射线法（SBR）确定射线路径困难、精度不高和效率较低的问题。在此新方法基础之上开发了可以计算任意形状进气道类复杂电大腔体及角形结构雷达散射截面（RCS）的计算软件,实现了腔体建模与RCS计算的无缝集成,不用对腔体进行网格剖分,计算精度和效率都较高,使用方便,通用性好,具有较高的工程应用价值。使用该软件计算了圆形直腔、二面角和S形进气道的RCS,结果与其他方法吻合良好,具有比较好的计算精度。     

利用X射线源实现航天器相对定位

利用X 射线源实现航天器相对定位, 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, 通过周期脉冲信号及非周期时变信号互相关时差测量仿真试算, 得出信号变化幅度是影响时延测量精度的重要因素. 在分析测距和星历误差对相对定位精度影响的基础上, 利用脉冲星数据库中提供的脉冲星参数, 对同时观测3~6 颗脉冲星的相对定位精度进行了试算.      

钛合金线性摩擦焊残余应力测试

采用X射线衍射法对钛合金线性摩擦焊试件的表面残余应力进行了测试。结果表明线性摩擦焊焊缝中心X、Y两个方向均为拉应力,Y向应力值明显大于X向,焊缝热影响区为压应力,由焊缝向外应力逐渐趋向于0。经真空热处理后,试件各区域应力值都有不同程度的降低。从整体来看,热处理后试件表面残余应力趋于均匀化。     

考虑脉冲星角位置误差修正的XNAV算法研究

航天器X射线脉冲星自主导航(XNAV)依赖于精确的时间测量与转换, 而脉冲星角位置误差会影响时间转换精度从而对导航精度产生不可忽视的影响. 本文在对XNAV算法的研究中, 采用了真实的脉冲星角位置误差. 通过将脉冲星角位置加入滤波器状态进行滤波处理来降低脉冲星角位置误差, 从而降低其对导航精度的影响. 仿真结果表明, 该方法能够有效抑制脉冲星角位置误差对导航精度的影响, 保证了导航精度, 研究结果对于XNAV的工程应用具有一定理论参考价值.      

脉冲星导航试验卫星观测数据处理与分析

脉冲星导航试验卫星(X-ray Pulsar-based Navigation-1,XPNAV-1)的第一批观测数据公开发布,利用国际天文协会(International Astronomical Union,IAU)的标准基本天文程序库和喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)星历对数据进行处理,得到了35个光子到达太阳系质心时间序列的文件。基于历元折叠和已知的星历参数得到了35个脉冲积分轮廓,使用核回归法对轮廓进行了降噪处理,并分析了历元折叠时bin数对计时残差的影响。结果表明,观测数据有效,能够得到较好的脉冲积分轮廓,实现了对Crab星的观测,核回归算法有效改善了bin数对计时残差的影响,拟合前计时残差均方根约40 us。     

脉冲星导航的天体测量考虑

X射线脉冲星导航是基于X射线脉冲星观测,经过信号处理得到脉冲到达时刻序列,进而分析该时间序列提供导航相关信息的技术。为了分析脉冲星导航的可行性和依赖条件,从概念上描述了脉冲星的观测模型,并比较了射电脉冲星观测和X射线脉冲星观测数据处理过程;进而从天体测量的角度论述了脉冲星导航可行性的相关问题,主要包含观测量的获取、整周模糊度和应用范围3个问题。经分析可知:观测量的获取与观测者的速度有关,该速度可通过最大化观测轮廓法确定;对于深空和超深空导航,整周模糊度是首先需要解决的问题,脉冲星的位置精度也是需要考虑的因素。理论上X射线脉冲星导航可以应用于近地和深空探测。     

基于星联网的深空自主导航方案设计

为了降低地面测控系统的负担、提高深空探测器的导航效率,提出了基于星联网的航天器自主导航概念,对星联网的应用体系进行了设计。借助脉冲星、星间链路等手段实现星联网系统中基准航天器完全自主的高精度导航,用户航天器通过与基准航天器或其他用户航天器的交互通信与测量就可以实现自身状态估计。以地月转移任务为例,设计了星联网系统在地月空间的具体应用方案,分析了地月空间基准航天器的配置与自主导航方法,阐述了用户航天器的单层与多层导航策略。对基于脉冲星与星间链路观测的基准航天器自主导航进行了仿真,验证了观测基准航天器或者其他用户航天器时,地月转移段航天器自主导航的可行性。结果表明:基准航天器可以达到20 m的定位精度,用户航天器可以达到优于30 m的定位精度。基于星联网的航天器自主导航是可行的,发展星联网可以为我国构建天基自主基准导航系统提供有力支持。     

X射线脉冲星自主导航的光子到达时间转换

根据广义相对论的后牛顿近似时空理论, 在忽略太阳系天体自转和扁率的情况下, 详细推导出X射线脉冲星自主导航中, 光子到达观测航天器和太阳系质心的时间差值, 它是对现行公式的修正．导出了质心坐标时与航天器固有时的变换关系, 根据这一关系, 建议在脉冲星导航的工程设计中可以仿照GPS, 将航天器携带时钟作频率调整, 从而有利于工程计算.      

脉冲星导航的整周模糊度解算方法研究

脉冲相位是X射线脉冲星导航方法的基本观测量,在测量的脉冲相位与预报相位比对的过程中存在整周期模糊度问题．借鉴GPS载波相位模糊度的解算方法,提出了单差搜索法、最小二乘搜索法和模糊度函数法3种空间搜索方法用以解算脉冲星导航系统的整周模糊度,并针对地球卫星完全迷失的情况进行了搜索仿真验证．结果表明,这3种方法都能够准确地解算出整周模糊度,均可用于脉冲星导航系统的在轨解算．其中最小二乘搜索法的性能稳定,搜索速度快;模糊度函数法搜索速度慢,但适用于装配单X射线探测器的脉冲星导航系统．