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脉冲星具有很高自转稳定性,利用一组统一参考系统下的脉冲星星历表所构建的高精度时空基准,可对飞行器进行自主导航。目前国内尚未观测给出统一参考下的导航脉冲星星历表,国际上已发布的导航脉冲星星历表是在不同参考系统下建立的,无法直接用于构建时空基准,将影响我国近期开展空间脉冲星导航试验。针对没有原始计时观测数据的情况,提出通过模拟计时观测数据,拟合获得新参考系统下的星历表,实现一组导航脉冲星星历表的参考系统统一。最后分析了基于该方法不同参考下的星历表转换精度,其中,DE200转换为DE436后,脉冲星TOA一年内预报值最大偏差由86.6μs减小为2.3μs。TT(TAI)转换为TT(BIPM15)后,TOA一年内预报值最大偏差由0.326μs减小为0.062μs。基于TEMPO2中transform插件可实现不同参考坐标时下星历表精准转换,转换误差小于6 ns,可忽略不计。参考系统DE421/TT(TAI)/TDB转化为DE436/TT(BIPM15)/TCB后,TOA一年内的预报最大偏差降低为0.047μs。 相似文献
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结合国家导航体系发展与工程应用迫切需求,主要讨论了X射线脉冲星计时导航的应用模式,并介绍了国内外空间试验进展。总结了脉冲星计时地基射电与空间X射线观测的特点和发展现状,阐释了脉冲星时研究与发展的重要意义;总结并归纳了X射线脉冲星导航的应用特点和现有水平,讨论了X射线脉冲星导航的技术优势和典型应用场景;总结了国内外X射线脉冲星计时导航的空间试验进展。根据国内外的空间试验结果,脉冲星时稳定度可达10-14量级,脉冲星导航精度可达到km量级,初步具备在轨应用价值。因此,加快推进国内脉冲星计时导航技术的在轨演示验证与工程应用具有重要意义。 相似文献
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脉冲星计时特性分析是开展脉冲星导航和脉冲星时研究的基础,为其提供了精确的脉冲星计时模型参数和辐射特征。本文在系统总结脉冲星计时分析方法的基础上,选择了当前导航中应用最广泛的5颗脉冲星,并利用国内外在轨X射线观测卫星的最新观测数据对其分析,包括:“慧眼”硬X射线调制解调望远镜(HXMT)针对Crab脉冲星和PSR B1509-58的观测,中子星内部结构探测器(NICER)针对PSRs J1821-2452A、J1939+2134和J0030+0451的观测。通过对“慧眼”HXMT和NICER在2017-2021年高精度计时观测数据的分析,获得了较长时间段内脉冲星最新状态的自转特性和物理信息,一方面给定了脉冲星最新的、覆盖时间长、自转参数精度较高的X射线星历,证明在X射线波段也可独立给出较高精度的星历;另一方面建立了它们清晰显著的积分脉冲轮廓,其中在选定的能量段范围内3颗毫秒脉冲星的轮廓是当前最精确的,可为脉冲星导航研究提供最新的标准模板。本文仅对脉冲星的X射线数据进行了分析,未来利用国内外多个望远镜,开展多波段联合计时分析,将是脉冲星计时研究的重要方向。 相似文献
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X射线脉冲星导航是一种新兴的航天器自主导航方法,脉冲相位是其基本测量量。然而,现有的在轨航天器脉冲相位估计方法计算量大,阻碍了X射线脉冲星导航的工程应用。为了减少脉冲相位估计的计算量,提出了一种基于太阳信息辅助的深空探测器脉冲相位估计方法。通过太阳信息粗略地消除航天器轨道运动的影响,并推导了对应的脉冲星相位计算公式。在此基础上,提出了一种X射线脉冲星/太阳信息深组合导航方法,并通过仿真验证了太阳信息辅助脉冲相位估计方法和组合导航方法的性能。仿真结果表明,所提出的脉冲相位估计方法在保证精度的前提下具有更小的计算量。此外,对于深空探测器,所提出的组合导航方法的位置误差相比于仅使用太阳信息导航的方法降低了70.1%。 相似文献
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X射线脉冲星导航作为一种战略性、前沿性、基础性技术,自概念诞生以来就备受国际关注。由于脉冲星导航仿真验证模型复杂,关键技术难以全部地面验证,为此中国于2016年发射了脉冲星试验01星开展系列科学试验。对脉冲星试验01星科学试验成果进行了系统总结:利用大流量脉冲星实测数据对Wolter-I聚焦型探测器在轨能量响应、时间响应、有效面积和本底噪声进行了测试标定,基于低流量脉冲星实测数据开展了空间环境探测试验,对蟹状星云(Crab)脉冲星进行长期观测并计时分析得到了高精度自转参数,初步试验验证了脉冲星导航技术。结合脉冲星试验01星的科学试验经验提出了未来发展方向。相关试验的开展摸清了中国脉冲星导航技术能力现状,获取了大量自主观测数据,加速了中国脉冲星导航技术发展。 相似文献
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脉冲星导航是具有发展潜力的深空探测技术之一,然而极低的能流密度限制了脉冲星信号的信噪比,对高精度导航应用提出了极大的挑战。只有在脉冲星信号处理技术方面取得突破,才能使脉冲星导航系统小型化、实用化。本文综合分析了脉冲星导航应用存在的问题,探讨了脉冲星导航应用的技术途径,从深空应用的角度提出了脉冲星导航系统的可行方案,提出了一种脉冲星特征频率信号处理方法,分析了该方法的克拉美-罗界,利用Crab脉冲星数据进行了仿真验证。仿真结果表明:脉冲星特征频率信号处理方法可实现Crab脉冲星矢量方向3 km的定位精度,符合理论预期。 相似文献
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鉴于Link16中的RTT时间同步精度为百纳秒级别,针对其精度不高和需要GPS进行初始粗同步的缺点,本文分析了双向比对时间同步的各误差项,给出了各项误差消除或减小方法,最终能实现优于10 ns的时间同步精度,并首次提出不需要其它导航源进行初始粗同步的自主RTT算法。最后,在协同数据链动态自组织组网的需求下,对动态时隙分配时的RTT算法进行了分析,计算出对基准频率源的准确度要求,保证了改进算法在动态时隙分配时也能达到10 ns的精度。 相似文献
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X射线脉冲星导航(XNAV)技术作为一种新型的航天器自主导航技术,是目前深空探测巡航段最有潜力的自主导航技术之一。X射线脉冲星导航的概念提出于20世纪80年代,经过数十年的发展,该技术已逐渐从理论研究走向空间试验。介绍了近些年国内外完成的脉冲星导航空间试验,系统梳理和分析了当前脉冲星导航空间试验使用的信号处理方法、导航方法和X射线探测终端。根据国内外脉冲星导航空间试验的特点,总结了目前国内脉冲星导航试验在在轨解算和X射线探测终端方面的不足。最后,结合空间试验的现状及工程应用的实际需要,对未来脉冲星导航空间试验进行了展望。 相似文献
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针对稠密光流在低纹理复杂度时精度较低的问题,提出了一种自适应纹理复杂度的稠密光流优化方法,以提升光流导航精度。根据三种不同大气条件下三种不同图像模糊程度的图像光流精度与纹理复杂度的统计图,推断稠密光流的精度与图像的纹理复杂度呈线性关系。通过建立图像纹理复杂度和稠密光流精度之间的直接联系,利用灰度共生矩阵的对比度参数评价图像纹理复杂度,采用最小二乘法拟合图像纹理复杂度和光流真值优化系数的函数关系,获得自适应纹理复杂度的稠密光流优化模型。基于该优化模型设计了仿真实验,实验结果表明,基于该模型可有效提升稠密光流在低纹理复杂度时的计算精度。 相似文献
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低轨导航增强是未来导航发展的重要趋势,而高精度低轨卫星钟差是实现低轨导航增强的必要条件。基于Sentinel-6A卫星,对低轨卫星钟差特性进行了分析,给出了钟差确定方法及影响因素,介绍了顾及钟差特性的低轨卫星钟差预报方法。实验表明,低轨卫星钟差含有多个周期项,给低轨卫星建模和预报带来了困难。与使用运动学定轨模型相比,基于简化动力学的定轨模型可显著提升低轨卫星钟差精度;当基于运动学模型确定低轨卫星钟差时,相较于使用GPS单系统数据,多GNSS观测数据可提升低轨卫星钟差精度。研究表明,基于GPS和Galileo观测的Sentinel-6A卫星钟差精度相较于GPS单系统钟差精度改善了36%,同时,所使用的GNSS产品精度与低轨卫星钟差精度密切相关。利用顾及卫星钟差特性的低轨卫星钟差预报方法,当预报时长小于1 min,低轨卫星钟差预报精度(预报与解算值之差的RMSE)在0.1 ns之内,当预报时长小于5 min,预报精度在0.3 ns之内,随着预报时长的增长,预报精度显著下降。 相似文献
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针对极区范围经线收敛速度加快并汇聚于极点,使航向失去参考基准,定位误差急剧增大的问题,结合极区航行过程中对导航精度的需求,提出了一种适用于极区的基于地球坐标系的SINS/GNSS组合导航方案。给出了基于地球椭球模型的横向坐标系定义以及与地球坐标系之间的转换关系;设计了地球坐标系下的SINS/GNSS组合导航算法;最后将地球坐标系下的导航结果转换到横向坐标系。仿真结果表明,基于地球坐标系的极区组合导航方案的导航误差收敛迅速,在1800s的仿真时间内,姿态精度达到0.4′,定位精度达到2m,速度精度达到0.02m/s;其中定位和航向精度略优于横向地理坐标系下的组合导航方法,且可为载体穿越极点时提供稳定的导航信息。 相似文献
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受快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)的影响,基于FFT和压缩感知(compressive sensing, CS)的脉冲星周期快速估计算法的计算量大。为进一步减小计算量并提高计算精度,利用离散余弦变换(discrete cosine transform,DCT)取代FFT,提出了一种基于DCT-CS的脉冲星周期超快速估计算法。在该方法中,利用DCT提取脉冲星信号的低频部分构建低频DCT矩阵;构建畸变轮廓字典并获取累积轮廓;提出了利用最大值超分辨率稀疏恢复估计脉冲星周期的方法。仿真结果表明,DCT-CS的脉冲星周期估计精度达到了3.82×10-12 s,计算时间达到了9.31 ms。与FFT-CS相比,周期估计精度提高了约16%,计算时间缩短了约37.5%,实现了实时高精度的脉冲星周期估计。 相似文献
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受X射线脉冲星导航技术的启发,提出了一种基于仿脉冲星X射线信标的航天器定位新方法,即利用人造信标模仿脉冲星发送高稳定性高信噪比X射线脉冲信号为航天器提供定位服务。首先介绍了仿脉冲星X射线信标基于三球交汇的定位原理,在分析X射线信标信号覆盖范围与天体引力摄动的影响的基础上,提出了在太阳系行星轨道中的拉格朗日点布置X射线信标的方案。其次,分析论证了人造辐射源的可行性,并基于优选脉冲星准则并结合实际脉冲星特征对辐射源参数进行初步优化。然后针对将来可能的地火转移任务需要,结合航天器动力学模型构建了基于X射线信标的观测方程,采用扩展卡尔曼滤波方法,研究了X射线信标几何分布、观测误差、信标数量、钟差及轨道误差对于航天器位置确定精度的影响。仿真结果表明,在同时观测3颗信标、TOA(Time of Arrival)测量精度为50 ns的条件下,该方法的航天器位置估计精度可达152 m,并且大部分信标组合都能将定位误差控制在1 km内。增加观测信标数量对定位精度较低信标组合的提升显著,但由于太阳系各行星间轨道倾角较小,地火转移轨道航天器同时观测5颗信标时定位误差仍在百米量级。根据深空探测领域航天器的实际... 相似文献