利用脉冲星的星间协同导航

发布时间：2020-07-04 05:13

【摘要】：X射线脉冲星是宇宙空间中的一种自然天体,具有稳定的周期和广泛的空间分布,被誉为航天器的宇宙“灯塔”。利用X射线脉冲星导航,能满足从近地卫星到深空探测的自主导航需求。协同导航是自上个世纪70年代后兴起的一种导航技术,在卫星的编队飞行中有广泛的应用前景,利用协同技术可以提高系统导航精度,提升系统性能。本文提出一种将脉冲星的绝对观测信息和卫星系统间的相对观测信息相融合的协同导航方法来实现卫星的自主导航,主要研究内容为:(1)介绍了脉冲星的相关基本特性,以及X射线脉冲星导航所涉及到的各种时间空间基准;针对不同时空基准间时间尺度的转换问题,建立了脉冲星的时间相位模型。(2)分析了X射线脉冲星导航的基本原理,并建立了脉冲星量测模型;通过对运动卫星的空间受力分析,建立了卫星的轨道动力学模型;并设计了X射线脉冲星导航的UKF滤波器。(3)针对传统脉冲星导航的导航精度不高的问题,提出了把已知中继卫星当作“伪脉冲星”,将其与航天器的相对测距信息和脉冲星的绝对观测信息协同并通过UKF滤波的导航方法提高导航精度。(4)针对脉冲星观测信息不完备、协同导航因为缺少惯性基准信息修正只能进行短期导航以及系统导航精度低的问题,对于三个卫星组成的系统,提出一种将星间相对距离、角度观测信息和脉冲星绝对观测信息协同并通过UKF滤波的导航方法。仿真结果通过对比分析表明本文所提方法可行,能够在一定程度上提高导航估计精度。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P145.6;V52
【图文】：

估计误差,轨道,均值,算法

而脉冲星计时观测法对速度的估计误差均值为 0.0443 km/s。图 5.4 是表 5.3 和表 5.4 中位置、速度均值的柱状对比，可以看出在导航精度上新算法的精度更高。图5.4 同轨道两种算法估计误差均值对比5.3.2 “伪脉冲星”与航天器位于不同轨道的仿真结果现在假设中继卫星与航天器分别位于不同的运行轨道，中继卫星所处轨道为 GPSBIIA-10，其具体轨道参数见表 5.5，航天器所处轨道为 MEGSAT-1，其余条件均不变。

轨道,估计误差,均值,算法

图5.6不同轨道两种算法估计误差均值对比上所述，本文提出的基于星间测距信息并利用脉冲星计时观测对航天器方法，在航天器与中继卫星位于相同轨道和不同轨道时均可行，并且该位置和速度的估计精度上与 XPNAV 相比均有一定程度的提高。于星间测距测角的协同导航仿真结果文提出的利用星间测距测角信息协同导航的算法是针对三个卫星系统而虑三个卫星运行至共线的情况，由于三个卫星在运行时所处的轨道可能算法的仿真验证按三个卫星均位于一个相同的运行轨道，和三者位于不两种情况进行仿真验证。.4.1 三个卫星均在相同轨道的仿真结果所有卫星均在一个运行轨道上，此处选取GPSBIIA-10轨道作为仿真轨 GPS 轨道，其具体轨道参数由表 5.5 给出，仿真所使用的脉冲星仍为

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