X射线脉冲星矢量多平面观测的姿态测量
发布时间：2019-11-08 09:36
【摘要】：为了利用脉冲星测量航天器姿态,提出一种基于X射线脉冲星矢量多平面观测的姿态测量方法,研究了该方法的测量原理和测量精度。首先,建立一个由若干具有不同法向方向的平面组成的立体结构,并在每个平面上安装脉冲星传感器;接着,测量不同平面内接收的X射线脉冲星光子功率,以及功率的测量值和各平面之间的相对几何关系;最后,计算出脉冲星的矢幅值和空间角,从而得到航天器姿态。实验结果显示,利用X射线脉冲星矢量的多平面观测方法测量得到的航天器姿态精度能够达到0.1°,表明X射线脉冲星姿态多平面测量方法可以满足未来航天应用所需的姿态测量精度,有利于航天器技术发展。
【图文】：
设脉冲星的信号接收模型表示为:p(t) = b+∑Ni=1ki·Si(t)+η(t) , (9)其中Si(t)表示为脉冲星i的原始信号,ki为幅度变化,b为幅度偏移,η(t)表示为随机噪声,这里假设为高斯白噪声;根据上面介绍的模型,以及噪声η(t)是高斯白噪声的假设,采用FFT对脉冲星接收的信号进行处理,P(f)=FFT(p(t)) , (10)在获得频谱中不同脉冲星会对应不同频率f^0,1…f^0,M-1,f^0,M,这里f^0,m=1Period(p0,m(t))(1≤m≤M) , (11)在估算的频段范围内,在接收信号端置f^0,1…f^0,M-1,f^0,M带通滤波器组,带宽取决于采样频率,设置带通滤波器的作用在于在f^0,1…f^0,M-1,f^0,M的估计频点所在的带宽范围内获得不同脉冲星的信号,并进行积分运算。积分器能够将信号
仿真一:无噪声情况结果如图3所示。当卫星随Z轴转动[0,180°]时,通过多平面测量方法得到的Z轴姿态角也随之由0°到180°变化,并且实际变化值与初始设定值一致。图4给出了Z轴姿态角变化真实值与初始设定值的差值,全程姿态角测量的精度都较高,证明了其原理的正确性。图3 Z轴姿态角变化Fig.3 Attitude angle variation ofZaxis图4 Z轴姿态角变化真实值与仿真值的差值Fig.4 Difference between simulated and real atti-tude angles ofZaxis仿真二:存在脉冲星X光子接收误差假设在脉冲星光子接收过程中存在泊松噪声扰动,该误差可以如下计算:产生一个服从于泊松分布p(λTb)(λ=0.025,Tb=5×10-3)的随机矩阵
【图文】：
设脉冲星的信号接收模型表示为:p(t) = b+∑Ni=1ki·Si(t)+η(t) , (9)其中Si(t)表示为脉冲星i的原始信号,ki为幅度变化,b为幅度偏移,η(t)表示为随机噪声,这里假设为高斯白噪声;根据上面介绍的模型,以及噪声η(t)是高斯白噪声的假设,采用FFT对脉冲星接收的信号进行处理,P(f)=FFT(p(t)) , (10)在获得频谱中不同脉冲星会对应不同频率f^0,1…f^0,M-1,f^0,M,这里f^0,m=1Period(p0,m(t))(1≤m≤M) , (11)在估算的频段范围内,在接收信号端置f^0,1…f^0,M-1,f^0,M带通滤波器组,带宽取决于采样频率,设置带通滤波器的作用在于在f^0,1…f^0,M-1,f^0,M的估计频点所在的带宽范围内获得不同脉冲星的信号,并进行积分运算。积分器能够将信号
仿真一:无噪声情况结果如图3所示。当卫星随Z轴转动[0,180°]时,通过多平面测量方法得到的Z轴姿态角也随之由0°到180°变化,并且实际变化值与初始设定值一致。图4给出了Z轴姿态角变化真实值与初始设定值的差值,全程姿态角测量的精度都较高,证明了其原理的正确性。图3 Z轴姿态角变化Fig.3 Attitude angle variation ofZaxis图4 Z轴姿态角变化真实值与仿真值的差值Fig.4 Difference between simulated and real atti-tude angles ofZaxis仿真二:存在脉冲星X光子接收误差假设在脉冲星光子接收过程中存在泊松噪声扰动,该误差可以如下计算:产生一个服从于泊松分布p(λTb)(λ=0.025,Tb=5×10-3)的随机矩阵
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本文编号：2557785
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