脉冲星测量技术用于深空探测器自主导航的原理及方法
- 格式:ppt
- 大小:7.66 MB
- 文档页数:76
航天器高精度自主导航技术——基于X射线脉冲星的组合导
航系统方案
帅平
【期刊名称】《国际太空》
【年(卷),期】2011(000)007
【摘要】航天器自主导航是指航天器利用各种测量信息实时确定位置、速度、时
间及姿态的方法和技术。
完整的自主导航包括4个基本过程:路径规划、当前状态、航迹偏差和偏差修正,因此在实际工程应用中,导航、制导与控制(GNC)系统往往是
一体化设计的。
航天器自主导航具有极其重要的工程应用价值和战略研究意义,具
体体现在两个方面:一方面可以减轻地面测控系统的工作负担,减少测控站的布设数量,减少地面站至卫星的信息注入次数,降低航天器(包括星座)系统建设和长期运行
维持的费用;另一方面能减少航天器对地面测控系统的依赖,增强系统的抗干扰、抗
摧毁和自主生存能力。
然而,从航天器自主导航应具有的自主完备性能、实时操作、不发信号、不依赖于地面站以及长时间运行等基本特征来看,目前航天器尚未实现
真正意义上的自主导航,绝大多数航天器仍然依赖地面跟踪测量系统来完成导航任务。
【总页数】8页(P44-51)
【作者】帅平
【作者单位】中国空间技术研究院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于X射线脉冲星的航天器自主导航数值分析研究木
2.勇闯航天器自主导航技术前沿(上)——来自世界首颗X射线脉冲导航试验卫星的报告
3.基于X射线脉冲星的广播电视卫星自主导航技术
4.基于X射线脉冲星的航天器自主导航算法分析
5.基于X射线脉冲星的自主天文导航技术
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于X射线脉冲星的深空探测自主导航方法
郑伟;孙守明;汤国建
【期刊名称】《中国空间科学技术》
【年(卷),期】2008(028)005
【摘要】自主导航是实现深空探测任务的关键技术,基于X射线脉冲星的导航方法可靠、稳定、精度高,不受近地空间的限制,为深空自主导航提供了全新的思路.文章分析了X射线脉冲星导航的基本原理,提出了脉冲到达时问预报算法和整周模糊度求解方法,基于最小二乘理论研究了位置估计算法.仿真算例表明该方法在脉冲星方位误差为0.001孤秒、脉冲到达时间测量误差为1μs的情况下,140d飞行时间中定位精度优于10km,且对初始误差不敏感,可以满足深空探测的导航需要.
【总页数】6页(P1-6)
【作者】郑伟;孙守明;汤国建
【作者单位】国防科学技术大学航天与材料工程学院,长沙,410073;国防科学技术大学航天与材料工程学院,长沙,410073;国防科学技术大学航天与材料工程学院,长沙,410073
【正文语种】中文
【中图分类】V4
【相关文献】
1.基于单X射线探测器的航天器深空巡航段自主导航研究 [J], 杨成伟;郑建华
2.基于改进动静态滤波的脉冲星/CNS深空探测组合导航方法 [J], 王奕迪;郑伟;安
雪滢;孙守明
3.基于UKF的深空探测光学自主导航方法 [J], 周剑敏;张洪华
4.基于单探测器的X射线脉冲星深空导航算法 [J], 王奕迪;唐歌实;郑伟;李黎
5.基于X射线脉冲星的深空导航方法 [J], 杨博;张舒;
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
x射线脉冲星导航系统原理与方法一、啥是X射线脉冲星导航系统呢?小伙伴们,X射线脉冲星导航系统听起来就超级酷,它是一种利用宇宙中的X射线脉冲星来确定位置、速度等信息的导航系统哦。
想象一下,在浩瀚的宇宙中,那些遥远的脉冲星就像一个个超级精确的信标,不断地发射着信号,而我们就像在大海中航行的船只,通过接收这些信号来找到自己的路呢。
这些脉冲星的信号很有规律,就像时钟滴答滴答地走着,非常稳定,这就是它们能被用来导航的重要原因。
二、原理是啥样的?1. 脉冲星的特性。
脉冲星是一种高速旋转的中子星,它们有着超强的磁场。
当脉冲星旋转的时候,就会周期性地发射出X射线脉冲。
这些脉冲的周期非常稳定,有的脉冲星的脉冲周期可以精确到纳秒级别呢。
就好比是宇宙中最精准的时钟,这种稳定性为导航提供了很好的基础。
2. 信号接收与处理。
我们在地球上或者航天器上设置专门的探测器来接收脉冲星发射的X射线脉冲信号。
当接收到这些信号后,就要进行处理啦。
因为在宇宙中信号会受到很多干扰,比如星际介质的吸收、散射等。
我们要通过一系列复杂的算法把有用的信号提取出来,就像从一堆沙子里把金子挑出来一样不容易。
然后根据脉冲信号到达的时间、强度等信息,来计算我们相对于脉冲星的位置关系。
三、方法有哪些?1. 定位方法。
- 利用多个脉冲星定位。
我们可以同时观测多个脉冲星。
每个脉冲星相对于我们的位置是不同的,就像在不同方向上有好几个灯塔。
通过测量从不同脉冲星接收到的脉冲信号的到达时间差,就可以确定我们在三维空间中的位置。
这就好比我们知道了从不同灯塔发出的光到达我们这里的时间差,就能算出我们在海上的位置啦。
- 基于脉冲星信号模型的定位。
根据脉冲星发射信号的理论模型,我们可以对实际接收到的信号进行拟合。
如果拟合得好,就说明我们对自己的位置估计得比较准确。
这个方法就像是按照一张精确的地图来找到自己的位置,不过这张地图是基于脉冲星的信号模型画出来的。
2. 导航精度提升方法。
基于X射线脉冲星的深空探测器自主导航方案
乔黎;刘建业;熊智;郑广楼
【期刊名称】《中国空间科学技术》
【年(卷),期】2007(027)006
【摘要】X射线脉冲星自主导航系统可以为深空探测器提供位置、速度、时间和姿态等丰富且自主的导航信息,以X射线脉冲星测得的信息作为量测量,结合轨道动力学方程,对航天器的轨道进行自主估计确定.论文阐述了该方案的导航原理,在借鉴现有航天器导航系统的基础上,提出了基于X射线脉冲星导航的方案,介绍了方案的硬件组成、系统结构,并针对方案中导航敏感器多冗余的特征,给出了基于多传感器组合导航技术的结构,最后用仿真资料对方案做了性能概算和精度估计.
【总页数】7页(P1-6,18)
【作者】乔黎;刘建业;熊智;郑广楼
【作者单位】南京航空航天大学导航研究中心,南京,210016;南京航空航天大学导航研究中心,南京,210016;南京航空航天大学导航研究中心,南京,210016;南京航空航天大学导航研究中心,南京,210016
【正文语种】中文
【中图分类】P1
【相关文献】
1.基于X射线脉冲星的月球卫星自主导航 [J], 姚翔;吴盘龙;陈尚敏
2.航天器高精度自主导航技术——基于X射线脉冲星的组合导航系统方案 [J], 帅
平
3.基于X射线脉冲星的广播电视卫星自主导航技术 [J], 孙娟;马彬
4.基于X射线脉冲星的航天器自主导航算法分析 [J], 仲崇霞;张立;年丰;杨军
5.基于脉冲星和火星观测的深空探测器自主导航 [J], 刘劲;房建成;宁晓琳;吴谨;康志伟
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
脉冲星导航技术发展概况及若干思考随着科学视野的不断扩大,当今基于地基系统的GNSS导航定位技术无法满足深空探测飞行器导航定位的需要。
新兴的脉冲星导航技术可为深空探测飞行器进行导航定位。
因此,将从当今基于地基系统的GNSS导航定位技术存在的问题,什么是脉冲星,脉冲星导航定位基本原理以及脉冲星导航发展现状四个方面说明脉冲星导航技术发展概况,并提出若干思考。
标签:脉冲星导航;x射线探测器;时空基准自上世纪六十年代人们发现第一颗脉冲星“小绿人”以来,科学家们就开始探索能否根据脉冲星的特性将其应用到导航定位领域。
通过探测脉冲星信号提取信号特征并将其与已知脉冲星数据库相匹配,进而精确判断出探测到的是哪一颗脉冲星的辐射信号。
这样一来,我们可通过收集脉冲星信号并匹配脉冲星数据库,可为某一目标提供其相对于若干脉冲星的相对位置,为其进行导航定位。
1当今基于地基系统的GNSS导航定位技术存在的问题目前的GNSS导航定位技术如美国的GPS、中国的北斗、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo,需依托地面上的监控中心来为卫星测姿,传递和处理卫星导航信号,进而实现导航定位功能。
为提高导航定位精度,我们需在卫星信号传播过程中进行设备延迟改正,钟差改正,相对论效应改正,地球自转改正,地球引力改正,潮汐效应改正,多路径效应改正等。
我们还需解决如何快速精确地求解整周未知数。
在卫星信号传播过程中上述各项改正研究,求解整周模糊度的研究目前仍存在一定的问题,直接阻滞了GNSS导航定位向高精度方向发展。
目前GNSS导航定位技术只能提供厘米级或分米级的成果,无法满足对定位成果精度有较高要求的研究领域的需要,如地球动力学研究。
GNSS導航定位技术基于地基系统,只能在地球及近太空领域范围内提供导航定位服务,无法为外太空以及太阳系以外的空间飞行器提供导航定位服务。
2什么是脉冲星脉冲星来源于超新星,是暮年的恒星发生大爆炸后形成的残骸在变成黑洞之前的存在状态,属于高速旋转的强磁中子星。
X射线脉冲星天文自主导航算法研究的开题报告题目:X射线脉冲星天文自主导航算法研究一、研究背景及意义X射线脉冲星是一种高能天体,它们是由于中子星的旋转和磁场产生的辐射而产生的。
尽管这些天体距离地球很远,但它们发射的辐射可以提供有关宇宙学和基本物理性质的重要信息。
与此同时,由于中子星的旋转非常稳定,因此X射线脉冲星也可以用作天文导航系统的基础。
X射线脉冲星天文导航(XNAV)的目标是使用X射线脉冲星作为导航信标进行航行的技术。
XNAV可以为未来的空间探测器、任务以及人类探险提供一个更精确的位置与导航。
XNAV最大的挑战之一是如何精准地锁定一个特定的X射线脉冲星,并跟踪其位置和运动。
为了解决这个问题,需要开发一种自主导航算法,该算法能够自动地将天体与目标进行匹配,并在线跟踪其位置。
二、研究内容本研究的主要内容是设计和实现一种X射线脉冲星自主导航算法。
该算法将包括以下步骤:1.采集并处理X射线脉冲星的数据。
2.运用该算法提取X射线脉冲星的特征,包括脉冲周期、脉冲星速度等。
3.结合卫星的传感器测量数据,建立脉冲星的位置模型。
4.开发一个跟踪算法,在完成初步匹配后,在线跟踪脉冲星的位置与速度。
5.开发算法并完成相应的实验以验证算法的准确性。
三、研究方法本研究将采用以下方法:1.开发数据处理方法并对X射线脉冲星进行特征提取2.利用卫星传感器获取的数据建立空间参考框架,并结合脉冲星特征定位脉冲星3.开发自主跟踪算法,以在线跟踪脉冲星的移动4.利用模拟X射线脉冲星数据进行算法验证四、预期成果与意义本研究将以设计和实现一种X射线脉冲星自主导航算法为主要目标。
预期成果包括:1.提供一种解决X射线脉冲星导航和追踪问题的有效算法2.验证所开发的自主导航算法的实用性和可行性,为X射线脉冲星导航的发展提供技术支持3.提高对X射线脉冲星定位和追踪的理解和认识,为未来的空间探测器和任务提供更准确的位置和导航信息。
综上所述,本研究的成果对X射线脉冲星追踪和定位有重要意义,对于推动航天技术的发展和深入研究宇宙起到至关重要的作用。
Transactions on Computer Science and TechnologyDecember 2014, Volume 3, Issue 4, PP.121-126 Deep Space Navigation Based on X-ray Pulsars Bo Yang, Shu Zhang#School of Astronautics, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100191, China#Email: gcsy28@AbstractIn order to improve the navigation ability of deep space exploration in cruise, a deep space navigation based on X-ray pulsars is proposed. The X-ray pulsars navigation principle and measurement noise characteristics are explained. Using the PDOP (Positioning Dilution of Precision) and PSC (Pulsars Selet Criteria), which considers both the influence of the pulsars’ geom etry configuration and the measurement noise,the selection of the pulsars can be compared. Using the pulse time-of-arrival (TOA) as the measurement, and using the orbit dynamic model of the spacecraft as the state equation, we adopt the extended Kalman filter (EKF) to estimate the system state. The simulation results demonstrate that the deep space navigation based on X-ray pulsars is feasible and effective.Keywords: Deep Space Exploration; X-Ray Pulsars; Autonomouus Navigation基于X射线脉冲星的深空导航方法杨博,张舒北京航空航天大学宇航学院,北京 100191摘要:为了提高深空探测在巡航段的导航能力,提出一种基于X射线脉冲星的深空导航方法。