脉冲星导航技术(一)(精)

X射线脉冲星导航的实现分析摘要 X射线脉冲星发射的X射线，具有周期高稳定性、易观测性等特点，是一种优秀的导航定位系统射线源。

现阶段对导航系统的研究，重点从卫星导航转移为天体导航，X射线脉冲星导航系统是一个主要的方向。

本文简单介绍了脉冲星及其特点，主要结合脉冲星导航的时间测量介绍其工作原理，并就X射线脉冲星导航如何实现，进行了进一步的分析。

关键词 X射线脉冲星天体导航 XNAV一、引言1967年，英国剑桥大学的Hewish等发现了第一颗射电脉冲星网。

1974年，Downs首次提出基于射电脉冲星的航天器自主轨道确定方法，并概算定轨精度达到150km。

1976年，美国的天文观测卫星Ariel-5首次观测到脉冲星的x射线辐射信号。

1981年，Chester和Butman 提出利用脉冲星X射线源为航天器导航的构想。

1993年，Wood设计了非常规恒星特征试验，继承了传统天文导航掩星方法，对利用X射线源的航天器轨道和姿态确定以及时间保持进行了综合研究。

2003年，sheikh在深入分析研究脉冲星的基本物理特征和现代卫星导航系统体制的基础上，初步论证了基于X射线脉冲星的航天器自主高精度轨道确定的可行性。

至此，X射线脉冲星导航已经成为导航研究的热点。

那么，X射线脉冲星导航定位的基本原理是怎样的呢？二、脉冲星导航的时间测量1.脉冲到达时间测量。

基于脉冲星的导航系统的基本观测量是脉冲信号的到达时间（Time Of Arrival， TOA），TOA观测量是通过将观测到的信号轮廓与一个高SNR的标准模板轮廓比对得到的。

如公式（1）所示，观测得到的脉冲轮廓p（t）与标准脉冲轮廓s（t）的差来源于以下几个因素：时间偏离τ，待定常数b，比例因子k和随机噪声η（t）。

p（t）=b+k［s（t-τ）］+η（t）（1）式中0≤t≤P，P为观测时刻脉冲星的自转周期。

根据脉冲轮廓的建立方法，脉冲轮廓是用等间隔Δt采样得到的。

在总观测时间内，大量光子N的TOA被记录下来，记为τ0~τN -1，然后被转化为惯性框架下的等效时间t0~tN-1。

2024管综逻辑真题及解析26.健康连着千家万户的幸福，关系国家民族未来，对于个人来说，健康是幸福之源。

拥有健康，不一定拥有幸福；但失去健康，必然失去幸福。

对于国家来说，人民健康是强盛之基只有拥有健康的人民，才能拥有高质量发展能力，必须把保障人民健康放在在优先发展的战略位置，大力推进健康中国建设根据以上陈述，可以得出以下哪项?A.有的人拥有幸福，但不一定拥有健康B. 只要人民健康，就能推动国家高质量发展C.世界上只有少数国家实现了人民健康、国力强盛。

D 若没有健康的人民，一个国家就不会拥有高质量发展能力E. 如果把保障人民健康放在优先发展的战略位置，就能实现国家强盛答案：D【解析】题干假言：高质量发展力→健康人民。

逆否即为D 项表述。

27.某大学管理学院安排甲、乙、丙、丁、戊、己、6位院务会成员暑期值班6周，每人值班一周。

已知：(1)乙第四周值班(2)丁和戊的值班时间都早于己(3)甲值班的时间早于乙，但晚于丙。

根据以上信息，第三周可以安排的值班人员有哪些?A.仅甲、丁B.仅甲、戊C.仅丁、戊D.仅甲、丁、戊E. 仅丁、戊、己答案：D【解析】已知：乙4;由(3)可知：甲可在3;由(2)可知：丁、戊也可在3。

28.随着传播媒介的不断发展，其接收方式越来越多样。

声音，作为一种接收门槛相对较低的传播媒介，它的“可听化”比视频的“可视化”受限制条件少，接收方式灵活。

近来，各种有声读物、方言乡音等媒介日浙红火，一些听书听剧网站颇受欢迎这让一些人看到了希望：会说话就行，用“声音”就可以获得财富有专家就此认为，声媒降低了就业门槛，为人们提供了更多平等就业的机会。

以下哪项加果为真，最能质疑上述专家的观点?A.传媒接收门槛的降低并不意味着声媒准入门槛的降低。

B.只有切实贯彻公平合理的就业政策，人们平等就业才有实现的可能。

C.一个行业吸纳的就业人员越多，它所能提供的平均薪酬水平往往越低。

D.有人愿意为听书付费，而有人不愿意，靠“声音”获得财富并不容易。

宇宙中的脉冲星：宇宙钟摆1.引言宇宙是一个令人着迷的地方，充满了神秘和奇迹。

在这广袤无垠的宇宙中，隐藏着许多未知的天体现象，其中脉冲星就是其中之一。

脉冲星是一种由旋转的恒星演化而来的致密星体，具有非常精确的旋转周期。

本文将介绍脉冲星的发现历程、结构特征以及它们在宇宙中扮演的角色。

2.脉冲星的发现历程脉冲星的发现可以追溯到1967年，当时英国的天文学家朗斯顿·贝尔发现了第一颗脉冲星——PSR B1919+21。

他注意到一个强烈的脉冲信号源，其周期为1.337秒。

这个发现震惊了科学界，因为以前从未观测到如此规律的脉冲信号。

3.脉冲星的结构特征脉冲星的结构特征令人惊叹。

它们是由恒星演化成的致密天体，质量通常大约是太阳的1.4倍，半径只有约20公里。

这种极高的致密度使得脉冲星具有强烈的引力场，甚至可以弯曲光线。

同时，脉冲星还拥有强大的磁场，其强度可以是太阳磁场的数十亿倍。

4.脉冲星的旋转机制脉冲星之所以能够发出规律的脉冲信号，是因为它们的旋转机制。

脉冲星以非常快的速度自转，通常每秒钟几十次甚至上百次。

当脉冲星自转时，它们的磁场和旋转轴之间的角动量不断转移，导致磁场线在空间中形成一个旋转的锥体。

这个旋转的锥体发出的脉冲辐射就是我们观测到的脉冲信号。

5.脉冲星的宇宙钟摆脉冲星被称为宇宙钟摆，因为它们具有非常精确的旋转周期。

这个旋转周期非常稳定，几乎不会发生变化。

事实上，脉冲星的旋转周期可以达到纳秒级别的精度。

由于其极高的稳定性，脉冲星可以被用作宇宙中最准确的时钟。

6.脉冲星的应用脉冲星的精确旋转周期使其在天文学和导航系统中得到广泛应用。

例如，脉冲星可以用来研究引力理论和广义相对论，因为它们的强磁场和高密度能够产生引力透镜效应。

此外，脉冲星还可以作为导航系统的参考，因为它们的时钟非常精确，可以被用来校准地球上的导航设备。

7.结论脉冲星是宇宙中的奇特天体，具有精确的旋转周期和强大的磁场。

它们的发现和研究为我们了解宇宙的演化和物理规律提供了重要线索。

X射线脉冲星导航原理
帅平;陈绍龙;吴一帆;张春青;李明
【期刊名称】《宇航学报》
【年(卷),期】2007(028)006
【摘要】X射线脉冲星导航是以脉冲星的X射线辐射信号作为信息输入,经过相应的信号和数据处理,为近地轨道、深空和星际空间飞行的航天器提供高精度的位置、速度、时间和姿态等导航信息的实现过程.首先提出了基于X射线脉冲星的卫星自
主导航的基本框架和实现流程;然后,概述X射线脉冲导航的时空基准,重点研究X
射线脉冲星导航定位的测量方程、系统状态方程及其噪声统计特征等数学模型.最后,详细论述卫星自主导航信息处理的鲁棒滤波算法,即经典算法和现代鲁棒滤波算法.从理论方法和工程应用角度,初步论证X射线脉冲星导航的原理可行性和算法可实现性.
【总页数】6页(P1538-1543)
【作者】帅平;陈绍龙;吴一帆;张春青;李明
【作者单位】中国空间技术研究院,北京,100094;中国空间技术研究院,北
京,100094;中国空间技术研究院,北京,100094;中国空间技术研究院,北京,100094;中国空间技术研究院,北京,100094
【正文语种】中文
【中图分类】U249;P145
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脉冲星自主导航概述杨廷高1，南仁东2，金乘进2，甘恒谦2(1 中科院国家授时中心陕西省临潼 710600)(2 中科院国家天文台北京 100012)摘要摘要：脉冲星自转非常稳定，可以用作时间标准，许多脉冲星的空间位置、自行、距离、自转周期及导数、自转的初始相位等天体测量和天体物理参数都被精确测定。

由于脉冲星能够同时提供时间信号和空间位置坐标，利用空间脉冲星网络的导航系统的开发研究受到重视。

除甚长基线干涉测量之外，空间飞行器导航的传统方法只在沿飞行器的视线方向提供高精度，且当太阳位于空间飞行器与地球中间时根本无法实现导航。

安装在空间飞行器上的脉冲星导航系统能够实现飞行器的自主导航，能给出空间飞行器相对于太阳系质心的三维坐标和飞行速度。

射电脉冲星自主导航系统只适用于载荷量大的空间飞行器，而X射线脉冲星未来的适用范围可能非常广阔。

讨论了脉冲星钟的模型和脉冲星导航系统的框架结构，介绍了脉冲星导航的基本原理和算法。

目前，已发现射电脉冲星约1750颗，X射线脉冲星50余颗。

利用脉冲星钟模型能高精度地预报脉冲星脉冲到达太阳系质心的时间，即在任何时刻，脉冲星相当于太阳系质心的相位是可以预报的。

在空间飞行器上测量脉冲星脉冲的到达时间(即脉冲星自转相位测量)所得到的相位与该脉冲星相对于太阳系质心的相位(脉冲星钟预报的相位)之间的差值包含有空间飞行器的位置信息。

通过空间飞行器上脉冲星导航系统对多颗脉冲星的计时观测(相位测量)，就能解算出观测时刻空间飞行器相对于太阳系质心的位置坐标。

指出脉冲星导航系统采用的脉冲星探测器的性能决定了脉冲星相位的测量精度，这也是影响空间飞行器位置解算精度的关键因素。

脉冲星导航观测采用的原子钟如果足够稳定，则空间飞行器位置的算法可以简化。

在脉冲星导航系统计时观测接近微秒(sµ)量级时，脉冲星视差、Shapiro和Einstein延迟的影响是不可忽略的。

对于这样的脉冲星导航系统开发设计中的关键技术和应该进一步研究的主要问题进行了初步分析和讨论。

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射线脉冲星空间导航定位X射线脉冲星介绍脉冲星是一种快速自转并具有强磁场的中子星，其辐射的电磁波信号在沿磁极方向的一个较窄的锥体（锥角<10度）内向外传播，磁轴与旋转轴之间有一定夹角的脉冲星带着辐射光束在宇宙中扫过一个巨大的空心锥体。

可在可见光、无线电、红外线、紫外线、X射线等频段内观测到脉冲星辐射的灯塔式扫射现象。

脉冲星最重要的特征是自转周期的稳定性，周期变化率（△p/p）的典型值为10^-15，某些毫秒脉冲星的自转周期变化率可达10^-19~10^-21，被誉为“自然界最精确的频率基准”。

脉冲星单个射电脉冲的强度和形状都是不断变化的，特别是其辐射强度的变化呈现出一种近似随机的过程，其偏振特性也是非常复杂的。

但脉冲星具有稳定的累积脉冲轮廓，通过它可以测量脉冲到达时间（TOA: Time of Arrival),进而进行脉冲星辐射脉冲周期稳定性理论、脉冲星时理论及XPNA V(X-ray Pulsars-based Navigation)技术等的研究。

根据获取能量方式的不同，X射线脉冲星可以分为旋转动能X射线脉冲星（RXPSR：Rotation-powered X-ray Pulsars)、伴生X射线脉冲星（AXPSR：Accretion-powered X-ray Pulsars)和奇异X射线脉冲星（AXP：Anomalous X-ray Pulsars)三类。

旋转动能脉冲星（RPSR）的辐射能量来自于自身的旋转动能。

但大部分RPSR脉冲星缺少X射线辐射或者存在突发定时噪声。

伴生脉冲星（APSR）通过吸收伴星上的物质为其辐射提供能量。

由于脉冲双星中双星的相互吸引、旋转效应及伴星对脉冲信号的衰减和扭曲效应，AXPSR脉冲星的辐射脉冲周期表现出更加复杂的特性。

奇异X射线脉冲星辐射能量来自于自身的磁场能量。

影响X射线脉冲星导航定位的因素包括：宇宙空间分布、累积脉冲形状、脉冲周期长短、脉冲周期稳定性、X射线电磁波辐射流量、累积脉冲轮廓信噪比等。

脉冲星时间基准科普类：脉冲星时间基准脉冲星是一种极为稳定的天体，它们的自转周期极为规律，可以达到毫秒级别的精度。

这种规律性使得脉冲星成为了一种极为重要的时间基准。

脉冲星时间基准的应用范围非常广泛，从天文学到导航，从物理学到地球科学，都有着重要的应用。

脉冲星是一种特殊的中子星，它们的自转周期非常短，通常在几毫秒到几秒之间。

这种自转周期非常规律，可以达到极高的精度。

脉冲星的自转周期是由它们的磁场和自转速度共同决定的，因此可以看作是一种天然的时钟。

脉冲星时间基准的应用非常广泛。

在天文学中，脉冲星时间基准可以用来研究星际介质、测量星际距离、探测引力波等。

在导航领域，脉冲星时间基准可以用来提高卫星导航系统的精度。

在物理学中，脉冲星时间基准可以用来研究引力理论、粒子物理等。

在地球科学中，脉冲星时间基准可以用来研究地球的自转、地震等。

脉冲星时间基准的精度非常高，可以达到纳秒级别。

这种精度使得脉冲星时间基准成为了一种非常重要的时间基准。

目前，国际上已经建立了多个脉冲星时间基准，它们可以相互校准，提高整个系统的精度。

总之，脉冲星时间基准是一种非常重要的时间基准，它的应用范围非常广泛。

随着技术的不断进步，脉冲星时间基准的精度将会越来越高，为人类的科学研究和生产生活带来更多的便利。

新闻类：脉冲星时间基准：科学家成功建立全球最精确的时间基准近日，国际上的科学家成功建立了全球最精确的时间基准——脉冲星时间基准。

这一成果将为人类的科学研究和生产生活带来更多的便利。

脉冲星是一种极为稳定的天体，它们的自转周期极为规律，可以达到毫秒级别的精度。

这种规律性使得脉冲星成为了一种极为重要的时间基准。

脉冲星时间基准的应用范围非常广泛，从天文学到导航，从物理学到地球科学，都有着重要的应用。

科学家们利用多个脉冲星建立了全球脉冲星时间基准系统，这个系统可以达到纳秒级别的精度。

这种精度是目前已知的最高精度，可以为人类的科学研究和生产生活带来更多的便利。