基于X射线脉冲星的编队卫星自主导航方法研究

《基于X射线脉冲星的编队卫星自主导航方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、ｔ博士学位论文ＩｉＩ基于Ｘ射线脉冲星的编队卫星自主导航方法研究作者姓名焦荣’Ｂ指导教师姓名、职称许录平教授申请学位类别工学博士学校代码10701学号1302110129分类号V44密级公开西安电子科技大学博士学位论文基于X射线脉冲星的编队卫星自主导航方法研究作者姓名：焦荣一级学科：电子科学与技术二级学科：电路与系统学位类别：工学博士指导教师姓名、职称：许录平教授学院：空间科学与技术学院提交日期：2016年9月ResearchonAutonomousNavigationMethodforSatelliteFormationFlyingbasedonX-

2、raypulsarofAdissertationsubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyinCircuitsandSystemsByJiaoRongSupervisor:XuLupingProfessorSeptember2016西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所

3、罗列的内容以外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文屮作／明确的说明并表示了谢意，一，切法律责任学位论文若有不实之处本人承担。本人签名：Ｈ期，：ＩｎｆＪＵ後采西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文、的复卬件，允许查阅借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影

4、。印、缩印或其它复制手段保存论文同时本人保证，结合学位论文研宂成果完成的论。文，、发明专利等成果署名单位为西安电子科技大学保密的学位论文在。＿年解密后适用本授权书一：：．导本人签名ＪＡ师签名Ｙ味：ａＬｍ曰期；曰期摘要摘要编队卫星具有性能好、成本低、灵活度高、系统容错性强的优点，被广泛地用于近地勘测、科学实验、深空探测等领域。自主导航技术是实现编队卫星协同自主工作的关键技术之一。X射线脉冲星导航具有全信息、高精度及自主性等特点，它不仅可以作为近地空间（如：卫星导航系统）的辅助，还可以为深空探测器提供绝对的时间、空间基准，实现近地空间、深空及星际飞行

5、任务全程高精度无缝导航服务，是解决航天器自主导航的有效途径。目前，国内外已广泛开展了基于X射线脉冲星的编队卫星自主导航技术的研究，但脉冲星信号相位测量精度、编队卫星初轨定轨精度、实时定轨精度等都不能完全满足航空航天的需要。本文主要围绕X射线脉冲星自主导航中的相位测量、卫星初轨确定、编队卫星实时状态估计等方法展开，并将X射线脉冲星导航方法（XNAV）应用到火星探测器自主导航中。本文主要研究内容概括如下：（1）针对X射线脉冲星信号累积轮廓位相测量误差大的问题，提出了一种直接位相测量的频域加权方法。首先，直接对X射线探测器捕获和采样形成的光子序列进行频域变换得到幅度谱，分别提取幅度谱各个成分

6、的相位，再用幅度对相位变量加权平均，得到位相测量结果；进一步采取分段加权的策略，解决序列过长引起的内存溢出问题；最后，仿真例表明：在观测时长和采样间隔相同的条件下，与平均法相比，加权法的测相精度提高了10%以上；与非线性最小均方误差(NLS)法和最大似然(ML)法相比，加权法的比相精度多数情况下提升了1倍以上，计算速度处于ML法和NLS法之间；分段情况下性能会随着分段区间长度的增加有所改善。该方法在一定程度上解决了脉冲星导航中轮廓累积后测相精度变差的问题。（2）针对航天器需要安装多个探测器及定轨精度低的问题，提出一种使用单探测器分时观测3颗X射线脉冲星，并融合相位增量信息来确定初始轨道

7、的方法。首先，从X射线脉冲星导航基本原理出发，得到脉冲星信号到达时间差(TDOA)计时观测量；考虑到航天器同时安装多个探测器时体积大、功耗高的问题，提出了在航天器上安装一个探测器，分时轮流观测3颗脉冲星，获得相位增量观测量。然后，使用加权最小二乘法（WLS）将TDOA和相位增量信息融合，从而提高定轨精度。仿真实验表明，与单独TDOA定轨相比，融合定轨方法位置精度提高了27%以上，速度精度提高了18%以上，达到了提升初轨状态估计精度的目的。（3）