X射线脉冲星绝对定位法研究

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1、2010年8月第30卷第4期宇航计测技术JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementAug．，2010V01．30，No．4文章编号：1000—7202(2010)04—0041—04中图分类号：TM935X射线脉冲星绝对定位法研究王超黄显核谢力慧(电子科技大学自动化工程学院，成都610054)文献标识码：A摘要研究和分析了脉冲星定位方法中的绝对定位法。通过一系列的公式和图表详细分析了定位算法的理论依据，同时还对整周模糊度问题的解算进行了研究。最后，利用MATLAB

2、建立了一个简单模型，对定位算法进行仿真。结果表明定位准确度与星载原子钟准确度、脉冲星相位模型准确度以及相位观测误差有直接联系。关键词天文导航x射线脉冲星相位模型绝对定位法整周模糊度StudyofAbsolutePositionDeterminationusingX-rayPulsarWANGChaoHUANGXian．heXIELi．hui(SchoolofAutomation，UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina，Chengdu610054)A

3、bstractThemethodofAbsolutePositionDeterminationisstudiedandanalyzedmainly．Aseriesofformulasandpicturesareusedtoanalyzethetheoryfoundationofpulsarpositioning．Atthesametime，theambiguityproblemandthesolvingmethodarestudied．Intheend，asimplemodelusingMATLABisbu

4、ilttosimulatethemethodofpulsarpositioning．Theresultshowthatthepositioningerroristightlycon—nectedwiththeatomicclockquality，theerrorofX—raypulsarphasemodelandtheerrorofobservationphase．KeywordsCelestialnavigationX··raypulsarPhasemodelAbsolutepositionmethodA

5、mbi·-guity1引言脉冲星导航与GPS卫星导航有很大相似之处。它们都是通过接收4颗以上的脉冲星或者卫星信号来进行定位，定位的基本思路也差不多。它们不同之处在于脉冲星发送的脉冲信号不像卫星一样发送本身的时问和星历等信息，而只是简单但非常稳定的周期性脉冲。但是，脉冲星导航能实现深空导航定位，弥补GPS卫星导航只能实现近地导航的不足。而且，脉冲星不用担心被摧毁，其稳定可靠的周收稿日期：2009—10—14；修回日期：2010一Ol一04作者简介：王超(1986一)，男，硕士，主要研究方向：脉冲星导航定位技术

6、。期脉冲还能进一步修正GPS卫星上的原子钟，提高定位准确度。所以，尽管脉冲星导航研究难度大，进展缓慢，却仍然是导航定位的重点研究方向⋯。2绝对定位法绝对定位法通过同时观测多颗脉冲星，建立观测方程组，最关键的是利用有效的整周模糊度解算方法从海量的模糊度中找到最可能的整周模糊度，最后求解出航天器在SSB(Solarsystembaryeenter)·42·宇航计测技术2010年坐标系下的绝对三维坐标值。2．1观测模型的建立‘2·3】在绝对定位方法中，我们以太阳质心坐标系为参考。由于脉冲星具有极其稳定的周期，我们

7、可以通过脉冲星钟模型得到t时刻脉冲星相对于太阳质心的自转相位。鼎牡鼎叭舶一To)+塞等(I)式中：咖严(f)——第凡颗脉冲星在t时刻相对于太阳质心的自转相位；上——第n颗脉冲星死时刻的自转频率，它们都可以通过对脉冲星的大量数据观测得到；，：帕1的m阶导数，一般情况下，只取到三阶。下图是航天器位置与相位观测示意图，给出了与航天器位置相关的脉冲相位延迟、周期空间距离以及整周模糊度等概念示意。百々t冲基删麓卺警I、冉婚r／、声磊／I．．．．．，瓦t／⋯(≯⋯⋯⋯．r一，时刻SSB位置P的i手呷f，为假想SSB处脉

8、冲星相位观测值，在[0，1)区间取值图1航天器位置与相位观测示意图由图中示意，可以得出它们的相互关系书攀(￡)=$：(￡)+f正一m。+埘咖。(2)式中：f。：型。C对式(2)做变换，得到造的脉冲星相位模型咖≯(t)代替。由此推得$：(t)=书≯(f)一厶f。+m。一tt，“(4)对于相位观测误差1,0“，我们假定它们是相互f，品001R÷=引％孵]=10。．0(5)100靠／咖≯(t)=咖P(To)+工(t一7