X射线脉冲星导航理论与应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 航天器自主导航概述 1

1.1.1 自主导航的定义及特点 1

1.1.2 航天器对自主导航技术的需求分析 1

1.2 航天器自主导航系统分类及发展概况 3

1.2.1 惯性导航系统 3

1.2.2 天文导航系统 4

1.2.3 卫星导航系统 5

1.3 X射线脉冲星导航的发展概况 8

1.3.1 X射线脉冲星导航的基本概念 8

1.3.2 脉冲星参数测定及相关理论的研究进展 9

1.3.3 导航理论的研究进展 17

1.3.4 X射线探测技术的研究进展 20

1.3.5 X射线脉冲星导航试验及研究计划 26

参考文献 28

第2章 X射线脉冲星导航的相关理论 35

2.1 时空参考框架 35

2.1.1 坐标系统 35

2.1.2 广义相对论时间系统 36

2.2 时间相位模型和时间转换模型 41

2.2.1 时间相位模型 41

2.2.2 时间转换模型 41

2.3 航天器轨道动力学与姿态动力学方程 43

2.3.1 航天器轨道动力学 43

2.3.2 航天器姿态动力学 45

2.4 非线性滤波算法 48

2.4.1 扩展卡尔曼滤波 48

2.4.2 无迹卡尔曼滤波 49

参考文献 51

第3章 X射线脉冲星信号处理方法 53

3.1 X射线脉冲星信号模型 53

3.1.1 标准轮廓 53

3.1.2 脉冲星信号参数 53

3.2 脉冲星信号模拟方法 54

3.2.1 光子到达事件 54

3.2.2 探测器时间分辨率分析 55

3.2.3 脉冲观测轮廓的绘制 58

3.2.4 观测轮廓分析 59

3.3 基于历元折合的脉冲到达时间估计方法 61

3.3.1 极大似然法 62

3.3.2 信号相关法 62

3.3.3 傅里叶变换法 63

3.4 影响TOA估计的因素分析 64

3.4.1 脉冲星特征参数误差的影响 64

3.4.2 噪声的影响 66

3.5 小结 68

参考文献 68

第4章 X射线脉冲星定位/守时/定姿方法 70

4.1 X射线脉冲星导航系统的应用策略设计 70

4.1.1 脉冲星遮挡问题描述 70

4.1.2 航天器轨道的影响 73

4.1.3 探测器安装方式的影响 75

4.1.4 轨道进动的影响 77

4.1.5 导航系统的应用策略 78

4.2 基于X射线脉冲星的航天器定位方法 79

4.2.1 基本原理 79

4.2.2 导航观测模型分析 79

4.2.3 系统流程 80

4.2.4 X射线探测器配置方案分析 81

4.3 基于X射线脉冲星的航天器守时方法 83

4.3.1 基本原理 83

4.3.2 系统方程 84

4.3.3 守时算法 85

4.3.4 单X射线脉冲星守时可行性分析 89

4.4 基于X射线脉冲星的航天器姿态确定方法 91

4.4.1 脉冲星定姿原理 91

4.4.2 脉冲星方位观测的实现途径 95

4.5 小结 96

参考文献 97

第5章 X射线脉冲星定位/守时系统误差传播机理分析 98

5.1 X射线脉冲星导航系统误差源建模 98

5.1.1 影响TOA理论精度的误差源 98

5.1.2 影响时间转换模型精度的误差源 98

5.2 误差源对测量值的影响 101

5.2.1 影响TOA精度的误差源的影响 101

5.2.2 影响时间转换模型精度的误差源的影响 104

5.3 误差源对定位/守时结果的影响 110

5.3.1 TOA精度对定位/守时精度的影响 110

5.3.2 影响时间转换模型精度的误差源对定位的影响 112

5.3.3 影响时间转换模型精度的误差源对守时的影响 115

5.4 小结 118

参考文献 119

第6章 基于X射线脉冲星的近地航天器自主导航系统误差补偿方法 120

6.1 主要误差源的传播特性分析 120

6.1.1 行星星历误差的传播特性 120

6.1.2 脉冲星角位置误差的传播特性 123

6.1.3 脉冲星距离误差的传播特性 124

6.1.4 星载原子钟钟差的传播特性 124

6.2 基于扩展状态的误差源补偿方法 126

6.2.1 导航系统 126

6.2.2 可观性分析 127

6.2.3 仿真分析 129

6.3 基于历元差分的误差源补偿方法 130

6.3.1 历元差分测量模型的建立 130

6.3.2 可观性分析 131

6.3.3 改进无迹卡尔曼滤波 132

6.3.4 仿真分析 134

6.4 小结 138

参考文献 139

第7章 以X射线脉冲星为主的多测量信息融合导航方法研究 140

7.1 X射线脉冲星/传统天体测量信息组合导航框架 140

7.1.1 传统天体测量模型 140

7.1.2 信息融合方法 142

7.1.3 基于误差分离原理的系统误差补偿方法 146

7.1.4 仿真分析 147

7.2 X射线脉冲星/惯导组合导航框架 153

7.2.1 组合导航系统的构成 153

7.2.2 动力学模型 154

7.2.3 观测模型 154

7.2.4 仿真分析 155

7.3 小结 158

参考文献 158

第8章 基于X射线脉冲星相对观测的星座定向参数确定方法研究 160

8.1 基于基线矢量观测的星座整体旋转确定方法 160

8.2 基于脉冲星的星座定向参数确定原理与方案设计 163

8.2.1 基于脉冲星的星座定向参数确定基本原理 163

8.2.2 基于脉冲星的星座定向参数确定方案设计 164

8.3 系统观测模型与可观性分析 166

8.3.1 测距观测方程 166

8.3.2 脉冲星测向观测方程 167

8.3.3 系统可观性分析 169

8.4 仿真分析 170

8.4.1 后验Cramer-Rao下限分析 170

8.4.2 导航性能分析 171

8.4.3 影响星座定向参数确定精度的因素分析 177

8.5 小结 183

参考文献 183

第9章 X射线脉冲星导航地面仿真验证系统 184

9.1 地面仿真验证系统总体设计 184

9.1.1 模块设计 184

9.1.2 物理构成 185

9.2 全数字仿真验证模式 186

9.2.1 各节点数据流程设计 186

9.2.2 仿真节点设计 187

9.2.3 仿真分析 194

9.3 半实物仿真验证模式 194

9.3.1 高精度X射线周期信号模拟源 194

9.3.2 X射线探测器测试 199

9.4 小结 207

参考文献 207

索引 208