一種普適性的脈衝星自主導航測量模型構建方法
2023-06-11 02:26:56 2
一種普適性的脈衝星自主導航測量模型構建方法
【專利摘要】本發明提供了一種普適性的脈衝星自主導航測量模型構建方法，分別計算脈衝星脈衝信號幾何延遲、信號的物理延遲、時間坐標轉換改正和雙星軌道運動延遲，據此構建普適性的脈衝星自主導航測量模型和脈衝星自主導航觀測方程。本發明給出了全新的脈衝星導航測量模型，在理論上，模型能夠達到1ns計算精度，同時考慮到了脈衝星空間運動速度和脈衝雙星軌道運動時間延遲效應。
【專利說明】一種普適性的脈衝星自主導航測量模型構建方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種脈衝星自主導航測量模型，適用於基於脈衝星的各類空間飛行器 自主導航領域。
【背景技術】
[0002] 脈衝星自轉周期非常穩定，其自轉參數和天體測量參數可以高精度測定。一組分 布於空間各個方向，其空間位置坐標和自轉模型經過精確測量的脈衝星構成慣性時空參考 架，可用於各類飛行器自主導航。脈衝星自主導航的基礎是構建高精度的脈衝星導航測量 模型和脈衝星觀測方程。目前，在已經發表的有關脈衝星自主導航文獻中，關於脈衝星導航 的測量模型，基本上都沿用了 Sheikh博士的模型（參見Sheikh S I. the Use of Variable Celestial X Ray Sources for Spacecraft Navigation[D],Ph. D Dissertation. Dept, of Aerospace Engineering，University of Marylan，UMI,2005)。該模型給出的是，脈衝星 脈衝到達飛行器時刻與到達太陽系質心時刻的差值表達式，該表達式並不能嚴格描述脈衝 星脈衝到達飛行器時刻與脈衝星脈衝發射時刻之間的關係。基於Sheikh模型建立的脈衝 星導航觀測方程，不適當地引入了太陽系質心相對於日心位置矢量，沒有完全消除太陽系 Shapiro延遲影響，沒有包括脈衝星相對太陽系質心運動速度導致的一階都卜勒延遲，沒有 涉及脈衝雙星的軌道運動延遲改正問題。另外，Sheikh模型與建立脈衝星星曆（自轉模 型參數和天體測量參數）的射電計時觀測採用的脈衝星計時模型不一致，在實際導航應用 時，會人為地引入系統誤差。申請號為200710191527. 7的中國專利文件公布了一種多信息 融合的組合導航方法。申請號為200910063267. 4的中國專利文件公布了一種脈衝星/CNS 組合導航方法。這些文獻，討論了脈衝星導航的濾波算法問題，原則上，仍然基於Sheikh的 測量模型和觀測方程。
【發明內容】
[0003] 為了克服現有技術的不足，本發明提供一種普適性的嚴格的脈衝星導航測量模 型，該模型嚴格描述了脈衝星脈衝到達飛行器時刻和脈衝星脈衝發射時刻之間的理論關 系，並與脈衝星計時觀測模型保持一致。同時，給出的導航模型考慮到了脈衝星空間運動速 度的影響和脈衝雙星軌道運動的影響，是一種更為適用的脈衝星導航模型。
[0004] 本發明解決其技術問題所採用的技術方案包括以下步驟：
[0005] 1.構建脈衝星導航測量模型
[0006] (1)計算脈衝星脈衝信號幾何延遲
【權利要求】
1. 一種普適性的脈衝星自主導航測量模型構建方法，其特徵在於包括下述步驟： (1) 計算脈衝星脈衝信號幾何延遲
其中，在星曆參考曆元、太陽系質心參考系內，脈衝星單位矢量為軋相對太陽系質心 距離為Rtl，空間運動速度為f7，觀測時刻衛星相對太陽系質心矢量為F,觀測時刻與星曆參 考曆元差值為At,光速為c; (2) 計算信號的物理延遲
其中，PBss是太陽系主要天體數，G是牛頓引力常數，Mk是第k個太陽系天體質量，4是 衛星相對第k個太陽系天體的矢量，1^是6的模，是太陽質量，r@是衛星到太陽距離，ψ 是太陽和脈衝星相對衛星的張角； (3) 計算時間坐標轉換改正Atc
其中tQ對應JD= 2443144. 5003725,tTa;是TCG時亥Ij，=SWtl是地球大地水準面 C， 處的地球引力勢與自轉勢之和，&是觀測時刻衛星相對於地心的位置矢量，4是地心相對 於太陽系質心速度矢量，tTra是TCB時刻，太陽系天體在地心處的引力勢％ =Σ^My JfEiEJ, 是除去地球以外的第J個太陽系天體的質量，rET是地球到該天體的距離，是相對論高 階項的影響，表示太陽系所有小行星影響，tBB是用雙星質心坐標時表示的脈衝星脈衝 到達雙星質心時刻，tpS是脈衝星星曆參考曆元； (4) 計算雙星軌道運動延遲Attjb,Attjb包括Roemer延遲、Einstein延遲、Shapiro延 遲和光行差延遲； (5) 普適性的脈衝星自主導航測量模型 假設衛星時鐘的鐘差為St，安裝在衛星上的X射線探測器在積分時間內觀測得到的 脈衝星脈衝到達衛星時刻為，脈衝星自轉模型預報的脈衝發射時刻表示為tp，二者之間 關係為tp-t^ = -Λg-Λsh+Λt。-Λtb+δt，得到普適性的脈衝星導航測量模型：
(6)構建脈衝星自主導航觀測方程
【文檔編號】G01C21/02GK104316048SQ201410542106
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月14日 優先權日:2014年10月14日
【發明者】楊廷高, 高玉平 申請人:中國科學院國家授時中心