太阳信息辅助的脉冲相位估计方法及导航应用

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27651

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太阳信息辅助的脉冲相位估计方法及导航应用

王禹淞, 王奕迪(), 郑伟

国防科技大学空天科学学院，长沙　410073

收稿日期:2022-06-01 修回日期:2022-06-20 接受日期:2022-07-12 出版日期:2023-06-25 发布日期:2022-08-03
通讯作者: 王奕迪 E-mail:wangyidi_nav@163.com
基金资助:
湖湘青年英才支持计划(2021RC3078)

Solar information assisted pulse phase estimation method and navigation application

Yusong WANG, Yidi WANG(), Wei ZHENG

College of Aerospace Science and Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 　410073，China

Received:2022-06-01 Revised:2022-06-20 Accepted:2022-07-12 Online:2023-06-25 Published:2022-08-03
Contact: Yidi WANG E-mail:wangyidi_nav@163.com
Supported by:
Science and Technology Innovation Program of Hunan Province(2021RC3078)

摘要/Abstract

摘要：

X射线脉冲星导航是一种新兴的航天器自主导航方法，脉冲相位是其基本测量量。然而，现有的在轨航天器脉冲相位估计方法计算量大，阻碍了X射线脉冲星导航的工程应用。为了减少脉冲相位估计的计算量，提出了一种基于太阳信息辅助的深空探测器脉冲相位估计方法。通过太阳信息粗略地消除航天器轨道运动的影响，并推导了对应的脉冲星相位计算公式。在此基础上，提出了一种X射线脉冲星/太阳信息深组合导航方法，并通过仿真验证了太阳信息辅助脉冲相位估计方法和组合导航方法的性能。仿真结果表明，所提出的脉冲相位估计方法在保证精度的前提下具有更小的计算量。此外，对于深空探测器，所提出的组合导航方法的位置误差相比于仅使用太阳信息导航的方法降低了70.1%。

关键词: X射线脉冲星导航, 太阳信息, 组合导航, 信号处理, 脉冲相位估计

Abstract:

X-ray pulsar navigation is an emerging autonomous navigation method for spacecraft， with the pulse phase as its basic measurement. However， the existing on-orbit spacecraft pulse phase estimation methods require a large amount of computation， which hinders the engineering application of X-ray pulsar navigation. To reduce the computational complexity of pulse phase estimation， a pulse phase estimation method for deep space detectors assisted by solar information is proposed. The influence of the orbital motion of the spacecraft is roughly eliminated by the solar information. On this basis， an X-ray pulsar/solar information deep integrated navigation method is proposed， and the performance of the solar information assisted pulse phase estimation method and the integrated navigation method is verified by simulation. The simulation results show that the proposed pulse phase estimation method has less computational complexity while ensuring accuracy. In addition， for the deep space detector， the position error of the proposed integrated navigation method is reduced by 70.1% compared with the navigation method using only the solar information.

Key words: X-ray pulsar-based navigation, solar information, integrated navigation, signal processing, pulse phase estimation

中图分类号:

V448.22⁺4

王禹淞, 王奕迪, 郑伟. 太阳信息辅助的脉冲相位估计方法及导航应用[J]. 航空学报, 2023, 44(S1): 727651-727651.

Yusong WANG, Yidi WANG, Wei ZHENG. Solar information assisted pulse phase estimation method and navigation application[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(S1): 727651-727651.

图/表 14

图 1

图 2

图3

表1

表2

PSR B1821-24仿真参数［9］

参数	数值
$α$ /（ph·s^-1）	1.93
$β$ /（ph·s^-1）	50
周期/ms	3.05

表2

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

图11

表3

参考文献 19

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

轨道根数	数值
半长轴/km	193 217 604.27
偏心率	0.236 4
轨道倾角/（°）	23.45
升交点赤经/（°）	0.257 9
近日点角距/（°）	71.35
平近点角/（°）	117.05

导航方法	定位精度/ km
太阳信息/脉冲星深组合导航	29.35
太阳信息导航	98.28

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