基于卫星实测数据的X射线脉冲星导航体制验证

doi:10.7527/S1000-6893.2021.26510

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基于卫星实测数据的X射线脉冲星导航体制验证

张大鹏(), 呼延宗泊, 李恒年

宇航动力学国家重点实验室，西安 710043

收稿日期:2021-10-13 修回日期:2021-10-27 接受日期:2021-12-04 出版日期:2023-02-15 发布日期:2021-12-09
通讯作者: 张大鹏 E-mail:zhangdapeng12@163.com

X-ray pulsar-based navigation verification based on satellite measured data

Dapeng ZHANG(), Zongbo HUYAN, Hengnian LI

State Key Laboratory of Astronautic Dynamics，Xi’an 710043，China

Received:2021-10-13 Revised:2021-10-27 Accepted:2021-12-04 Online:2023-02-15 Published:2021-12-09
Contact: Dapeng ZHANG E-mail:zhangdapeng12@163.com

摘要/Abstract

摘要：

介绍了X射线脉冲星序贯观测导航体制和脉冲星导航基本原理。提出了基于卫星实测数据的脉冲星导航基本观测量处理方法。针对中国首颗大型天文卫星“慧眼”（Insight-HXMT）的能粒子探测器载荷观测的原始观测数据，给出了导航观测量处理精度结果。同时将卫星精密定轨星历作为标称轨道，与X射线脉冲星导航定位结果进行对比，得出了Insight-HXMT卫星数据的X射线脉冲星导航精度约为10 km的结论。最后，针对实测数据导航结果讨论了本次试验的不足并给出了未来脉冲星导航试验的建议。

关键词: X射线脉冲星导航, 实测数据, Insight-HXMT卫星, 自主导航, 光子

Abstract:

The basic principles of X-ray pulsar-based navigation and X-ray pulsar sequential observation are introduced. An observation value processing method is proposed based on measured satellite data. Based on the original observation data received by the high energy X-ray detector in China's first large-scale astronomical satellite "Insight-HXMT"， the processing accuracy results of the navigation observation value are given. At the same time， the precise orbit determination ephemeris is used as the standard orbit， and is compared with the X-ray pulsar navigation results. It is concluded that the accuracy of X-ray pulsar-based navigation of the Insight-HXMT satellite data is about 10 km. Finally， according to the navigation results of the measured data， the insufficient aspects of this experiment are discussed and future suggestions are given.

Key words: X-ray pulsar-based navigation, measured data, Insight-HXMT satellite, autonomous navigation, photon

中图分类号:

V419

张大鹏, 呼延宗泊, 李恒年. 基于卫星实测数据的X射线脉冲星导航体制验证[J]. 航空学报, 2023, 44(3): 526510.

Dapeng ZHANG, Zongbo HUYAN, Hengnian LI. X-ray pulsar-based navigation verification based on satellite measured data[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(3): 526510.

图/表 11

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参考文献 20

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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

名称		数值
观测ID		P0101299003
提案ID		P0101299
类型		核心数据
目标		Crab
目标方位	赤经/（°）	83.633 0
目标方位	赤纬/（°）	22.014 5
观测起始时间（UTC）		2017-08-31 10：00：17.0
观测时长/s		230 121.0
观测模型		点源观测

名称	数值
历元（简约儒略日）［TDB］	57 992.165 481
赤经/（°）	83.633 216 7
赤纬/（°）	22.014 463 9
频率F₀/Hz	29.639 022 542
频率一阶导数F₁/（Hz⋅s^-1）	-3.686 7×10^-10
频率二阶导数F₂/（Hz⋅s^-1）	0

名称	数值
地球非球形摄动模型	GGM03S，40×40阶
三体摄动	太阳，月球，太阳系行星
太阳光压	太阳光压系数CR=1.0
大气阻力模型	大气密度模型：NRLMSISE00 大气阻力系数CD=2.2，面质比0.02

项目		数值
滤波步长/s		1 800
系统噪声	位置/（10^-6 m）	1.0
系统噪声	速度/（10^-9 m·s^-1）	1.0
测量噪声/km		5
协方差初值	位置/km速度/（cm·s^-1）	15 1
轨道初值	历元/s	178 797 663
	X/m	1 900 608.640 323 41
	Y/m	-5 150 172.248 804 13
	Z/m	4 238 757.376 004 91
	V_x /（m·s^-1）	5 990.590 021 381 08
	V_y /（m·s^-1）	4 084.661 265 043 63
	V_z /（m·s^-1）	2 277.571 735 840 44

方向	位置误差RMS/km	速度误差RMS/（m·s^-1）
R方向	2.60	5.45
T方向	5.32	1.57
N方向	3.93	3.32
三方向综合	7.11	6.58

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X-ray pulsar-based navigation verification based on satellite measured data

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