X射线脉冲星导航空间试验进展与展望

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28843

综述

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X射线脉冲星导航空间试验进展与展望

郑伟¹, 王禹淞¹, 姜坤², 王奕迪¹()

^1.国防科技大学空天科学学院，长沙 410073
^2.北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094

收稿日期:2023-04-10 修回日期:2023-05-09 接受日期:2023-09-05 出版日期:2024-03-25 发布日期:2023-12-01
通讯作者: 王奕迪 E-mail:wangyidi_nav@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(62373366);湖湘青年英才支持计划(2021RC3078)

Space experiments on X-ray pulsar navigation: Progress and prospects

Wei ZHENG¹, Yusong WANG¹, Kun JIANG², Yidi WANG¹()

^1.College of Aerospace Science and Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China
^2.Beijing Institute of Tracking and Communication Technology，Beijing 100094，China

Received:2023-04-10 Revised:2023-05-09 Accepted:2023-09-05 Online:2024-03-25 Published:2023-12-01
Contact: Yidi WANG E-mail:wangyidi_nav@163.com
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(62373366);Science and Technology Innovation Program of Hunan Province(2021RC3078)

摘要/Abstract

摘要：

X射线脉冲星导航（XNAV）技术作为一种新型的航天器自主导航技术，是目前深空探测巡航段最有潜力的自主导航技术之一。X射线脉冲星导航的概念提出于20世纪80年代，经过数十年的发展，该技术已逐渐从理论研究走向空间试验。介绍了近些年国内外完成的脉冲星导航空间试验，系统梳理和分析了当前脉冲星导航空间试验使用的信号处理方法、导航方法和X射线探测终端。根据国内外脉冲星导航空间试验的特点，总结了目前国内脉冲星导航试验在在轨解算和X射线探测终端方面的不足。最后，结合空间试验的现状及工程应用的实际需要，对未来脉冲星导航空间试验进行了展望。

关键词: X射线脉冲星, 脉冲星导航, 空间试验, 脉冲星信号处理, X射线探测终端

Abstract:

As a new spacecraft autonomous navigation technology， X-ray pulsar-based Navigation （XNAV） is one of the most promising navigation technologies for deep space exploration. The concept of XNAV was proposed in the 1980 s. After decades of development， XNAV gradually moves from theoretical research to space experiments. This paper introduced the space experiments on pulsar navigation completed at home and abroad in recent years， analyzed the signal processing methods， navigation methods and the X-ray detectors used in XNAV space experiments， and summarized the shortcomings of China’s XNAV space experiments in terms of on-orbit calculation and X-ray detectors. Based on the current situation of space experiments and the practical needs of engineering applications， the future development needs of XNAV are discussed.

Key words: X-ray pulsar, pulsar-based navigation, space experiment, pulsar signal processing, X-ray detector

中图分类号:

V448.22⁺4

郑伟, 王禹淞, 姜坤, 王奕迪. X射线脉冲星导航空间试验进展与展望[J]. 航空学报, 2024, 45(6): 28843-028843.

Wei ZHENG, Yusong WANG, Kun JIANG, Yidi WANG. Space experiments on X-ray pulsar navigation: Progress and prospects[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(6): 28843-028843.

图/表 11

图 1

图 2

图 3

图 4

图 5

图 6

图 7

图 8

图 9

表1

表2

参考文献 42

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E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

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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

空间试验任务	在轨信号处理方法	在轨信号处理方法主要特点	导航定位方法	导航定位方法主要特点	文献
SEXTANT	轨道动力学辅助法	将轨道动力学模型引入信号处理，不需要对航天器轨道进行假设，适用范围广，但存在计算量较大的问题	基于Kalman滤波的方法	直接将脉冲相位和多普勒频率作为测量量。在后续的地面试验中实现了钟差的校正	［14］
XPNAV-1	“折叠-拟合-再折叠”法	方法简单，但基于分段线性假设，不适用于处理近地轨道航天器的毫秒脉冲星观测数据	方法基于控制点轨道修正的	适合仅能观测到单颗脉冲星的情况	［21］
POLAR	-	-	SEPO	实现简单，但计算量大	［16，22］
HXMT	-	-	SEPO	实现简单，但计算量大	［16，22］

航天器	探测终端	前端	后端	探测能区/keV	文献
ISS	NICER	单次反射的掠入射聚焦型光学系统	SDD	0.2~12	［13，33］
TG-2	POLAR	准直型光学系统	塑料闪烁体	15~500	［16，35］
XPNAV-1	TSXS	单次反射的掠入射聚焦型光学系统	SDD	0.5~10	［19，21］
XPNAV-1	HTPC	微孔光学系统	MCP	1~10	［18］
HXMT	HE	准直型光学系统	NaI（Tl）/CsI（Na）复合闪烁体	20~250	［22，36］
	ME	准直型光学系统	Si-PIN	5~30	［22，37］
	ME	准直型光学系统	SCD	1~15	［22，38］

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