一種普適性的脈沖星自主導航測量模型構建方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種普適性的脈沖星自主導航測量模型構建方法，分別計算脈沖星脈沖信號幾何延遲、信號的物理延遲、時間坐標轉(zhuǎn)換改正和雙星軌道運動延遲，據(jù)此構建普適性的脈沖星自主導航測量模型和脈沖星自主導航觀測方程。本發(fā)明給出了全新的脈沖星導航測量模型，在理論上，模型能夠達到1ns計算精度，同時考慮到了脈沖星空間運動速度和脈沖雙星軌道運動時間延遲效應。
【專利說明】一種普適性的脈沖星自主導航測量模型構建方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種脈沖星自主導航測量模型，適用于基于脈沖星的各類空間飛行器 自主導航領域。
【背景技術】
[0002] 脈沖星自轉(zhuǎn)周期非常穩(wěn)定，其自轉(zhuǎn)參數(shù)和天體測量參數(shù)可以高精度測定。一組分 布于空間各個方向，其空間位置坐標和自轉(zhuǎn)模型經(jīng)過精確測量的脈沖星構成慣性時空參考 架，可用于各類飛行器自主導航。脈沖星自主導航的基礎是構建高精度的脈沖星導航測量 模型和脈沖星觀測方程。目前，在已經(jīng)發(fā)表的有關脈沖星自主導航文獻中，關于脈沖星導航 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，脈沖星 脈沖到達飛行器時刻與到達太陽系質(zhì)心時刻的差值表達式，該表達式并不能嚴格描述脈沖 星脈沖到達飛行器時刻與脈沖星脈沖發(fā)射時刻之間的關系?；赟heikh模型建立的脈沖 星導航觀測方程，不適當?shù)匾肓颂栂蒂|(zhì)心相對于日心位置矢量，沒有完全消除太陽系 Shapiro延遲影響，沒有包括脈沖星相對太陽系質(zhì)心運動速度導致的一階多普勒延遲，沒有 涉及脈沖雙星的軌道運動延遲改正問題。另外，Sheikh模型與建立脈沖星星歷（自轉(zhuǎn)模 型參數(shù)和天體測量參數(shù)）的射電計時觀測采用的脈沖星計時模型不一致，在實際導航應用 時，會人為地引入系統(tǒng)誤差。申請?zhí)枮?00710191527. 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?zhí)枮?00910063267. 4的中國專利文件公布了一種脈沖星/CNS 組合導航方法。這些文獻，討論了脈沖星導航的濾波算法問題，原則上，仍然基于Sheikh的 測量模型和觀測方程。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種普適性的嚴格的脈沖星導航測量模 型，該模型嚴格描述了脈沖星脈沖到達飛行器時刻和脈沖星脈沖發(fā)射時刻之間的理論關 系，并與脈沖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沖星空間運動速 度的影響和脈沖雙星軌道運動的影響，是一種更為適用的脈沖星導航模型。
[0004] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：
[0005] 1.構建脈沖星導航測量模型
[0006] (1)計算脈沖星脈沖信號幾何延遲
【權利要求】
1. 一種普適性的脈沖星自主導航測量模型構建方法，其特征在于包括下述步驟： (1) 計算脈沖星脈沖信號幾何延遲
其中，在星歷參考歷元、太陽系質(zhì)心參考系內(nèi)，脈沖星單位矢量為軋相對太陽系質(zhì)心 距離為Rtl，空間運動速度為f7，觀測時刻衛(wèi)星相對太陽系質(zhì)心矢量為F,觀測時刻與星歷參 考歷元差值為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(shù)，G是牛頓引力常數(shù)，Mk是第k個太陽系天體質(zhì)量，4是 衛(wèi)星相對第k個太陽系天體的矢量，1^是6的模，是太陽質(zhì)量，r@是衛(wèi)星到太陽距離，ψ 是太陽和脈沖星相對衛(wèi)星的張角； (3) 計算時間坐標轉(zhuǎn)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(zhuǎn)勢之和，&是觀測時刻衛(wèi)星相對于地心的位置矢量，4是地心相對 于太陽系質(zhì)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(zhì)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(zhì)心坐標時表示的脈沖星脈沖 到達雙星質(zhì)心時刻，tp()S是脈沖星星歷參考歷元； (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) 普適性的脈沖星自主導航測量模型 假設衛(wèi)星時鐘的鐘差為St，安裝在衛(wèi)星上的X射線探測器在積分時間內(nèi)觀測得到的 脈沖星脈沖到達衛(wèi)星時刻為，脈沖星自轉(zhuǎn)模型預報的脈沖發(fā)射時刻表示為tp，二者之間 關系為tp-t^ = -Λg-Λsh+Λt。-Λt()b+δt，得到普適性的脈沖星導航測量模型：
(6)構建脈沖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(yōu)先權日:2014年10月14日
【發(fā)明者】楊廷高, 高玉平 申請人:中國科學院國家授時中心