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基于TOA信息的脉冲星信号周期估计方法(英文)被引量：3: 2017年; 针对脉冲星信号周期估计需逐步搜索、计算量大等问题,提出脉冲星信号周期直接估计算法.根据周期不确定误差对时域上脉冲到达时间(Pulse Time of Arrival,TOA)估计方法的影响,推导了基于TOA信息的脉冲星信号周期估计方法的数学模型.该方法将一组观测到的脉冲光子到达时间序列(Photon Time of Arrivals,TOAs)进行等时间间隔分段,在时域上对每段TOAs进行相位估计获得相应的TOA信息,并根据建立的TOA信息与周期误差的关系采用最小二乘原理估计脉冲星信号周期.对周期准确性的评价不同于传统的依赖折叠轮廓的好坏,而是以TOA与时间图像的斜率作为依据,这一依据更直观、易于理解.理论分析与物理、计算机仿真数据结果表明,本文所提的周期估计方法能够根据短时间脉冲光子到达时间序列获得高精度和高分辨率的脉冲信号周期,有利于X射线脉冲星导航的工程应用.; 宋佳凝徐国栋董立珉徐振东张兆祥; 关键词：脉冲星光子导航

多谐波脉冲星信号时延估计方法被引量：4: 2015年; 针对脉冲星导航技术中延时估计这一关键问题,提出了频域上直接使用脉冲星信号测量到达时间集合进行时延估计的方法——多谐波脉冲星信号时延估计(MHSPE)方法.该方法建立在频域上相位时延的极大似然估计的基础上,通过高次谐波对脉冲星观测信号提取出各谐波相位的极大似然估计,然后取频谱上各谐波的幅值进行归一化作为各谐波相位的权值,最后取各谐波相位的加权平均作为该时刻的相位估计.理论上证得MHSPE算法对相位的估计是无偏、一致的,相比于频域上一次谐波的极大似然估计,MHSPE方法的信噪比随谐波数m的增加而增加,当各谐波幅值相同时,信噪比可提高m1/2倍;与脉冲星信号时延的克拉美罗界比较,脉冲星信号时域的导数在频域上的反映就是各谐波分量的数量,因此随着谐波次数的增加脉冲星信号时延估计可极大趋近克拉美罗界.采用RXTE航天器对Crab脉冲星的实测数据检验MHSPE方法的性能,实验结果表明,针对低信噪比的脉冲星信号,MHSPE可获得高精度的相位估计,随观测时间增加,估计精度快速收敛于克拉美罗界.; 宋佳凝徐国栋李鹏飞; 关键词：克拉美罗界极大似然估计

基于相位差测量的脉冲星时间相对导航方法被引量：6: 2016年; 针对传统脉冲星导航方法在相位估计时依赖脉冲星信号轮廓,存在整周模糊及不确定星历参数引起的系统共模误差问题,提出基于相位差测量的脉冲星时间相对导航方法。该方法通过对脉冲星光子到达时间序列进行相位估计,以相邻时刻的相位差作为观测量,建立航天器位置增量与相位差的关系,采用广义卡尔曼滤波器处理系统噪声相关问题进行导航,可有效减小系统误差,实现脉冲星导航的应用。通过对导航系统初始定位方法、可观性分析,及基于罗西X射线时变探测器(RXTE)观测的Crab脉冲星的在轨实测数据试验分析,证明了该方法的自主性与可行性。最后,对基于相位差测量的脉冲星时间相对导航系统进行导航滤波仿真,试验结果表明,导航系统完全可观,噪声不累积,位置估计精度可满足实际应用。; 宋佳凝徐国栋李鹏飞; 关键词：脉冲星导航可观性卡尔曼滤波

利用恒星与地磁场确定卫星自主轨道被引量：2: 2014年; 提出一种适用于低轨道卫星的自主导航方法。与以往采用星光角距作为观测量的方法不同,该方法利用卫星平台中常见的星敏感器和地磁敏感器确定卫星实时轨道参数;通过对星敏感器的观测数据进行适当转换,将卫星位置单位矢量观测方程转换为线性化方程;对地磁场强度与轨道高度的关系进行拟合,利用磁强计观测数据求取地心距;采用拉格朗日差值算法确定卫星初轨,为滤波器提供初值。由于二体轨道动力学模型的一阶线性化近似引入的系统模型误差影响了滤波器性能,而一阶导数函数值的线性组合可替代高阶导数的函数值,并降低计算量,所以本文在扩展KALMAN滤波器的设计过程中,对状态方程进行了高阶线性化处理,从而提高了滤波器状态方程的离散化精度。最后,用仿真实验验证了这种低轨卫星轨道确定方法的有效性与实用性。; 徐国栋李鹏飞董立珉侯天蕊; 关键词：自主轨道确定

基于脉冲星相关的编队航天器间相对距离的确定被引量：7: 2010年; 针对编队航天器间相对导航的需要,提出了利用脉冲星的脉冲接收信息确定编队航天器间相对距离的方法。该方法利用编队航天器对同一脉冲星的观测信息,将不同航天器接收的脉冲星信号进行相关处理而获得航天器间相对距离。同时通过对脉冲星频谱特征的分析,给出了相对距离估计的精度。结合实际的编队航天器系统的轨道信息进行了仿真,结果表明,利用相关估计的方法可以完成航天器间的相对距离确定,为今后航天器编队飞行的应用提供了新的技术支持。; 兰盛昌徐国栋张锦绣; 关键词：脉冲星编队飞行

基于信息质量的脉冲星导航自适应滤波算法被引量：5: 2015年; 针对脉冲星导航过程中观测脉冲星的可见性问题,提出了一种基于信息质量的自适应滤波算法。通过分析观测脉冲星的数目及信息质量,确定观测矩阵维数,实时生成观测矩阵,设计了适应观测信息变化的改进型Kalman滤波器。对观测信息质量重新做了定义,并据此构造滤波方程提高了脉冲星导航的精度及适应性;运用四阶龙格库塔方法对带有J2摄动的二体动力学方程进行线性离散化,提高了滤波器状态方程的线性离散化精度。进行了仿真实验,对改进型Kalman滤波算法进行了验证。结果显示,对初始偏差校正后,在10 000s内观测一颗或两颗脉冲星,导航位置精度可达40m,速度精度可达0.019m/s。得到的结果验证了提出算法的有效性和可行性。; 徐国栋宋佳凝李鹏飞; 关键词：自主导航自适应滤波卡尔曼滤波导航精度信息质量

X射线脉冲星信号时延的实时估计方法被引量：9: 2014年; 针对在频域内计算X射线脉冲星信号延时量存在滞后性,进而难以为航天器自主导航提供实时信息的问题,提出将脉冲星信号延时估计转化为时域内标量估计的方法。首先,通过人工神经智能网络获得脉冲星信号的标准轮廓函数作为状态方程;应用粒子滤波算法对脉冲星信号延时量进行实时估计;其次,为了避免标准粒子滤波器中的粒子退化现象,推导并证明了一种新型粒子滤波算法;最后,推导出粒子滤波算法的精度函数,为航天器的导航策略提供参考。以航天器在轨运行中可能遇到的3种情况为背景,验证了所提粒子滤波算法的正确性与有效性。; 李鹏飞徐国栋董立珉候天蕊; 关键词：脉冲星人工神经网络粒子滤波

卫星自主轨道估计方法及其高阶非线性滤波器设计被引量：2: 2014年; 卫星的自主轨道确定是卫星自主生存的必要条件。采用星载常用敏感器对自然天体进行观测,并对观测量进行适当转换,得出观测方程为线性化方程,计算量明显减小且具有更直观的物理意义;利用星光折射时星光矢量所处特殊位置计算地心距,增加观测方程信息量;二体轨道动力学模型的一阶递推近似引入系统模型误差是影响滤波器性能的关键因素之一,应用一阶导数函数值的线性组合替代高阶导数的函数值可以使微分方程的线性化误差大为降低。在滤波器的设计过程中,应用此方法对状态方程进行处理,极大提高了滤波器状态方程的递推精度。仿真结果表明,在相同条件下这种高阶非线性轨道估计器的滤波性能远优于扩展卡尔曼滤波技术的一阶轨道估计器。; 徐国栋李鹏飞董立珉侯天蕊; 关键词：自主导航星敏感器地球敏感器高阶滤波器

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国家高技术研究发展计划(2008AA8051602)

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