發(fā)布時(shí)間：2020-06-30 06:57

【摘要】：隨著航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展,航天器導(dǎo)航技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。人類(lèi)探索范圍的擴(kuò)展、探測(cè)目標(biāo)的多樣化,對(duì)導(dǎo)航技術(shù)提出了更高的要求。目前常用的地基導(dǎo)航系統(tǒng)在精度、實(shí)時(shí)性、成本等方面受到限制,難以滿(mǎn)足日漸提高的導(dǎo)航需求。脈沖星導(dǎo)航技術(shù)由于其適用范圍廣、自主性強(qiáng)、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛的關(guān)注。本文基于上述背景針對(duì)脈沖星導(dǎo)航技術(shù)中的相位估計(jì)和觀測(cè)序列選擇問(wèn)題展開(kāi)了深入的研究。主要內(nèi)容如下:1.本文提出了一種基于離散傅里葉變換的相位估計(jì)算法。脈沖星信號(hào)的相位是脈沖星導(dǎo)航過(guò)程中最重要的觀測(cè)量,它的精度對(duì)于最終導(dǎo)航精度有著巨大的影響,相位估計(jì)的計(jì)算量在整個(gè)導(dǎo)航過(guò)程中也占有較大比重。本文分析了經(jīng)典的相位估計(jì)算法的計(jì)算復(fù)雜度,基于離散傅里葉變換的時(shí)移性質(zhì),提出了使用信號(hào)在頻率域上的相位變化來(lái)估計(jì)時(shí)間域上的延遲。由于這個(gè)方法只需要計(jì)算傅里葉變換序列中的特定一項(xiàng),相位估計(jì)的計(jì)算量得以減小。本文還提出了使用高斯函數(shù)近似和δ-函數(shù)近似的方法,它們能夠進(jìn)一步減小運(yùn)算量。數(shù)值仿真證實(shí),這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)與傳統(tǒng)相位估計(jì)算法相當(dāng)?shù)南辔还烙?jì)精度,同時(shí)具有更小的計(jì)算量,有助于提升導(dǎo)航實(shí)時(shí)性,特別適合于星載計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行。2.本文提出了一種基于重采樣和加權(quán)平均提高相位估計(jì)精度的算法。本文結(jié)合了“多次測(cè)量取平均能夠減小測(cè)量中的隨機(jī)誤差”的思想以及傳統(tǒng)的互相關(guān)算法,提出通過(guò)對(duì)于收集到的光子到達(dá)時(shí)間的重采樣得到多個(gè)相位估計(jì)值,再用互相關(guān)值作為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均,得到更高精度的相位估計(jì)。本文分析了這一方法的內(nèi)在機(jī)制,提出了兩種定性的解釋——基于信噪比的解釋和誤差-分歧權(quán)衡。數(shù)值仿真表明這一方法確實(shí)能夠提高相位估計(jì)的精度。本文還針對(duì)采樣率的選擇進(jìn)行了討論。3.本文提出了一種選擇脈沖星觀測(cè)序列的方法。脈沖星導(dǎo)航系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程通常是一個(gè)定軌的過(guò)程,通過(guò)最優(yōu)估計(jì)方法,結(jié)合航天器軌道動(dòng)力學(xué)信息與脈沖星信號(hào)的測(cè)量,給出關(guān)于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的最優(yōu)估計(jì)。本文研究了脈沖星觀測(cè)序列選擇的問(wèn)題。文中使用軌道狀態(tài)的協(xié)方差矩陣來(lái)衡量導(dǎo)航性能,使用統(tǒng)計(jì)定軌理論中的概率橢球的概念來(lái)描述定軌誤差在空間中的分布情況,進(jìn)而提出了以最小化后驗(yàn)概率橢球的大小為標(biāo)準(zhǔn)的觀測(cè)目標(biāo)選擇方法。根據(jù)概率橢球大小的衡量方式,提出了三種不同的策略:最小化后驗(yàn)概率橢球的最長(zhǎng)主軸長(zhǎng)度、最小化后驗(yàn)概率橢球的主軸長(zhǎng)度平方和以及最小化后驗(yàn)概率橢球的體積。然后通過(guò)數(shù)值仿真確定了其中最優(yōu)的策略:最小化后驗(yàn)概率橢球的主軸長(zhǎng)度平方和。數(shù)值仿真表明,通過(guò)選擇合適的脈沖星觀測(cè)序列,導(dǎo)航的精度能夠得到提升。另外,由于概率橢球的大小具有可以“離線計(jì)算”的特點(diǎn),即可以在實(shí)際測(cè)量發(fā)生之前進(jìn)行計(jì)算,使用這個(gè)方法,我們可以在航天任務(wù)的規(guī)劃階段提前設(shè)計(jì)好脈沖星的觀測(cè)序列。本文提出的新方法能夠改進(jìn)脈沖星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度和實(shí)時(shí)性,具有理論意義和應(yīng)用價(jià)值,也將為未來(lái)的相關(guān)研究提供參考。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：V448.2
【圖文】：

航天器的軌道大小和形狀由半長(zhǎng)徑＾和偏心率ｅ表示，當(dāng)ｅ邋＝邋0時(shí)軌道為圓形，逡逑當(dāng)０＜ｅ＜ｌ時(shí)為橢圓形，當(dāng)ｅ邋＝邋ｌ時(shí)為拋物線，當(dāng)ｅ＞ｌ時(shí)為雙曲線。軌道在空間中逡逑的指向由軌道傾角／、升交點(diǎn)經(jīng)度Ｑ和近心點(diǎn)角距＆表示，它們的含義如圖２．１所逡逑示：逡逑／’邐＼航天器位置逡逑Ｚ邐＼逡逑一邐邐邐邐邐邋邐邐邐邋＿邋N逡逑一廠邋／、？＇逡逑＾邐Ｘ近心點(diǎn)；逡逑圖２．邋１軌道在空間中的指向逡逑航天器在軌道中的位置可以用真近點(diǎn)角／表示，也可以用偏近點(diǎn)角五或平近逡逑點(diǎn)角？Ｗ■表不。逡逑２３逡逑

中子星具有強(qiáng)大的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度高達(dá)１０１２？１０ＭＧ。中子星的輻射從磁軸逡逑方向發(fā)出。由于中子星的磁軸與自轉(zhuǎn)軸不一定在同一條直線上，隨著中子星快速逡逑自轉(zhuǎn)，它發(fā)出的輻射在宇宙中“掃射”，像海面上的燈塔一樣，如圖２．２所示。因逡逑此，該模型又稱(chēng)＂燈塔模型”。逡逑Ｈ轉(zhuǎn)軸逡逑輻射方向逡逑／逡逑圖２．邋２脈沖星的＂燈塔模型”逡逑２５逡逑

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本文編號(hào)：2735006