當(dāng)今世界,各國對于太空資源的探索愈發(fā)重視,而且探索的步伐也是越走越遠(yuǎn),從月球到火星再到太陽系邊緣,以后也必然會(huì)超出太陽系進(jìn)入更廣闊的宇宙。那么深空探測中,對于航天器不過多依賴地球的自主時(shí)間和位置標(biāo)定就成為一個(gè)關(guān)鍵性的問題。時(shí)間同步方面,現(xiàn)有系統(tǒng)中雙向時(shí)間比對技術(shù)是精度最高的一種,但在動(dòng)態(tài)鏈路的情況下,還是存在較大的誤差,值得研究對應(yīng)修正算法。而在導(dǎo)航定位方面,X射線脈沖星因?yàn)槟軌虬l(fā)射穩(wěn)定的周期性脈沖信號(hào),是近幾十年來深空定位的熱門方向,基于此方式的定位算法在應(yīng)用于具體場景時(shí)需要實(shí)際的分析驗(yàn)證。本文在上述背景下,首先介紹了自主導(dǎo)航定位的發(fā)展歷程以及X射線脈沖星的當(dāng)前研究動(dòng)態(tài)。然后對時(shí)間基準(zhǔn)和空間基準(zhǔn)做了說明,因?yàn)楹兔}沖星有關(guān)的測量都是建立在太陽系質(zhì)心坐標(biāo)系中。之后對影響時(shí)間延遲的因素包括對流層,電離層和Sagnac效應(yīng)作了基本的分析。接下來對X射線脈沖星定位的基本原理作了詳細(xì)的介紹。包括觀測脈沖輪廓的提取,從原子時(shí)到太陽系質(zhì)心坐標(biāo)時(shí)的轉(zhuǎn)化,脈沖相位預(yù)測模型,時(shí)間延遲量求解等。由于脈沖星信號(hào)的發(fā)射時(shí)間無法獲取,所以基本觀測方程都是基于航天器與SSB的差分定位。之后又闡述了雙向時(shí)間同步算法,而該算法在動(dòng)態(tài)鏈路情況下,同步誤差較大,所以,本文對此做了改進(jìn),得到基于偽時(shí)延序列的同步算法和基于徑向速度的算法,并仿真驗(yàn)證。由于仿真實(shí)驗(yàn)需要實(shí)際的衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù),所以本文通過衛(wèi)星工具包(STK)搭建地面站,衛(wèi)星,航天器的仿真模型,進(jìn)而獲取節(jié)點(diǎn)位置,速度,時(shí)間數(shù)據(jù),然后在假定時(shí)間偏差的基礎(chǔ)上利用MATLAB建立仿真平臺(tái),驗(yàn)證所提時(shí)間同步算法的性能。最后,針對X射線脈沖星定位,本文提出了基于已知節(jié)點(diǎn)的定位方法。由于航天器距離已知節(jié)點(diǎn)較近,可以選用大周期脈沖星,先估算航天器位置,再帶入其余脈沖星求估計(jì)模糊度并擴(kuò)大范圍,然后再采用空間搜索的方法求得精確模糊度,最后得到航天器的位置坐標(biāo)。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V448.2
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 本文的研究背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 時(shí)間同步技術(shù)的發(fā)展
        1.2.2 深空探測自主導(dǎo)航發(fā)展
        1.2.3 X射線脈沖星的發(fā)現(xiàn)與研究
    1.3 本論文的主要研究工作
    1.4 論文組織結(jié)構(gòu)
第二章 時(shí)空基準(zhǔn)和誤差分析
    2.1 時(shí)空基準(zhǔn)
        2.1.1 時(shí)間系統(tǒng)
        2.1.2 坐標(biāo)系統(tǒng)
    2.2 誤差分析
        2.2.1 對流層延遲
        2.2.2 電離層延遲
        2.2.3 Sagnac效應(yīng)
    2.3 本章小結(jié)
第三章 X射線脈沖星定位與時(shí)間同步的基本原理
    3.1 脈沖星的基本理論
        3.1.1 脈沖星的發(fā)現(xiàn)與觀測
        3.1.2 脈沖星輻射信號(hào)的分類
        3.1.3 X射線脈沖星的基本觀測量
        3.1.4 X射線脈沖星的標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓
    3.2 雙向時(shí)間同步技術(shù)的原理
        3.2.1 時(shí)間頻率的基礎(chǔ)理論
        3.2.2 雙向時(shí)間同步的基本原理
    3.3 X射線脈沖星定位原理
        3.3.1 X射線脈沖星導(dǎo)航的幾何原理
        3.3.2 航天器原子時(shí)到太陽系質(zhì)心時(shí)間的轉(zhuǎn)換
        3.3.3 脈沖星相位預(yù)測模型
    3.4 X射線脈沖星定位流程
    3.5 本章小結(jié)
第四章 雙向時(shí)間同步改進(jìn)算法研究
    4.1 動(dòng)態(tài)雙向時(shí)間同步改進(jìn)
        4.1.1 基于偽時(shí)延序列的雙向時(shí)間同步
        4.1.2 基于徑向速度的雙向時(shí)間同步
    4.2 STK場景仿真與數(shù)據(jù)獲取
        4.2.1 STK場景搭建
        4.2.2 不同衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)的獲取
    4.3 仿真分析
        4.3.1 不同軌道衛(wèi)星三種算法仿真
MEO'>            4.3.1.1 地面站與中軌衛(wèi)星S_MEO
GEO'>            4.3.1.2 地面站與同步衛(wèi)星S_GEO
            4.3.1.3 同步衛(wèi)星與月球探測器Detector
            4.3.1.4 不同場景結(jié)果比較
        4.3.2 鐘差大小和發(fā)送間隔對算法的影響
            4.3.2.1 鐘差大小的影響
            4.3.2.2 發(fā)送間隔的影響
    4.4 本章小結(jié)
第五章 基于已知節(jié)點(diǎn)的脈沖星TDOA導(dǎo)航定位
    5.1 基于已知節(jié)點(diǎn)的脈沖星定位的原理
    5.2 求解整周模糊度
        5.2.1 傳統(tǒng)基于SSB的模糊度求解
        5.2.2 基于已知節(jié)點(diǎn)的模糊度求解
    5.3 仿真與驗(yàn)證
        5.3.1 脈沖星數(shù)據(jù)源獲取
        5.3.2 單一坐標(biāo)點(diǎn)定位
        5.3.3 一段時(shí)間的坐標(biāo)確定
            5.3.3.1 以同步衛(wèi)星為已知節(jié)點(diǎn),對中軌衛(wèi)星定位
            5.3.3.2 以同步衛(wèi)星為已知節(jié)點(diǎn),對月球探測器定位
            5.3.3.3 測量時(shí)間誤差對定位精度的影響
    5.4 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)
    6.1 論文總結(jié)
    6.2 后續(xù)工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)

【參考文獻(xiàn)】

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