本文關(guān)鍵詞：X射線脈沖星自主導(dǎo)航算法研究

  更多相關(guān)文章： X射線脈沖星導(dǎo)航 相位估計 整周模糊度 單探測器多星觀測

【摘要】：X射線脈沖星對于人類航天器來說,猶如天然的燈塔,其廣泛的分布和穩(wěn)定的信號,使其成為極具前景的天文自主導(dǎo)航的天然信標(biāo)。近年來,X射線脈沖星導(dǎo)航(XNAV,X-ray pulsar-based NAVigation)已經(jīng)成為航天自主導(dǎo)航的一個重要研究方向,基于X射線脈沖星的自主導(dǎo)航計劃也相繼開展。本文主要內(nèi)容包括:研究了XNAV的基本原理。介紹了脈沖星基本特征和XNAV系統(tǒng)的時空參考框架,闡述了X射線脈沖星導(dǎo)航的基本流程,以及導(dǎo)航系統(tǒng)的基本組成。給出了脈沖星導(dǎo)航的定位,守時和定姿的基本原理和數(shù)學(xué)模型。研究了X射線脈沖星信號處理方法和相位估計。建立了X射線脈沖星測量的信號模型,結(jié)合實測數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行了驗證。在周期折疊處理的基礎(chǔ)上,分析了觀測時間與測量輪廓信噪比的關(guān)系,給出了航天器速度不確定情況下的周期檢測方法。為了提高測量輪廓信噪比,利用小波變換對脈沖星測量信號進(jìn)行降噪處理。研究了估計相位的方法,提出了多尺度折疊的處理方法和加權(quán)的相位估計的改進(jìn)方法。研究了XNAV中解算整周模糊度的算法。分析了脈沖星導(dǎo)航中出現(xiàn)整周模糊度問題的背景,建立了問題的數(shù)學(xué)模型。在傳統(tǒng)模糊度域內(nèi)搜索的算法基礎(chǔ)上,提出了一種以3個脈沖星為基準(zhǔn)星進(jìn)行解算整周模糊度的算法。并且給出了本文方法的基準(zhǔn)星選擇和算法具體流程,分析了影響整周模糊度解算準(zhǔn)確性的影響因素,最后通過數(shù)學(xué)仿真比較了本文方法與基于模糊度域內(nèi)單差法與雙差最小二乘的方法。研究了XNAV在火星軌道器導(dǎo)航中的應(yīng)用。首先建立軌道器的軌道動力學(xué)模型。分析了X射線脈沖星可見的影響因素,結(jié)合軌道器的運(yùn)動分析了軌道周期內(nèi)脈沖星可見情況。給出了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的導(dǎo)航濾波器設(shè)計,包括同時定位和守時的導(dǎo)航濾波器和定姿組合導(dǎo)航的濾波器設(shè)計。研究了單探測器多星觀測的導(dǎo)航方法,并且和多探測器觀測的方法進(jìn)行了對比仿真,證明單探測器多星導(dǎo)航方法是否可行。最后給出了導(dǎo)航精度的影響因素,包括脈沖星方向和導(dǎo)航脈沖星測距誤差,以及切換時間和軌道高度。
【關(guān)鍵詞】：X射線脈沖星導(dǎo)航 相位估計 整周模糊度 單探測器多星觀測
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 研究目的和意義10
• 1.2 X射線脈沖星自主導(dǎo)航特點10-12
• 1.3 國內(nèi)外研究進(jìn)展12-14
• 1.3.1 國外研究進(jìn)展12-13
• 1.3.2 國內(nèi)研究進(jìn)展13-14
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容14-16
• 第2章 X射線脈沖星導(dǎo)航基本原理16-31
• 2.1 X射線脈沖星基本特征16-17
• 2.2 X射線脈沖星導(dǎo)航的時空參考框架17-20
• 2.2.1 參考坐標(biāo)系17-18
• 2.2.2 廣義相對論下時間系統(tǒng)18-20
• 2.3 X射線脈沖星系統(tǒng)組成與導(dǎo)航流程20-22
• 2.4 X射線脈沖星幾何定位基本原理22-23
• 2.5 脈沖星信號到達(dá)時間測量23-26
• 2.6 XNAV守時基本原理26-27
• 2.7 XNAV定姿基本原理27-30
• 2.8 本章總結(jié)30-31
• 第3章 X射線脈沖星信號處理與相位估計31-55
• 3.1 脈沖星信號模型31-34
• 3.1.1 脈沖星測量信號統(tǒng)計特性31-33
• 3.1.2 脈沖星信號輪廓33-34
• 3.2 基于周期折疊的脈沖星信號處理34-39
• 3.2.1 周期折疊處理34-35
• 3.2.2 航天器速度不確定情況下的周期檢測35-37
• 3.2.3 利用小波變換對脈沖星信號降噪37-39
• 3.3 基于時域法相位估計的改進(jìn)39-44
• 3.3.1 脈沖星信號時域法相位估計40-41
• 3.3.2 利用多尺度折疊處理對相位估計改進(jìn)41-43
• 3.3.3 增強(qiáng)相位估計魯棒性的加權(quán)估計方法43-44
• 3.4 仿真分析44-53
• 3.4.1 脈沖星信號模型驗證44-45
• 3.4.2 觀測時間與測量輪廓信噪比的關(guān)系45-46
• 3.4.3 基于波形最優(yōu)匹配周期檢測仿真46-48
• 3.4.4 脈沖星信號降噪仿真48-50
• 3.4.5 相位估計仿真與分析50-53
• 3.5 本章小結(jié)53-55
• 第4章 X射線脈沖星導(dǎo)航整周模糊度解算55-77
• 4.1 脈沖星導(dǎo)航整周模糊度問題55-56
• 4.2 整周模糊度解算算法56-64
• 4.2.1 模糊度函數(shù)法57-58
• 4.2.2 基于最小二乘的模糊度搜索算法58-61
• 4.2.3 模糊度域內(nèi)搜索算法61-64
• 4.3 基于模糊度域內(nèi)搜索的改進(jìn)方法64-72
• 4.3.1 改進(jìn)方法的基本原理64-66
• 4.3.2 基準(zhǔn)脈沖星的選擇66-71
• 4.3.3 算法流程與分析71-72
• 4.4 整周模糊度解算正確性的影響因素72-73
• 4.5 仿真與分析73-75
• 4.5.1 仿真參數(shù)設(shè)置73-74
• 4.5.2 算法對比仿真結(jié)果與分析74-75
• 4.6 本章小結(jié)75-77
• 第5章 X射線脈沖星導(dǎo)航在火星軌道器的應(yīng)用77-110
• 5.1 火星軌道器動力學(xué)描述77-82
• 5.1.1 火星軌道器常用坐標(biāo)系及其轉(zhuǎn)換77-79
• 5.1.2 火星軌道器軌道動力學(xué)模型79-81
• 5.1.3 火星軌道器姿態(tài)的運(yùn)動學(xué)模型81-82
• 5.2 X射線脈沖星可見性分析82-83
• 5.3 X射線脈沖星導(dǎo)航濾波器設(shè)計83-90
• 5.3.1 擴(kuò)展卡爾曼濾波基本方程83-85
• 5.3.2 定位與守時導(dǎo)航濾波器設(shè)計85-88
• 5.3.3 定姿組合導(dǎo)航濾波器設(shè)計88-90
• 5.4 單探測器多星觀測導(dǎo)航方案與可行性分析90-94
• 5.4.1 單探測器守時可觀性分析91-92
• 5.4.2 單探測器多星導(dǎo)航定位可行性分析92-94
• 5.5 定位導(dǎo)航精度影響因素分析94-95
• 5.6 仿真與分析95-108
• 5.6.1 火星軌道器軌道動力學(xué)仿真95-97
• 5.6.2 X射線脈沖星可見性分析97-99
• 5.6.3 定位與守時導(dǎo)航仿真99-106
• 5.6.4 姿態(tài)組合導(dǎo)航仿真106-108
• 5.7 本章小結(jié)108-110
• 結(jié)論110-112
• 參考文獻(xiàn)112-118
• 致謝118

【相似文獻(xiàn)】

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