隨著航天技術(shù)的發(fā)展,越來越多的航天器被送入深空軌道。為了降低地面支持成本,提高航天器自主運(yùn)行、管理和在軌生存能力,深空探測器必須能夠自主導(dǎo)航和自我控制�；谒俣葴y量的自主天文導(dǎo)航方法能夠直接測量速度信息,有效避免了微積分對(duì)速度參量計(jì)算的影響,在深空探測自主導(dǎo)航領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。被動(dòng)徑向速度測量技術(shù)中,多普勒非對(duì)稱空間外差（Doppler Asymmetri Spatial Heterodyne,DASH）光譜技術(shù)具有結(jié)構(gòu)緊湊堅(jiān)固、光通量大、允許多譜線同時(shí)測量等優(yōu)點(diǎn),能夠利用天體光譜線靜態(tài)測量恒星和深空探測器之間的徑向速度,非常適合用于深空探測自主天文導(dǎo)航。深空探測器與恒星之間存在徑向運(yùn)動(dòng)時(shí),DASH干涉儀接收的恒星光譜線發(fā)生頻移,從而導(dǎo)致干涉儀干涉條紋產(chǎn)生相移,通過測量該相移可以反算恒星與深空探測器之間的徑向速度。本文圍繞DASH光譜技術(shù)高精度徑向速度測量問題,研究了探測器噪聲、環(huán)境溫度變化等對(duì)DASH徑向速度測量精度的影響,給出了最大相移靈敏度對(duì)應(yīng)的最優(yōu)光程差,通過理論推導(dǎo)將吸收線徑向速度求解問題轉(zhuǎn)化為了發(fā)射線徑向速度求解問題,為DASH光譜技術(shù)應(yīng)用于針對(duì)吸收線的徑向速度測量提... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所)四川省

【文章頁數(shù)】：149 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

基于角度測量的自主天文導(dǎo)航原理

1.2.2 基于距離測量的自主天文導(dǎo)航基于距離測量的自主天文導(dǎo)航[36]是以X射線脈沖星發(fā)出的脈沖分別到達(dá)深空探測器和太陽系質(zhì)心的時(shí)間差為探測量,結(jié)合航天器軌道動(dòng)力學(xué)模型解算深空探測器的三維位置,如圖1.2所示。構(gòu)造的X射線脈沖星導(dǎo)航測量方程包含4個(gè)變量:3個(gè)位置坐標(biāo)和1個(gè)時(shí)鐘偏差。所以至少需要同時(shí)探測4顆脈沖星,才能實(shí)現(xiàn)航天器基于距離測量的自主天文導(dǎo)航。

脈沖星是大質(zhì)量的恒星演化、坍縮、超新星爆發(fā)后的遺跡,具有超高溫、超大密度、超強(qiáng)電磁場等特性。脈沖星的半徑一般在10km左右,質(zhì)量與太陽質(zhì)量相當(dāng),密度約為1012kg/cm3量級(jí)。如圖1.3所示,作為一種高速自轉(zhuǎn)的中子星,脈沖星的自轉(zhuǎn)周期極其穩(wěn)定,自轉(zhuǎn)周期變化率在10-19量級(jí),自轉(zhuǎn)軸與磁極軸不重合,而是成一定角度,且兩個(gè)磁極各有一束輻射波數(shù)。脈沖星輻射信號(hào)的頻段寬,覆蓋射電到X、γ射線等,其中輻射信號(hào)在X射線頻段上的脈沖星就叫做X射線脈沖星。X射線聚集了脈沖星輻射的絕大部分能量,所以很容易被小型化設(shè)備所探測。又因?yàn)閄射線波長較短,不能穿過地球大氣層,所以只能在大氣層外的太空對(duì)X射線脈沖星進(jìn)行觀測。早在1934年,天文學(xué)家Walter Baade(德國)和Fritz Zwicky(瑞士)就預(yù)言了中子星的存在[37]。1964年,德國天文學(xué)家Lodewijk Woltjer提出中子星具有超強(qiáng)磁場[38]。1967年,意大利的天文學(xué)家Franco Pacini又提出:具有超強(qiáng)磁場的高速自轉(zhuǎn)的中子星會(huì)向外界輻射能量[39]。同年11月,英國劍橋大學(xué)的A.Hewish教授和其學(xué)生S.J.Bell博士在進(jìn)行行星際的閃爍觀測研究時(shí)發(fā)現(xiàn)了第一顆脈沖周期間隔為1.3373s的射電脈沖星[40]。直至1976年,脈沖星的X射線輻射信號(hào)才被美國的天文觀測衛(wèi)星Ariel-5首次觀測到。

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