一种脉冲星导航在轨动态模拟方法研究

摘要

脉冲星信号具有极其稳定的周期性,是自然界的天然时钟.通过探测脉冲星辐射的X射线信号进行脉冲到达时间(TOA)测量,可实现航天器长时间高精度自主导航.在地面试验验证过程中,由于X射线在大气中衰减,且对人体有辐射危害,因此采用激光信号模拟X射线,对探测器工作原理、导航算法和计时模型进行物理仿真.本文提出了一种在轨动态跟踪指向脉冲星的模拟演示环境,以及实现轨道跟踪指向的两项关键技术:跟踪指向控制算法和脉冲信号调制及光子探测方法.该演示系统由二维控制转台、光学系统、轨道模拟装置以及综合控制单元四部分组成,可较好地模拟航天器上搭载的X射线探测器在轨工作模式,在地面验证了星载探测器对脉冲星的跟踪指向控制及信号探测原理.实验结果表明:指向控制精度达到0.01°,时间同步精度30ns,噪声抑制水平20mV,光子到达时间测量精度1us.实验过程中采用的跟踪指向控制算法、时间同步算法、光子模拟生成算法以及光子到达时间信号处理算法等,也适用于X射线脉冲星导航,为未来航天器在轨应用打下了坚实基础.