【技术实现步骤摘要】
利用脉冲星辐射矢量和线偏振信息的航天器姿态测量方法
本专利技术属于导航
,特别涉及一种利用脉冲星辐射矢量和偏振信息的航天器姿态测量方法,该方法用于为地球轨道或深空探测航天器提供姿态测量服务。
技术介绍
X射线脉冲星导航(XPNAV)是一种利用X射线脉冲星辐射的具有稳定周期的脉冲信号进行导航的技术,与传统方法相比XPNAV具有许多优点,比如:(1)自主导航能力增强;(2)从近地轨道、深空至星际空间飞行的持续导航能力;(3)提供良好的外部时间频率基准;(4)有利于减少维护成本和提高抗干扰能力。鉴于XPNAV得天独厚的特点,近年来XPNAV已经成为国际、国内研究的热点,而基于X射线脉冲星是XPNAV研究中十分重要的研究内容。早在1996年,斯坦福大学的JohnEricHanson就在他的博士论文中对基于X射线脉冲星的航天器姿态测量技术做了详细讨论。Hanson博士在其博士论文中指出,要实现利用X射线脉冲星的定姿,需要使用两个探测器扫描同一颗星,或者使用一个探测器观测两颗脉冲星,对于实际应用,显然搭载两个探测器的方法成本太高,必须优先考虑单探测器定姿。单探测器观测两颗脉冲星的方法适用于自旋稳定航天器,对于三轴稳定航天器,需要使用万向节控制探测器分时指向不同的脉冲星以实现双脉冲星观测,而分时观测时,观测间隙内姿态渐变是不可控的,这就有可能引入新的随机误差,有时需要反复的调整探测器观测不同的脉冲星以消除这种误差。因此,这种利用脉冲星定姿方法中,脉冲星的优势很难发挥,而与传统星光矢量观测方法相比也无明显优势。近几年,有学者尝试拓展Hanson的研究,并提出了一些改 ...
【技术保护点】
一种利用脉冲星辐射矢量和线偏振信息的航天器姿态测量方法,其特征在于包括:X射线偏振探测器、星载原子钟、脉冲星特征参数库、脉冲星辨识算法库、脉冲星信号辨识单元、参考矢量测量单元、偏振曲线重建单元、旋转角距测量单元、姿态矩阵构造单元、探测器指向控制单元和姿态控制平台;X射线偏振探测器配置准直器,在原子钟的支持下记录光子到达时间及其偏振信息,分别送入脉冲星信号辨识单元和偏振曲线重建单元;脉冲星信号辨识单元从脉冲星辨识算法库中提取脉冲星辨识算法进行星源识别,该识别结果送入参考矢量测量单元,完成脉冲星辐射方向矢量测量,测量结果送至姿态矩阵构造单元;偏振曲线重建单元按照时间重建到达光子偏振信息,形成偏振曲线送至旋转角距测量单元,进行辐射矢量的旋转角测量,测量结果送至姿态矩阵构造单元;姿态矩阵构造单元接收来自参考矢量测量单元的矢量信息和旋转角距测量单元的角距信息构造姿态矩阵送至探测器指向控制单元,形成探测器指向控制指令,该指令送至姿态控制平台完成航天器姿态和探测器指向控制。
【技术特征摘要】
1.一种利用脉冲星辐射矢量和线偏振信息的航天器姿态测量方法,其特征在于包括:X射线偏振探测器、星载原子钟、脉冲星特征参数库、脉冲星辨识算法库、脉冲星信号辨识单元、参考矢量测量单元、偏振曲线重建单元、旋转角距测量单元、姿态矩阵构造单元、X射线偏振探测器指向控制单元和姿态控制平台;X射线偏振探测器配置准直器,在星载原子钟的支持下记录光子到达时间及其偏振信息,分别送入脉冲星信号辨识单元和偏振曲线重建单元;脉冲星信号辨识单元从脉冲星辨识算法库中提取脉冲星辨识算法进行星源识别,该识别结果送入参考矢量测量单元,完成脉冲星辐射方向矢量测量,测量结果送至姿态矩阵构造单元;偏振曲线重建单元按照时间重建到达光子偏振信息,形成偏振曲线送至旋转角距测量单元,进行辐射矢量的旋转角测量,测量结果送至姿态矩阵构造单元;姿态矩阵构造单元接收来自参考矢量测量单元的矢量信息和旋转角距测量单元的角距信息构造姿态矩阵送至X射线偏振探测器指向控制单元,形成X射线偏振探测器指向控制指令,该指令送至姿态控制平台完成航天器姿态和X射线偏振探测器指向控制。2.如权利要求1所述的利用脉冲星辐射矢量和线偏振信息的航天器姿态测量方法,其特征在于,所述脉冲星辨识算法库包括周期辨识算法和轮廓辨识算法,其中周期辨识算法通过对X射线偏振探测器的采样序列做FFT变换,提取一次谐波频率f1与脉冲星特征参数库中的脉冲星频率参数f2逐次比对,使|f1-f2|最小的脉冲星即为所观测脉冲星;轮廓辨识算法通过所获取的脉冲星累积轮廓与脉冲星特征参数库中的标准轮廓匹配,匹配度最好的脉冲星即为所观测脉冲星。3.如权利要求1所述的利用脉冲星辐射矢量和线偏振信息的航天器姿态测量方法,其特征在于,所述的参考矢量测量方法为:根据脉冲星信号辨识单元的结果,从脉冲星特征参数库中提取对应脉冲星辐射强度和背景噪声强度信息,根据准直器的传递函数计算准直器的指向与目标脉冲星辐射矢量夹角,并以此夹角作为损失函数,通过调整准直器指向,使该损...
【专利技术属性】
技术研发人员:张华,许录平,宋诗斌,王勇,谢强,
申请(专利权)人:西安电子科技大学,
类型:发明
国别省市:陕西;61
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