脉冲星测量技术用于深空探测器自主导航的原理及方法.ppt

*/76 XNAV 2004年初，美国国防部国防预先研究项目局(DARPA)提出了“基于X射线源的自主导航定位验证”(XNAV)计划，由马里兰大学资深教授皮恩斯博士全面负责。DARPA局长特塞在犹他州立大学召开的有关微小卫星技术会上公开发言说:“我们正在致力于创建一个脉冲星网络，利用脉冲星发射的X射线源进行卫星自主导航定位。脉冲星导 航技术将适用于整个太阳系，是一种 伟大而独特的导航方式。众多的脉冲 星资源可供选用，能够获得较小的导 航定位精度因子(DOP)，提高导航定 位精度。当前，我们还需要搜寻更多 的脉冲星，并弄清其基本物理特征。 */76 XNAV 2005年2月，DARPA召开年 度财政预算会议，提出2005、2006和2007年XNAV项目研究经费预算额分别为230、520和920万美元。DARPA将逐年增加项目研究经费，持续开展脉冲星导航的理论方法研究、关键技术攻关和原理样机研制等方面的研究工作。XNAV计划分为三个阶段实施: (1)可行性论证阶段(2005年3月～2007年1月)。完成10颗以上X射线脉冲星的优选和编目，探测X射线辐射能量范围为0.1～20keV，验证脉冲星计时模型和Allan方差表达，并计算脉冲星几何精度因子(GDOP)。仿真分析X射线导航定位与姿态测量算法的可行性。研发具有较高的信噪比、灵敏度和时间分辨率的X射线探测器，探测辐射流量在10-5ph.cm-2·s-1·keV-1以上的X射线，读出脉冲到达时间分辨率小于1ns。设计在国际空间站上进行飞行试验的X射线探测器系统以及相应的软硬件接口。  */76 X-Ray Detector Gas proportional counter X-ray detector diagram */76 X-Ray Detector Microchannel plate X-ray detector diagram */76 Scintillator X-ray detector diagram */76 Calorimeter X-ray detector diagram */76 CCD semiconductor X-ray detector diagram */76 XNAV (2)原理样机研制阶段(2007年2月～2008年8月)。开展地面X射线识别和导航定位仿真测试，评估定位、定时和姿态测量精度指标，进一步完善导航定位和姿态测量算法。设计和研制具有宇航级水平的3套小型化X射线探测器系统，包括X射线成像仪、光子计数器、处理器和原子时钟等，其重量和功耗指标要求分别为75kg和150W。此外，XNAV有效载荷系统还应包括星体跟踪器、太阳敏感器和GPS接收机等。  Solid state semiconductor X-ray detector diagram */76 Side, top, and bottom views of conceptual multiple X-ray detectorsystem. */76 Side, top, and bottom views of conceptual multiple X-ray detectorsystem. Coded-Masks */76 Side, top, and bottom views of conceptual multiple X-ray detectorsystem. X-ray Silicon-Strip Detectors */76 XNAV (3)飞行演示验证阶段(2008年9月～2009年8月)。交付全套X射线探测器系统，安装在国际空间站上进行空间飞行试验。开展软硬件接口和环路演示验证，实际测试X射线脉冲星绝对定位、相对定位和差分定位精度指标。 同时，美国航宇局和海军天文台等多个单位也相继拟订和启动脉冲星导航的研究计划。2006年2月3日，微观世界公司与美国航宇局签署了有关X射线脉冲星导航系统的初步设计项目合同，并联合海军研究试验室开展项目研究工作。  DARPA的最终目标是建立一个能够提供定轨精度为10m(3σ)、定时精度为1ns(1σ)、姿态测量精度为3arcsec(1σ)的脉冲星导航网络，以满足未来航天任务从近地轨道、深空至星际空间飞行的全程高精度自主导航和运行管理需求。  */76 思考题及习题 1.简述脉冲星脉冲发生机理。 2.脉冲星导航相关科学研究计划有哪些？ 3.简述脉冲星导航定位原理。 4.理解脉冲星导航算法实现方法。 5.脉冲星导航中使用的基准坐标系是什么？试叙述之？ 6.脉冲星导航定位有哪些误差影响？ 7.脉冲星在深空探测中有哪些应用？ 8.试述基于X射线脉冲星的深空探测器自主导航定位过程。