摘要：x射线脉冲星导航(xNAV)系统对脉冲到达时间或相位的在轨测量存在星载钟计时误差问题.本文提出将钟差与卫星三维位置参数一起作未知量处理,采用4颗以上脉冲星的观测信息解算出卫星位置;将该位置信息与轨道动力学预报的位置信息的差值作为量测信息,结合卫星轨道动力学模型,设计闭环校正卡尔曼滤波器.仿真表明,设计的闭环校正滤波器能够对卫星轨道状态进行最优估计,解决了xNAV系统中的钟差问题.

摘要：脉冲星导航数据库是在地面定量验证x射线脉冲星导航关键技术和模拟导航过程必不可少的一部分。然而,目前并无文献针对脉冲星导航进行数据库的专门设计。为此,文章通过搜集现有国际公开的脉冲星数据,构建了脉冲星导航标称数据库。建立了基于品质因子的目标源优选准则,选择了26颗x射线脉冲星作为导航源;分析确立了数据库参数字段的具体组成,包括自转模型参数、延时模型参数、脉冲星到达时间(TOA)精度参数与脉冲轮廓参数;对这26颗脉冲星进行了编目;最后给出了标称数据库的接口与应用方式。标称数据库结构与未来星上数据库结构一致,当前服务于地面试验,待观测数据更新后可以升级为星上数据库。

摘要：由于费用巨大,x射线脉冲星导航初步研究阶段不可能进行空间搭载实验.为此,文章设计了一种x射线脉冲星导航半物理仿真实验系统.该系统由脉冲星信号模拟部分和导航参数解算部分组成.模拟部分采用非齐次泊松过程对光子到达太阳系质心的时间建模,时间转换后,模拟x射线探测器观测脉冲星时输出的脉冲信号.导航参数解算部分利用Delta-Correction方法解算模拟信号中蕴含的导航信息.该系统可同时模拟4颗脉冲星信号,成本低,精度高,可对脉冲星导航的信号处理和参数解算过程进行光子级仿真研究,并为后续空间搭载实验中原理样机的设计提供一定的参考.

摘要：为验证x射线脉冲星导航的关键技术,本文描述了基于x射线脉冲星导航的半实物仿真系统组成和工作原理,并搭建了基于x射线脉冲星导航的半实物仿真系统。系统由信号模拟单元、信号接收单元和导航估计单元组成,此系统可有效模拟x射线脉冲星导航的星源强度、周期及脉冲轮廓,记录x射线脉冲星单光子到达时间,恢复x射线脉冲星脉冲轮廓,计算x射线脉冲到达时间及导航估计解算。所设计的半实物仿真系统为x射线脉冲星导航算法测试提供了有效手段,对x射线脉冲星自主导航研究的可行性验证、动态性能测试以及工程应用具有一定的参考价值。

摘要：为提高聚焦型x射线脉冲星望远镜的探测性能,提出一种聚焦型x射线脉冲星望远镜(Focusing x-ray pulsar telescope,FoxPT)多目标优化与多场耦合分析方法。基于x射线全反射理论构建以探测灵敏度和重量最小化为目标的多目标优化模型,采用改进的Pareto法获得产品的非劣解集。基于弹性力学、热传导和热辐射理论构建了结构-热耦合方程,以遴选的优化结果构建产品三维模型和有限元模型,获得产品应力与位移分布并提取x射线反射镜面形误差,基于高次多项式函数重构结构-热耦合形变后的x射线反射镜面形,并进行拟合和误差分析。采用Monte Carlo光学追踪法对产品的聚集性能进行仿真分析与评价,实现了FoxPT多目标优化与多场耦合分析的有效集成。结果表明:当嵌套层数为17层时,重量和探测灵敏度同时获得满意解,分别为3.112 kg和6.15×10-4 phs/cm2/s/keV,光机热耦合分析最大应力为262.54 MPa,x射线聚焦效率提升至86.83%,满足实际工程设计要求。

摘要：针对目前x射线脉冲星实测数据量少、不连续的问题,笔者以罗西卫星x射线脉冲星实测数据物理特性为先验信息,采用快速迭代法在10μs时间转换模型下,模拟产生了航天器处具有周期特性、能谱特性、背景噪声特性及具有各种延迟效应的x射线脉冲星信号.设计和实现了具有多物理特性的x射线脉冲星信号仿真软件.比较相同条件下的实测和模拟数据可得:模拟的噪声和实际噪声具有相同的分布;模拟与实测的脉冲星数据周期变化趋势吻合,误差仅为0.43%;不同能级模拟和实测数据累积轮廓的皮尔逊相关系数均达到0.99以上;10μs时间转换模型下,模拟的数据时间转换误差仅为10^(-7) s,模拟的数据和实测数据误差也仅为10-7 s,满足时间转换精度要求.所以,文中方法可实现具有多物理特性的x射线脉冲星信号的高保真模拟及连续获取.

摘要：基于x射线脉冲星导航(xNAV)是一种新型的卫星自主导航技术。使用卫星上的相位测量值和脉冲星钟预报的相位值,可以确定卫星的位置和速度。由探测到的脉冲相位,计算出沿着脉冲星视线方向的卫星相对于地心的距离。同时测量三颗脉冲星,就可以计算出卫星在惯性系下的位置。结合距离测量方程和轨道动力学,设计了广义卡尔曼滤波算法。仿真验证表明,该导航算法能实现卫星的精确导航,定轨精度在百米以内。此外还分析了影响导航性能的因素。

摘要：研究基于x射线脉冲星的自主轨道确定问题。构建脉冲到达时(TOA)转换模型和位置增量估计法,并针对整周模糊度和随机噪声问题设计求解算法。实验仿真结果表明:当脉冲到达时测量精度为0.001 ms,脉冲星方位精度为0.000 1 arc sec时,定轨精度可达10 m,完全满足深空探测的精度要求。

摘要：为满足天文、航空航天及其他相关专业的科研实验及教学的需要,设计了基于HEASARC数据库的x射线脉冲星虚拟观测平台系统。系统由服务器系统、教学服务平台及实验服务平台3部分构成,以界面层、网络层、管理层、工具层及数据层的体系结构,实现系统管理、教学、专业及非专业科研实验的不同需求。虚拟观测平台系统的开发有利于专业领域本科生的教学及硕博研究生科研工作的开展,也有利于非专业领域学生的兴趣培养及天文学科知识的普及。

摘要：综述了基于x射线脉冲星导航系统探测器的原理,分析了现有的几种不同类型探测器的性能、测时特点和应用的局限性;给出了由多只探测器组成的探测器系统的原理设计,并分析了探测器系统的构成、安装方式以及处理电路;阐述了x射线脉冲星导航系统探测器在航天器导航中的应用以及国外应用先例,为基于x射线脉冲星导航系统探测器的研制提供有用的参考。