摘要：简述脉冲星导航标准化实践顶层设计原则,从技术要求、系统校准、安装和标定测试等方面探索开展标准化工作的实践,结合脉冲星导航的技术特点和发展趋势,提出该领域标准化重点工作的建议,展望未来脉冲星导航领域标准化工作的发展。

摘要：航天器自主导航是指航天器利用各种测量信息实时确定位置、速度、时间及姿态的方法和技术。完整的自主导航包括4个基本过程:路径规划、当前状态、航迹偏差和偏差修正,因此在实际工程应用中,导航、制导与控制(GNC)系统往往是一体化设计的。航天器自主导航具有极其重要的工程应用价值和战略研究意义,具体体现在两个方面:一方面可以减轻地面测控系统的工作负担,减少测控站的布设数量,减少地面站至卫星的信息注入次数,降低航天器(包括星座)系统建设和长期运行维持的费用;另一方面能减少航天器对地面测控系统的依赖,增强系统的抗干扰、抗摧毁和自主生存能力。然而,从航天器自主导航应具有的自主完备性能、实时操作、不发信号、不依赖于地面站以及长时间运行等基本特征来看,目前航天器尚未实现真正意义上的自主导航,绝大多数航天器仍然依赖地面跟踪测量系统来完成导航任务。

摘要：x射线脉冲星导航中脉冲到达时间(TOA)是脉冲星导航系统中基本的测量量,其测量精度直接影响导航定位的精度。国内外对用于x射线脉冲星导航的探测器研究还处于探索阶段。通过比较不同类型探测器的特性,根据导航定位精度对探测器各项性能指标的要求,提出一种x射线探测器系统设计方案,为用于脉冲星导航的x射线探测器的研制提供一种参考。本方案用CCD作为探测器主体,整个探测器由光学结构、CCD及电子学系统组成。

摘要：为满足天文学、航空航天科学技术及其他相关专业教学及硕士、博士研究生对x射线脉冲星空间导航实验的需要，设计了x射线脉冲星空间导航虚拟实验平台系统。系统由x射线脉冲星虚拟观测平台、x射线脉冲星观测数据模拟器、xPNAV实验平台及实验系统控制平台4部分构成。虚拟观测平台下载HEASARC观测数据并进行数据预处理，观测数据模拟器提供多路同步观测的x射线脉冲星观测数据，xP-NAV实验平台配置集成仿真环境并设计组态化工具。

摘要：x射线脉冲星导航利用x射线辐射脉冲到达时间(Time of Arrival,TOA)作为信息输入,星敏感器导航利用星光角距等作为信息输入,是两种不同机理的天文导航方法。提出一种将脉冲星TOA和星敏感器星光角距测量结合的信息融合天文自主导航方法,设计了一种利用激光光量子模拟脉冲星x射线辐射光子的半物理仿真系统用于算法验证,并基于无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)使用真轨道参数做了仿真试验。结果表明,基于UKF的信息融合方法比基于EKF(Extended Kalman Filter)的信息融合方法性能更好,与仅使用脉冲星或星敏感器的导航方法相比,能将位置估计精度分别提高52.7%和43.6%,速度估计精度分别提高82.2%和70.5%。

摘要：为改善近地航天器脉冲星导航的定轨精度,设计一种地固系动力学定轨方法。该方法结合了更精确的地球引力场模型,在求地球引力势梯度基础上引入惯性力,建立了地固系下轨道动力学方程;并结合脉冲相位量测,使用扩展卡尔曼滤波实现航天器轨道参数实时估计。此方法可以降低动力学方程非线性度,尤其适用于地球静止轨道卫星。通过数学仿真校验了新方法的有效性与精度。

摘要：2016年,中国成功发射全球首颗脉冲星导航专用试验卫星——x射线脉冲星导航1号(xPNAV-1)。该卫星是一颗重量为243kg的小卫星,其主要任务是测试x射线探测器性能,观测典型脉冲星和尝试验证脉冲星导航系统体制。目前,xPNAV-1卫星在轨运行状态良好,已实施4颗典型x射线脉冲星和4颗x射线双星观测,以及相关科学试验。主要观测结果包括三个方面:首先,通过观测数据处理,获得x射线光子的流量、能谱分布、时间间隔、周期特征和脉冲轮廓等重要观测结果,并建立蟹状星云(Crab)脉冲星的计时模型,其计时精度达到55.14μs;其次,xPNAV-1卫星捕捉到Crab脉冲星于2017年11月发生的一次巨大周期跃变事件,并对其恢复过程进行了长达4个月的监测;最后,采用新提出的基于法平面几何约束的脉冲星自主导航算法得到轨道确定精度为38.4km。结果表明xPNAV-1卫星空间飞行试验达到预期目标,初步验证了脉冲星导航系统体制的可行性。

摘要：脉冲星自主导航技术能够提供连续、高精度的导航定位信息和高精度的时间标准,能为深空和星际飞行器的自主导航提供有效技术支撑。针对如何提高环火探测器自主导航的精度,并为其提供快速、可靠的导航信息,本文设计了一款自适应扩展卡尔曼滤波器(AEKF)滤波器。仿真数值实验表明,探测器的三个轴向位置精度能够迅速收敛,x轴向收敛精度优于1 000m,Y、Z轴向收敛精度优于350m;三个轴向速度精度也能经过数十个历元后稳定在0.05m/s以内。此外,AEKF能够有效克服滤波初始状态偏差的影响,较快地获得相当精度的状态估值。

摘要：微孔光学阵列聚焦镜头是实现x射线探测系统高探测效率、轻小型化的有效手段,近年来得到了深入研究。x射线探测系统通过测量脉冲星辐射的x射线光子的到达时间,重构脉冲轮廓来实现航天器导航。为了获得更精确的脉冲星信号,必须尽可能多地收集x射线光子,因此探测系统的聚焦性能是x射线探测系统的核心指标,也是微孔光学阵列主要的设计目标。文章根据脉冲星能谱的分布特点,分析了微孔光学阵列通道长宽比对x射线聚焦性能的影响,提出了针对不同脉冲星选取特定长宽比的方法,实现了不同的脉冲星能谱分布下最优的聚焦效率,为后续微孔光学阵列的研制和工程搭载提供了参考。基于这种方法,文章对Crab脉冲星的能谱分布进行了微孔光学阵列设计,设计结果显示,其聚焦性能得到明显提高。

摘要：针对火星探测存在由于地、火距离远而导致的与地面测控系统通信时延,以及飞行过程中由于航天器处于太阳背面导致的与地面测控系统存在30 d左右通信中断(日凌干扰)等问题,相较于其他常用航天器自主导航方法,x射线脉冲星导航不需要额外的通信服务网络,导航过程不易受干扰,且具有自主性强,系统简单,导航误差不随时间累积,导航精度也不受飞行距离限制等优势,可为载人火星探测器自主导航提供一种新的解决方案。在分析载人火星探测自主导航需求的基础上,结合实际工程应用,阐述了脉冲星导航的应用优势,设计了涵盖x射线脉冲星导航终端及星载计算平台的载人探火系统初步方案,提出了一种基于单探测器序贯观测的x射线脉冲星自主导航方法。基于现有的空间观测数据分析了导航系统的可观测性,仿真验证了系统的导航性能。研究表明:火星轨道探测器基于单探测器序贯观测脉冲星的仿真导航精度可以达到20 km左右,可以作为一种保底的自主导航手段,为未来中国载人火星探测计划的实施提供有效保障。