1、X射線脈沖星自主導航研究X射線脈沖星自主導航關鍵環節及存在的主要問題X射線脈沖星自主導航狀態方程與基本測量方程X射線脈沖星自主導航仿真X射線脈沖星自主導航仿真軟件脈沖星的選取及其ToA殘差特性分析考慮時間噪聲的最小二乘X射線脈沖星自主導航仿真不考慮時間噪聲情況下的濾波方法比較X射線脈沖星自主導航研究X射線脈沖星自主導航關鍵環節及存在的主要問題X射線脈沖星自主導航狀態方程與基本測量方程X射線脈沖星自主導航仿真X射線脈沖星自主導航仿真軟件脈沖星的選取及其ToA殘差特性分析考慮時間噪聲的最小二乘X射線脈沖星自主導航仿真不考慮時間噪聲情況下的濾波方法比較關鍵環節及存在的主要問題脈沖相位平移折疊參考歷元

2、測量ToAX射線探測器（時鐘）光子ToA（固有時）光子ToA轉換光子ToA（坐標時）脈沖折疊測量脈沖輪廓測量脈沖輪廓標準脈沖輪廓脈沖相位平移2、脈沖互相關處理ToA時間模型預報ToA1、測量脈沖輪廓獲取4、ToA預報3、ToA測量測量ToA預報ToAToA殘差5、ToA殘差計算ToA殘差導航結果6、導航濾波X射線脈沖星自主導航研究X射線脈沖星自主導航關鍵環節及存在的主要問題X射線脈沖星自主導航狀態方程與基本測量方程X射線脈沖星自主導航仿真X射線脈沖星自主導航仿真軟件脈沖星的選取及其ToA殘差特性分析考慮時間噪聲的最小二乘X射線脈沖星自主導航仿真不考慮時間噪聲情況下的濾波方法比較狀態方程與基本測

3、量方程動力學方程狀態方程轉移矩陣基本觀測量基本測量方程X射線脈沖星自主導航研究X射線脈沖星自主導航關鍵環節及存在的主要問題X射線脈沖星自主導航狀態方程與基本測量方程X射線脈沖星自主導航仿真X射線脈沖星自主導航仿真軟件脈沖星的選取及其ToA殘差特性分析考慮時間噪聲的最小二乘X射線脈沖星自主導航仿真不考慮時間噪聲情況下的濾波方法比較脈沖星天文學知識回顧時間噪聲為低頻噪聲需要長時間觀測會顯著影響ToA預報精度可用頻譜分析建立其頻域模型Tempo2的spectralModel插件傅立葉變換時間噪聲相關矩陣時間噪聲估計與預報傅立葉逆變換時間噪聲年輕脈沖星輻射流量高(ToA測量精度高)自轉不穩定(ToA預

4、報精度低)毫秒脈沖星自轉很穩定(ToA預報精度高)輻射流量低(ToA測量精度低)ToA測量誤差ToA預報誤差ToA殘差脈沖星選取準則毫秒脈沖星毫秒脈沖星周期穩定ToA預報精度高有X射線脈沖觀測數據射電脈沖星不一定具有X射線輻射X射線輻射不一定能產生脈沖觀測X射線脈沖觀測能為X射線白噪聲估計提供依據有長期的射電觀測可獲得時間噪聲頻域模型參數頻譜模型參數可用于時間噪聲仿真、估計和預報(Deng et al. 2012)脈沖星參數基本參數頻譜模型參數時間噪聲與周期躍變PPTA射電觀測ToA殘差含有周期躍變的ToA殘差周期躍變參數X射線ToA白噪聲信噪比白噪聲參數A :6500cm2Bx:2.0 mC

5、rabX射線脈沖星自主導航研究X射線脈沖星自主導航關鍵環節及存在的主要問題X射線脈沖星自主導航狀態方程與基本測量方程X射線脈沖星自主導航仿真X射線脈沖星自主導航仿真軟件脈沖星的選取及其ToA殘差特性分析考慮時間噪聲的最小二乘X射線脈沖星自主導航仿真不考慮時間噪聲情況下的濾波方法比較考慮時間噪聲的最小二乘仿真基礎基于Tempo2時間轉換精度高(ns甚至是次ns)易于模擬產生時間噪聲和周期躍變仿真生成射電和X射線觀測數據時間噪聲周期躍變最小二乘Tempo2內嵌算法簡單高效仿真實現射電與X射線ToA殘差仿真數據仿真實現射電ToA殘差仿真情況總結絕對位置確定不預報時間噪聲預報時間噪聲軌道元素確定不預報

6、時間噪聲預報時間噪聲分時觀測星上時鐘誤差考慮時鐘誤差但不校正考慮時鐘誤差且校正脈沖星時間模型更新不更新基于射電觀測基于X射線觀測絕對位置與軌道元素確定單次觀測確定位置仿真目的驗證算法的正確性測試時間噪聲對絕對位置確定算法的影響仿真設置初始位置誤差：100km時間噪聲：不預報、預報仿真次數：100次多次觀測確定位置與速度仿真目的驗證算法的正確性測試時間噪聲對軌道元素確定算法的影響仿真設置初始位置誤差：100km初始速度誤差：0.01km/s時間噪聲：不預報、預報仿真次數：100次星上時鐘誤差校正多次觀測確定位置、速度與時鐘誤差仿真目的驗證時鐘誤差校正算法的有效性紅噪聲代表時鐘誤差(addGWB)

7、仿真設置初始位置誤差：100km初始速度誤差：0.01km/s時間噪聲：預報仿真次數：100次時間模型更新單次觀測進行位置確定仿真目的驗證周期躍變對導航精度的影響驗證時間模型更新抑制周期躍變對導航精度影響的有效性對周期躍變處理措施不更新時間模型基于射電觀測更新時間模型基于X射線觀測更新時間模型仿真設置初始誤差：100km時間噪聲：預報仿真次數：100次仿真結果總結仿真誤差棒平均值仿真誤差標準差時間噪聲對導航精度影響的進一步測試1單次觀測進行位置確定仿真目的通過增加ToA預報時間間隔并統計對應的導航精度，來驗證時間噪聲對導航精度的影響與ToA預報時間間隔之間的關系仿真設置初始誤差：100km時間

8、噪聲：不預報仿真次數：100次時間噪聲對導航精度影響的進一步測試2單次觀測進行位置確定仿真目的測試ToA時間噪聲對導航精度的影響與導航精度本身的關系測試ToA時間噪聲對導航精度的影響與射電觀測時間長度的關系仿真設置初始誤差：100km時間噪聲：不預報仿真次數：100次考慮時間噪聲的最小二乘X射線脈沖星自主導航仿真小結所選毫秒脈沖星在ToA預報時間間隔較短的情況下對導航精度影響不明顯時間噪聲預報有助于獲得準確的擬合誤差棒信息分時觀測可用于導航最小二乘可以在不知道時鐘模型的情況對時鐘誤差進行有效校正時間模型更新可降低周期躍變對導航精度的影響時間噪聲對導航精度的影響和ToA預報時間間隔、導航精度以及

9、射電觀測長度有關10km導航精度X射線脈沖星自主導航研究X射線脈沖星自主導航關鍵環節及存在的主要問題X射線脈沖星自主導航狀態方程與基本測量方程X射線脈沖星自主導航仿真X射線脈沖星自主導航仿真軟件脈沖星的選取及其ToA殘差特性分析考慮時間噪聲的最小二乘X射線脈沖星自主導航仿真不考慮時間噪聲情況下的濾波方法比較濾波方法比較最小二乘加權直接求解最小二乘加權迭代求解最小二乘非加權迭代求解最小二乘EKF測試EKF對狀態噪聲參數的敏感性測試EKF對測量噪聲參數的敏感性UKF改進以提高計算效率雙差EKF用來抑制甚至消除脈沖星無關誤差對導航精度的影響時鐘誤差、愛因斯坦延遲計算誤差等基于最小二乘的X射線脈沖星自

10、主導航仿真要點仿真特點獨立于Tempo2不考慮時間噪聲與周期躍變仿真目的比較加權直接求解最小二乘、加權迭代求解最小二乘以及非加權迭代求解最小二乘的精度以及穩定性仿真設置初始位置誤差：100km初始速度誤差：0.1km/s仿真次數：100次直接求解加權最小二乘易失效迭代求解加權最小二乘精度高、有失效的可能迭代求解非加權最小二乘精度低、有失效的可能基于EKF的X射線脈沖星自主導航仿真要點仿真特點獨立于Tempo2不考慮時間噪聲與周期躍變仿真目的測試系統噪聲參數對EKF的精度與收斂速度的影響測試測量噪聲參數對EKF的精度與收斂速度的影響仿真設置濾波周期：3600s初始位置誤差：100km初始速度誤差

11、：0.1km/s仿真次數：100次EKF對系統噪聲參數的敏感性測試精度最高測試4收斂最快測試1系統噪聲參數設置情況總結測量噪聲參數按照真實值進行設置EKF對測量噪聲參數的敏感性測試精度最高測試4收斂最快測試1測量噪聲設為1重做前面六組仿真最小二乘和EKF比較精度最小二乘位置：2.96km最小二乘速度：5.48cm/sEKF位置：1.15kmEKF速度：5.92cm/sEKF的精度優勢不明顯收斂性最小二乘沒有收斂性問題，但是存在失效的可能EKF的收斂速度受測量噪聲參數與系統噪聲參數的影響算法選擇精確系統噪聲和測量噪聲參數未知的情況下，可以優先考慮選取最小二乘精確系統噪聲和測量噪聲參數已知的情況下

12、，可以優先考慮選取EKF基于雙差EKF的X射線脈沖星自主導航仿真仿真特點獨立于Tempo2不考慮時間噪聲與周期躍變仿真目的通過對計算精度的統計來檢驗雙差EKF對時鐘誤差的抑制性能仿真設置初 始 鐘 差：3.5858E-6s漂 移 率：3.637979E-12s/s漂移率變化率：6.66E-18s/s2初始位置誤差：100km初始速度誤差：0.1km/s濾波周期：3600s仿真次數：100次基于UKF的X射線脈沖星自主導航仿真仿真特點獨立于Tempo2不考慮時間噪聲與周期躍變仿真目的通過比較計算精度和計算效率來測試改進UKF相對于標準UKF在精度上的等效性，以及在計算效率上的優越性仿真設置初始位

13、置誤差：100km初始速度誤差：0.1km/s濾波周期：3600s仿真次數：100次X射線脈沖星自主導航仿真總結脈沖星選取所選脈沖星時間噪聲在ToA預報時間間隔較短的情況下，對導航精度的影響較小時間噪聲對導航精度的影響隨著ToA預報時間間隔的增加而增加隨著導航精度的提高而明顯隨著射電觀測長度的減少而明顯最小二乘不存在收斂時間問題但是存在失效的可能位置精度：2.96km速度精度：5.48cm/sEKF系統噪聲參數與測量噪聲參數會顯著影響EKF的計算精度與收斂速度位置精度：1.15km速度精度：5.92cm/s雙差EKF在時鐘存在誤差且不知道時鐘誤差模型的情況下，將位置確定精度從335.9km降低到15.3kmUKF改進UKF能在保證計算精度的前提下，切實的提高計算效率X射線脈沖星自主導航研究X射線脈沖星自主導航關鍵環節及存在的主要問題X射線脈沖星自主導航狀態方程與基本測量方程X射線脈沖星自主導航仿真X射線脈沖星自主導航仿真軟件脈沖星的選取及其ToA殘差特性分析考慮時間噪聲的最小二乘X射線脈沖星自主導航仿真不同濾波方法測試軟件功能和模塊光子ToA模擬ToA轉換脈沖折疊脈沖互相關處理