基于慧眼卫星的脉冲星导航算法研究与在轨验证

As an autonomous navigation technology, pulsar navigation supplies the acquirement of National Security and Deep space flight. It is also one of the core scientific goals of Insight-HXMT (Insight for short). In this project, pulsar navigation algorithms are studied and on-orbit verified based on Insight observations. The specific studies include: the timing model and long-term forecast model are established based on Insight observations with the correction of instrument effects; secondly, pulsar navigation algorithms with Insight observation are proposed and will be established, including significance analysis of pulse profile method, single-pulsar observation filtering method, et al.; finally, different navigation strategies and algorithms are verified in orbit, covering single-pulsar pointed or monitoring observations, multi-pulsar sequential observations, and coordinated observations with other satellites. Furthermore, we could provide reference for the technical route selection of future pulsar navigation through the systematical comparison of navigation results of three different detector types onboard the Insight.

脉冲星导航是一种新型自主导航技术，符合国家战略和航天发展的需求，也是慧眼卫星的核心科学目标之一。本项目将系统开展基于慧眼卫星的脉冲星导航算法研究与在轨验证工作。首先，完成仪器的时间响应修正，并建立导航脉冲星的计时模型和长期预报模型；其次，结合慧眼卫星特性，开展基于脉冲轮廓显著性分析、单脉冲星观测滤波及多星联合观测等脉冲星导航算法研究；然后，对多种导航体制和导航算法开展充分的在轨验证，分析单脉冲星的定点观测及监测观测、多脉冲星序贯观测、以及与其它卫星（包括脉冲星试验01星）联合观测等情况下导航的可行性与精度，并分析不同望远镜的导航能力。项目的研究，将为未来脉冲星导航的技术路线选择和工程实现提供理论参考和在轨验证。

脉冲星导航是一种新型自主导航技术，符合国家战略和航天发展的需求，也是慧眼卫星的核心科学目标之一。本课题系统开展基于慧眼卫星的脉冲星导航算法研究与在轨验证工作。首先利用慧眼卫星及其他天文卫星的数据建立了7颗导航脉冲星的计时模型并不断完善；完成了慧眼卫星LE望远镜的时间响应效应的在轨标定工作，并开展了对脉冲星导航的影响分析；开展了对慧眼卫星的数据处理和导航分析，并开展了不同算法的在轨验证工作（包括慧眼卫星和脉冲星试验01星）。我们建立的基于轨道动力学的脉冲轮廓波形典型显著性分析方法，在慧眼卫星上进行了演示验证，其定位精度可以达到10公里（3倍标准偏差），达到当前国内外最好水平，进一步验证了航天器利用脉冲星自主导航的可行性，为未来在深空的实际应用奠定了基础。另外，在脉冲星导航方面开展国内外交流合作，进一步拓展了应用。