X射线脉冲星辅助增强北斗导航定位技术研究

随着卫星导航系统应用的不断普及和深入，人们对导航精度的要求越来越高，而在军事中的应用又要求其具有良好的自主导航能力，以抗击干扰和适应导航战的军事需求。为此，本项目将紧密结合北斗卫星导航系统高精度自主导航的迫切需要，分析影响北斗导航定位精度和自主性的因素，建立北斗卫星时钟和星历的误差模型，研究基于X射线脉冲星的导航卫星时钟校正方法，以提高星载时间精度，降低地面站对卫星时间的校准次数；提出基于X射线脉冲星的导航卫星星间伪距测量方法，研究利用星间伪距进行卫星星历和时钟参数的校验方法；提出基于X射线脉冲星的卫星姿态获取方法，以确定卫星俯仰、滚动和偏航姿态角等信息，用以校正卫星星座的整体旋转误差；研究基于X射线脉冲星和星载捷联惯导的组合导航方法，实现导航卫星的容错处理与自主导航信息生成，提高北斗卫星导航系统的自主性、不间断性和鲁棒性。

本项目研究了利用脉冲星获取航天器姿态、位置、速度信息，以及与导航相关的脉冲星信号处理技术、组合导航方法。为减少X射线脉冲星信号辨识所需的观测时间，提出一种基于轮廓光子分布统计量的辨识算法。基于此，为满足深空探测器的精确定姿需求，提出了一种惯性测量单元（IMU）辅助的Ｘ射线脉冲星定姿方法，进而提出了一种改进的基于X射线脉冲星能量观测信息和最小误差熵算法的航天器自主定姿方法；提出了脉冲星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，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进行了算法验证，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；为了提高脉冲星辐射脉冲信号辨识的效果和速度，提出了一种基于S 变换的脉冲星辐射脉冲信号辨识算法；为了提高脉冲星辐射脉冲信号的检测速度和在低信噪比下的检测效果，提出了一种基于S变换的脉冲星辐射脉冲信号检测算法；提出了基于最大似然估计的X射线信号相位估计方法，使用数学模型分析了X射线脉冲星信号，重新定义了一种新的TOA过程，利用最大似然方法估计脉冲星信号相位；提出了一类基于时频熵的X射线脉冲星信号恒虚警率检测算法；基于X射线脉冲星的空间联合差分定位模式，推导了脉冲TOA预测模型的误差修正公式；为了能更快速验证所提出的导航方法，设计了一种X射线脉冲星信号的快速产生算法，利用高斯成分拟合脉冲星轮廓，将脉冲星信号拆分成信号和噪声分别产生；从提高导航精度的角度出发，提出了一种新的基于脉冲星矢量观测的增强方法，进而提出了基于X射线脉冲星的卫星空间联合定位算法，进一步提出了基于联合定位的TOA预测模型误差修正算法。这些研究成果为X射线脉冲星辅助增强北斗导航定位技术的研究和实现奠定了基础。 .课题组在完成项目研究内容的同时，发表了三十多篇SCI/EI高水平学术论文,申请国家发明专利二十多项，获得陕西省科学技术二等奖，培养博士生6名，硕士生6名。