X射线脉冲星Si-PIN探测器阵列研究北大核心

X射线脉冲星导航是一种全自主的导航方式,在深空导航领域有着重要的应用前景。针对短时高精度导航的需求,分析了影响导航精度的主要因素,论证了通过增大探测器面积实现较高导航精度前提下缩短探测时间的可行性。在此基础上,提出了采用硅-PIN探测器阵列的探测方式,并设计了硅-PIN探测器阵列前端模块及相应的后端处理电路。最后,通过试验验证了硅-PIN探测器阵列的探测方案在扩大探测面积的同时,仍可以保留硅-PIN探测器的优良性能,能够有效缩短探测时间,将来有望应用于X射线脉冲星导航系统。     

X射线脉冲星/SINS组合导航中的钟差修正方法研究

X射线脉冲星/SINS组合导航是提高脉冲星导航通用性的有效手段和未来工程应用的可行方案之一,但当星载时钟存在钟差漂移时,该组合导航系统在长航时不能保证导航精度。为此,本文提出一种X射线脉冲星/SINS组合导航系统的钟差修正方法,通过将钟差增广为组合导航系统的状态变量有效解决了因星载时钟钟差漂移引起的导航精度下降问题,为X射线脉冲星导航的工程应用奠定了理论基础。     

基于X射线脉冲星的导航半实物仿真系统

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。     

X射线脉冲星导航研究的若干问题

X射线脉冲星导航(X-ray pulsar-based NAVigation,XNAV)是继惯性导航、天文导航、卫星导航之后的一种新型导航技术,由于它可以为大气层外的任意航天器提供自主导航能力且具有诸多优势,近年来受到国内外研究者的极大重视和深入研究.XNAV的研究内容包括相对论框架下的大尺度时空基准和导航模型、X射线脉冲星辐射机制和观测特性、X射线探测器的探测能力和X光子谱的信号处理、动态航天器导航方法和数据处理程序等多个领域,目前已经取得一些阶段性成果.在概述XNAV主要研究内容的基础上,对国内外相关文献中一些存在争议或者没有形成共识的问题提出了看法,对下一步需要解决的问题提出了建议,希望对我国XNAV的工程研究有所裨益.     

基于强跟踪扩展Kalman滤波的X射线脉冲星导航定轨精度研究

为提高X射线脉冲星导航定轨精度,依据脉冲星导航原理,建立了X射线脉冲星自主导航系统的状态方程和观测方程,提出用强跟踪扩展Kalman滤波（Strong Tracking Extended Kalman Filter,STEKF）替代扩展Kalman滤波,并对3颗脉冲星卫星运行的位置和速度估计进行了仿真实验。仿真结果表明：STEKF具有使滤波器能够自适应地校正估计偏差并迅速跟踪状态变化的能力,有效地提高了卫星运动状态的估计精度和数值稳定性。     

基于X射线脉冲星的Halo轨道卫星自主导航和控轨

讨论x射线脉冲星自主导航（X—raypulsar-basedautonomousnavigation,XNAV）技术应用于halo轨道卫星的可行性。给出halo轨道卫星的6维状态方程和基于x射线脉冲星导航的6维观测方程,对用x射线脉冲星导航和小推力方法控轨后的日地系第一平动点halo轨道卫星进行了数值模拟。结果表明：在现有的测量精度下,可以将卫星保持在标准轨道附近。最后对实验参数数值的选择给出了相应的分析讨论。     

X射线脉冲星的波形及其对光子接收的影响

建立了X射线脉冲星的X射线传播模型,在狭义相对论框架下研究了X射线脉冲星的波形及其对光子接收的影响。计算表明:脉冲星发出的X射线位于螺旋形的波带内,波带各处的厚度不同;波带上各同相点与脉冲星的距离不相等,不同倾角处的探测器接收到的脉冲的时长不相同。     

基于X射线脉冲星绝对定位中的整周模糊度改进算法研究

基于X射线脉冲星导航定位方法是一种全新的自主导航技术。该文给出了脉冲星绝对定位的基本原理,针对有关文章存在的疑问,提出了脉冲星导航绝对定位中整周模糊度改进算法,并对其进行了深入的分析和理论推导,通过仿真计算脉冲星整周模糊度和航天器的位置,得到了较理想的定位精度。这种新改进的整周模糊度算法为脉冲星绝对定位提供了新的思路。     

重构X射线脉冲星信号的纯数值模拟新算法

基于X射线脉冲星的导航技术,无论技术研究还是实验验证,都是以X射线脉冲星信号为基础。但是实际的观测数据无法确定其精确值,不便于进行导航算法的分析验证。因此,通过模拟算法重构X射线脉冲星信号十分必要。基于泊松分布建立X射线脉冲星信号模型,介绍脉冲轮廓的构建方法;介绍了两种纯数值的脉冲星信号模拟算法。针对这两种算法因近似导致信号模拟不精确的问题,提出一种基于精确光子流量函数的纯数值X射线脉冲星信号的模拟算法,该算法采用分段线性函数拟合的脉冲轮廓函数,基于分布函数及其反函数导出。模拟算法重构PSR B0531+21脉冲星的信号,并利用χ2拟合优度检验验证模拟算法生成的光子到达时间服从泊松分布。将提出的算法与两种已有的算法进行比较,仿真结果表明从光子数目和脉冲轮廓误差来看,提出的算法都优于其他两种算法,更接近实际信号。由新算法重构的脉冲星信号进行历元折叠得到观测脉冲轮廓,并将其与标准脉冲轮廓比较,发现随着观测时间的增长,观测脉冲轮廓趋近于标准脉冲轮廓,验证了模拟算法是有效可行的。     

单脉冲星自主导航的可行性分析

在全面分析美国X射线脉冲星自主导航(XNAV)计划和国内外相关研究的基础上,提出了我国在现阶段实施"单脉冲星自主导航"计划的建议.认为无论是国防建设和经济建设的战略需求,还是我国现阶段的科学技术研究基础,实施这一计划都是必要与可行的.     

地面站对月球探测器的导航

针对一个从地球停泊轨道出发绕地月飞行的月球探测器 ,讨论地面站对月球探测器导航的几个问题 ,包括观测方式的选取、地面站的分布、制导点的调整、导航精度等。结果表明仅依靠局域的地面站 ,采用测距的方式 ,可以对探测器进行实时导航。研究的方法和结果可供月球探测实际工程参考     

XNAV中的相对论效应（Ⅰ）一引力频移和Doppler频移

详细讨论了XNAV(X射线源自主导航)中的广义相对论效应之一：脉冲星发射与观测者接收到X射线的引力频移和Doppler频移。在太阳质心系的1PN和2PN度规下,计算出引力和Doppler频移产生的时间误差,所得结论是对现行公式的修正。     

采用MC方法对核爆产生X射线卫星探测的仿真研究

采用MCNP4B软件中的光子电子耦合输运程序对大气层核爆(爆高在30km以上)产生的X射线光子(能量主要集中在几十keV)与硅半导体探测器作用过程的仿真研究,为星载核爆X射线探测器的参数优化设计提供参考,并给出MC方法仿真的基本工作原理。     

X射线脉冲星导航的时延和频偏参量估计

X射线脉冲星导航(X-ray pulsar-based NAVigation,XNAV)的原始导航信息是航天器接收的X光子时间序列,在折叠过程中估计出观测脉冲轮廓与相应标准轮廓的时延、频偏和频偏变率等参量,是XNAV的关键问题.首先给出光子数序列等相位点的时间关系,利用Larsson周期折叠法和相干函数法求初步近似;然后采用最小二乘法求高级近似,并利用循环迭代得到较为精确的频偏和时延估计值.初步仿真试验结果表明:即使不进行消噪和平滑处理,该方法也可以获得高精度的估计参数.虽然这一算法较为复杂,但它证明了XNAV的导航方法是完全可行的.     

GPS用于月球探测器轨道近地段导航

月球探测器轨道近地段飞行要求有精确的位置和速度信息。利用GPS的动力法解算能够提供必要的精度。文章给出了探测器近地段的GPS可见星条件及数目、动力法导航解算、不同采样周期和不同力模型对导航精度的影响。结果表明 ,采用简化力模型和 5s采样周期的动力法导航能够满足月球探测器近地段导航精度要求     

一种基于静电引信被动探测的引战配合方法

针对静电引信采用被动探测方式,不能提供引战配合所需信息的难题,根据静电探测原理,设计了一种静电引信双探测器布设阵列,解算出了引战配合所需信息,并结合静电探测器的静电电压响应曲线特性,提出了一种基于零点(脱靶点)的全公式化引战配合延时模型,解决了静电引信被动探测时引战配合信息获取及高效引战配合的难题,同时可以为其他型号引...     

3D SRAM中TSV开路测试算法研究与实现

基于三维集成电路技术实现的三维静态随机存储器,其电路中使用了大量的过硅通孔。目前过硅通孔制造工艺尚未成熟,使得过硅通孔容易出现开路或短路故障,从而给三维静态随机存储器的测试带来新的挑战。现有的过硅通孔专用测试方式虽然能够探测出过硅通孔的故障,但需要特定的测试电路来实现,这就增加了额外的面积开销,同时加大了电路设计的复杂度。因此,提出一种使用测试算法来探测过硅通孔开路故障的方法。在不增加额外面积开销的情况下,通过内建自测试电路解决三维静态随机存储器中过硅通孔的开路故障检测问题。结果显示,该过硅通孔测试算法功能正确,能够准确探测到过硅通孔的开路故障,并快速定位过硅通孔的开路位置。     

多窗口编码激光预警系统设计

为了在激光告警中实现实时,全方位角度探测,且在探测角精度确定的前提下使结构简单、稳定,提出了基于多窗口编码的测量方法.该方法是通过在不同方向上放置特制的大视场光电探测器,通过探测电路的输出状态分析得到激光入射方向.在实验室条件下,利用衰减后的窄脉冲激光器测试光电探测器接收角与光电接收电路.实验表明:探测器接收端的接收角...     

X射线脉冲星自主导航的基本测量原理

介绍美国军方正在研制中的X射线脉冲星自主导航系统(XNAV),应用广义相对论的时空理论,分析了它的基本测量原理及其在军事上的功能。     

毫米波主被动阵列探测技术

针对单通道探测的不足,提出了毫米波主被动阵列探测技术,为导引头提供更加真实详细的目标信息。主被动复合探测体制可以结合雷达和辐射计的优点,远程时使用主动探测,可以增加探测距离,近程时使用被动探测,可以避免角闪烁。当弹丸以一定转速垂直下落时,毫米波波束和弹轴成特定角度对地面作螺旋圆锥扫描,当波束扫描过目标时,探测器阵列输出与目标相对应的信号,通过对各个通道信号作相关处理判断即可确定目标的精确方位,此时输出修正或起爆信号。试验表明该技术能够精确探测目标中心。