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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

测控站布局对区域卫星导航系统的影响

建立区域卫星导航系统的测控网是卫星导航系统要解决的关键问题之一。讨论国内测控站的布设问题,采用网格计算方法分析国内测控站对导航星座的可观测性。引入位置精度衰减因子PDOP和定轨中的法矩阵条件数,分析测控网对导航星座的观测几何结构强度以及测站位置分布对轨道确定精度的影响,仿真结果表明,利用我国有限的国土跨度和航天测控资源可以确保对导航卫星的测控任务的完成。对在国外布设测控站进行讨论和仿真,结果说明位于国外的测控站(如可在澳大利亚的珀斯设站)的加入能明显改善观测的几何结构强度、提高导航卫星的轨道精度。     

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.     

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。     

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。     

XNAV中的相对论效应(III)——时空测量值的坐标转换

在文献[1-3]中求得的XNAV基本方程中,时间和距离是指太阳质心系(BCRS)中的坐标量。但在实际测量中,接收机测量的时间是时钟的固有时,接收机的位置一般应以地心系(GCRS)为基准。在相对论框架内完成这两个坐标转换,使得XNAV测量方程能够直接得到应用。最后给出了完整的XNAV高精度测量方程及其在实际测量中的计算过程。     

适用于北斗混合星座的相对定位随机模型建模策略

为提高模糊度解算成功率和基线解精度,提出适用于北斗的相对定位随机模型建模策略,即混合随机建模策略。采用最小二乘方差分量估计方法对北斗单差观测量方差进行估计。对处于不同高度的三轨道卫星观测量方差分别建模:对地球静止轨道卫星观测量方差采用载噪比模型建模,对倾斜地球同步轨道卫星和中地球轨道卫星观测量方差均采用仰角模型建模。根据不同模型实时组建观测量的随机模型。试验结果表明:相比于采用传统简化模型和单一的仰角或载噪比模型,混合随机模型能更加真实地反映不同卫星观测量的随机噪声特性,模糊度解算成功率和相对定位精度均有提高,总体性能最优,因而能更好地适用于北斗系统。     

基于自适应遗传算法的LS—SVM漏磁缺陷重构

提出基于自适应遗传算法的最小二乘支持向量机算法（AGA-LS-SVM）的新方法，用于二维缺陷重构，建立由缺陷的漏磁信号到缺陷二维轮廓的映射关系。该方法实现人工裂纹缺陷的二维轮廓的重构，试验结果表明，该方法具有速度快、精度高和很好的泛化能力，为漏磁检测定量化提供了一种可行的方法。     

编队卫星碰撞因素分析

为了便于更准确地进行编队卫星碰撞检测和预报,对影响星间碰撞概率的因素进行了归纳和讨论.给出了编队卫星碰撞概率计算公式,并从Hill方程推导了离散差分方程,建立Kalman滤波器,用于估计编队飞行状态.在此基础上,对引起编队卫星发生碰撞的模型误差、测量误差、故障和意外因素四个方面进行了分析.最后,针对各因素设置了典型仿真想定并进行了仿真,仿真结果显示控制器常开故障是影响最大的因素,工程应用中需要针对它进行专门的防碰撞方案研究.     

空间双体系绳系统展开阶段末端星姿态动力学分析

为了研究空间系绳系统展开过程中末端星的姿态运动,采用第二类拉格朗日方程建立系统展开及末端星角运动的数学模型,分析展开阶段末端星的姿态动力学特性。建模时将系绳末端连接的母星与子星视为尺寸不可忽略的刚体,且母星质量远大于子星质量,系绳视为有质量的刚性杆。利用该数学模型可以分析系绳系统的展开过程,研究影响末端星姿态运动的主要因素,包括姿态角初始扰动以及末端星动/静不对称性。仿真结果表明,系绳展开时末端星姿态角初始扰动及动静不对称性可能会导致姿态角失稳,出现系绳缠绕星体的情况。仿真结果可以为展开阶段末端星姿态控制提供参考。     

一类具有标准发生率的SI型传染病模型的全局稳定性

研究如下一类具有标准发生率的SI型传染病模型{ds/dt=rS（1-（S＋I）/K-β SI/（S＋I）, dI/dt=βSI/（S＋I）-dI。应用微分方程定性理论，给出了该系统地方病平衡点、无病平衡点和总人口消亡平衡点的全局渐近稳定的充分条件。     

椭圆轨道上空间飞行器的编队飞行轨道设计

针对椭圆轨道上空间飞行器的编队飞行,基于开普勒轨道方程推导了一组新的相对运动方程,该方程组采用轨道要素表示,可直接用于编队的轨道设计。分析了一些典型的相对运动轨迹及编队轨道的精度,在此基础上,设计了线性编队和垂直圆编队。仿真结果验证了这种方法是有效的。     

电缆高辐射热通量下燃烧性能实验研究

利用锥形量热仪对国产典型PVC电缆进行实验研究,分析其在高辐射热通量条件下的热释放速率（HRR）、质量损失速率（MLR）、比消光面积（SEA）、CO产率、火灾性能指数（FPI）、点燃时间（TTI）随直径的变化规律,以及不同热辐射通量对这些燃烧参数的影响。实验结果表明：在相同实验条件下,PVC电缆的HRR、MLR、SEA、CO产率均随直径的增大而增大,FPI随直径的增大而减小,火灾危险性增大;电缆直径的变化对点燃时间影响不大;随着热辐射通量的增大,PVC电缆的点燃时间缩短,HRR、MLR增大,其峰值也增大,烟释放速率（SPR）和总烟释放量（TSR）增加,FPI减小,火灾危险性增大。     

管道金属磁记忆检测技术现状分析及发展研究

针对管道无损检测问题，阐述了金属磁记忆效应的基本原理，与传统无损检测方式比较，归纳了磁记忆检测的基本特性。在磁记忆检测仪器研发现状的基础上，设计了新型管道磁记忆／漏磁综合检测仪。从检测机理、信号处理和缺陷识别3个方面对检测技术研究现状进行分析和总结。探讨了检测机理的局限性，提出管道磁记忆检测技术的研究新方向。