考虑钟差修正的脉冲星与多普勒差分组合导航

为了提高导航系统长时间航行的导航精度和钟差修正能力,提出了一种钟差修正的X射线脉冲星与多普勒差分组合导航方法.X射线脉冲星导航(X-ray pulsar navigation,XPNAV)使用脉冲到达时间作为导航量测量,多普勒差分导航测量两个时刻航天器相对于太阳的多普勒速度,并将两个多普勒速度的差值作为导航的量测量,这里采用两个多普勒速度的差值可避免多普勒速度偏差;在此基础上,将星载时钟钟差增广为新的状态变量,建立组合导航系统,使用联邦无迹卡尔曼滤波器(unscented Kalman filter,UKF)融合导航信息.仿真结果表明,该方法可以抑制多普勒速度偏差对导航的影响,控制星载时钟钟差,并提供更高的导航估计精度.

修正钟差和方位误差的X射线脉冲星导航

为了减小时钟漂移和脉冲星方位误差对自主导航系统的影响,提出了一种考虑钟差修正和方位误差的脉冲星导航方法;X射线脉冲星导航以脉冲到达时间为量测量,同时将星载时钟钟差和方位偏差造成的系统偏差作为增广状态构成状态变量,建立导航系统,利用无迹卡尔曼滤波器(unscented Kalman filter,UKF)进行状态估计;仿真结果表明,该方法可以抑制方位偏差对导航的影响,控制星载时钟钟差,同脉冲星导航相比,该方法提供更高的导航估计精度。

修正钟差的脉冲星方位误差估计算法

为克服时钟钟差对脉冲星方位误差估计的影响,设计了两步卡尔曼滤波(two-stage Kalman filter,TSKF)算法。首先,分析时钟钟差对脉冲星方位误差估计的影响,并通过仿真进行验证。其次,结合脉冲星方位误差估计原理重新推得考虑时钟钟差的状态和观测方程。再次,根据TSKF算法,在估计方位误差的同时解耦估计时钟钟差。最后,仿真结果显示,当钟差导致传统算法估计偏差较大时,TSKF算法依然能有效抑制钟差的影响,使赤经和赤纬误差估计精度均保持在0.1 mas以内。

考虑航天器钟差影响的增广脉冲星方位误差估计算法

设计了一种考虑航天器钟差影响的增广脉冲星方位误差估计算法。介绍了脉冲星方位误差估计的传统算法并分析了航天器时钟钟差对脉冲星方位误差估计的影响。为修正钟差影响,将时钟钟差和钟差漂移率增广为新的状态变量,进而根据脉冲星方位误差估计原理得到增广算法状态和观测方程,证明了该算法的可观测性。仿真结果表明:在航天器时钟钟差影响下,增广脉冲星方位误差估计算法能有效克服航天器时钟钟差的长期缓变影响,使脉冲星方位误差估计精度保持在较高的水平。

脉冲星方位误差估计的两步卡尔曼滤波算法

为了克服钟差和卫星位置误差对脉冲星方位误差估计的影响,设计了两步卡尔曼滤波(TSKF)算法。首先,介绍了脉冲星方位误差估计的传统模型,并通过分析和仿真验证了钟差、卫星位置误差以及2种误差同时存在时会使脉冲星方位误差估计结果产生较大偏差。其次,在传统的估计模型中加入了钟差和卫星位置误差,并将钟差和钟差变化率增广为新的状态量,从而推导出包含2种误差的新模型,并证明了该模型的完全可观测性;根据该模型并按照两步卡尔曼滤波原理,得到了TSKF算法的步骤。最后,通过仿真表明:在钟差和卫星位置误差同时影响下,传统脉冲星方位误差估计算法偏差较大且发散;TSKF算法则能够有效隔离2种误差的影响,使赤经和赤纬误差估计达到0.2 mas之内的精度。