X射线脉冲星导航地面试验系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103048000A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN103048000A(43)申请公布日2013.04.17(21)申请号201210592693.9(22)申请日2012.12.29(71)申请人中国空间技术研究院地址100086北京市海淀区中关村南大街31号(72)发明人贝晓敏徐立宏帅平吴耀军(74)专利代理机构北京理工大学专利中心11120代理人杨志兵(51)Int.Cl.G01C25/00(2006.01)权利要求书权利要求书2页2页说明书说明书66页页附图附图11页(54)发明名称X射线脉冲星导航地面试验系统(57)摘要本发明涉及一种X射线脉冲星导航地面试验系统，X射线脉冲星导航地面试验系统，包括：信号控制子系统、轨道数据生成子系统、导航数据库子系统、脉冲轮廓提取子系统、导航参数估计子系统、大尺度动态效应子系统、X射线脉冲星信号模拟子系统、探测器子系统、导航演示分系统，其中，轨道数据生成子系统包括Walker星座卫星轨道模块、月球探测模块和火星探测轨道模块；大尺度动态效应子系统包括有：大尺度空间效应模拟模块、在轨动态效应模拟模块；X射线脉冲星信号模拟子系统包括X射线发生器和真空通道。该系统通过逼真模拟大尺度动态环境下脉冲星X射线光子信号辐射特征，闭环测试脉冲星导航探测器性能，考查脉冲星导航算法以及验证脉冲星导航系统方案设计可行性。CN10348ACN103048000A权利要求书1/2页1.一种X射线脉冲星导航地面试验系统，其特征在于：X射线脉冲星导航地面试验系统（1），包括：信号控制子系统（2）、轨道数据生成子系统（6）、导航数据库子系统（7）、脉冲轮廓提取子系统（8）、导航参数估计子系统（9）、大尺度动态效应子系统（10）、X射线脉冲星信号模拟子系统（11）、探测器子系统（12）、导航演示分系统（5），其中，轨道数据生成子系统（6）主要包括Walker星座卫星轨道模块、月球探测模块和火星探测轨道模块；大尺度动态效应子系统（10）主要包括有：大尺度空间效应模拟模块、在轨动态效应模拟模块；X射线脉冲星信号模拟子系统（11）主要包括X射线发生器和真空通道,脉冲轮廓提取子系统（8）主要包括有：调用光子到达时间转换模块、脉冲轮廓折叠模块以及脉冲模块互相关模块；步骤一，启动X射线脉冲星导航试验验证系统，由信号控制子系统(2)对整个系统进行初始化，和自动检测并监控各子系统是否在可以正常运行，同时实时监控各个子系统的运行状态，并对系统中的其他子系统进行时间同步控制；信号控制子系统(2)将初始化仿真参数发送到轨道数据生成子系统(6)，接受其输出的理论导航参数；其中整个地面系统中利用一个高精度的铯原子钟作为整个地面系统的外部时钟模拟脉冲星钟，而探测器子系统中独立放置一个铷原子钟模拟星载时钟，同时通过锁相环路模块将星载时钟同步到外部时钟，从而可实现星载时钟时间保持技术的地面验证；步骤二，轨道数据生成子系统(6)每次根据任务不同，分别调用Walker星座卫星轨道模块、月球探测模块、火星探测轨道模块其中的一个；如果任务要求对Walker星座卫星进行导航，则仿真Walker星座卫星轨道数据，调用Walker星座卫星轨道模块，如果任务要求对月球探测航天器进行导航，则仿真月球探测轨道数据，调用月球探测模块，如果任务要求对火星探测航天器进行导航，则仿真火星探测轨道数据，就调用火星探测轨道模块；并分别输出相应的理论导航参数到大尺度动态效应子系统(10)的大尺度空间效应模拟模块和在轨动态效应模拟模块，并接步骤三，以及信号控制分系统(2)的评估验证模块，接步骤九；步骤三，大尺度动态效应子系统(10)，利用导航数据库子系统(7)中的脉冲星角位置参数和太阳系行星参数与轨道数据生成子系统(6)输入实时理论导航参数，调用大尺度空间延迟模块生成大尺度时间延迟量；利用导航数据库子系统(7)中的脉冲星周期参数与轨道数据生成子系统(6)输入实时航天器理论速度参数，调用在轨动态效应模块生成多普勒频移量；利用导航数据库子系统(7)中的脉冲星角位置参数与轨道数据生成子系统(6)输入实时航天器理论姿态参数调用航天器姿态模拟模块生成角位置变化量；分别将这三个参数导入到信号控制子系统(2)，从而实现实验室有限空间尺度模拟无限的宇宙空间尺度，利用静态安置试验环境模拟航天器高动态在轨运动和姿态变化；步骤四，信号控制子系统(2)接收到大尺度时间延迟量、多普勒频移参数和脉冲星特征参数；调用导航数据库子系统(7)中的脉冲星特征参数数据和标准脉冲轮廓数据，生成标准电脉冲轮廓模拟信号；通过导航数据库子系统(7)中的脉冲星计时模型，可以标注脉冲轮廓中每个X射线脉冲信号到达太阳系质心SBB的时间；同时，利用步骤三中得到的大尺度时间延迟量、多普