[发明专利]基于频率预报的航天器处脉冲星导航观测量获取方法

权利要求书

1.一种基于频率预报的航天器处脉冲星导航观测量获取方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)初始化参数：

初始化在观测时间[t_a,t_b]内航天器所探测的I个X射线脉冲星光子到达自身的TOA序列为X射线脉冲星在太阳系质心SSB坐标系中的单位方向矢量为于当前时刻t_c航天器记录的其在地球质心坐标系中的初始位置矢量为于当前时刻t_c航天器记录的其在地球质心坐标系中的初始速度矢量为其中t_i为第i个X射线脉冲星光子到达航天器的TOA时刻，I＞10，n_x、n_y、n_z分别为X射线脉冲星的单位方向矢量在SSB坐标系的三个坐标方向上的投影，t_c≤t_a，r_x、r_y、r_z分别为航天器的初始位置矢量在地球质心坐标系的三个坐标方向上的投影，v_x、v_y、v_z分别为航天器的初始速度矢量在地球质心坐标系的三个坐标方向上的投影；

(2)获取于观测时间内航天器在SSB坐标系中的运行轨道预报值：

(2a)根据航天器的初始位置矢量和初始速度矢量利用航天器的轨道动力学模型，以T_p为时间间隔，经过积分运算，递推得到航天器于观测时间[t_a,t_b]内在地球质心坐标系中的J个位置预报矢量和J个速度预报矢量其中T_p≥1，J＞4，分别为于t_j时刻航天器在地球质心坐标系中的位置预报矢量和速度预报矢量，t_j为预报时刻，t_j＝t_c+jT_p，j＝1,2,…,J；

(2b)通过查询星历数据，得到地球于观测时间[t_a,t_b]内在SSB坐标系中的J个位置预报矢量和J个速度预报矢量其中分别为于t_j时刻地球在SSB坐标系中的位置预报矢量和速度预报矢量；

(2c)通过对航天器的J个位置预报矢量J个速度预报矢量地球的J个位置预报矢量J个速度预报矢量进行矢量运算，得到于观测时间[t_a,t_b]内航天器在SSB坐标系中的J个速度预报矢量其中为于t_j时刻航天器在SSB坐标系中的速度预报矢量；

(3)获取SSB坐标系中航天器速度预报矢量在X射线脉冲星方向的投影分量：

根据航天器的J个速度预报矢量X射线脉冲星的单位方向矢量经过计算得到SSB坐标系中航天器速度预报矢量在X射线脉冲星方向的J个速度投影分量其中为于t_j时刻SSB坐标系中航天器速度预报矢量在X射线脉冲星方向的速度投影分量：

(4)获取航天器处的脉冲星自转频率预报函数：

(4a)根据脉冲星自转频率渐变模型，经过计算得到于观测时间[t_a,t_b]内在SSB坐标系中的J个脉冲星自转频率预报值其中为于t_j时刻在SSB坐标系中的脉冲星自转频率预报值；

(4b)利用J个速度投影分量和J个脉冲星自转频率预报值根据航天器速度矢量在X射线脉冲星方向上的投影分量引起的脉冲星自转频率的多普勒效应，经过计算得到航天器处的J个脉冲星自转频率预报值其中为于t_j时刻在航天器处的脉冲星自转频率预报值，c为光速：

(4c)对以J个预报时刻为自变量、以J个预报时刻所对应的J个航天器处的脉冲星自转频率预报值为因变量进行拟合，得到航天器处的脉冲星自转频率预报函数其中t∈[t_a,t_b]；

(5)利用基于相位累加的轮廓折叠方法获取航天器处的脉冲星辐射信号观测轮廓：

(5a)将观测时间的起始时刻t_a或者中第一个光子的到达时刻t₁作为在航天器处进行轮廓折叠的参考时刻t_s，并将t_s代入脉冲星计时模型，经过计算得到参考时刻t_s对应的参考相位

(5b)将I个X射线脉冲星光子到达航天器的TOA时刻代入经过计算得到I个航天器处的脉冲星自转频率预报值其中为于t_i时刻在航天器处的脉冲星自转频率预报值；

(5c)由I个X射线脉冲星光子TOA时刻I个脉冲星自转频率预报值参考时刻t_s和参考相位经过计算得到I个X射线脉冲星光子所对应的相位值并对每一个相位值取余，得到取余后的I个X射线脉冲星光子所对应的相位值其中为第i个X射线脉冲星光子所对应的相位值，为取余后的相位值：

(5d)根据取余后的I个X射线脉冲星光子所对应的相位值对相位区间[0,1)进行M等分，统计在第m个bin块内的X射线脉冲星光子数c(t_m)，得到包含M个bin块的航天器处的脉冲星辐射信号观测轮廓，其中M＝2^k,k∈N₊，N₊为正整数集，m∈[1,M]；

(6)获取脉冲星导航观测量：

根据太阳系质心处的脉冲星辐射信号标准轮廓、航天器处的脉冲星辐射信号观测轮廓，利用基于折叠轮廓的脉冲时延估计方法，对两个轮廓的脉冲时延进行估计，得到脉冲星导航观测量Δt。