多普勒差分测速模型及与X射线脉冲星组合导航的方法
专利汇可以提供多普勒差分测速模型及与X射线脉冲星组合导航的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种多普勒差分测速模型及与 X射线 脉冲星组合导航的方法，其多普勒差分测速模型为Ys(t)＝hs(X,t)+ωv，其中，ωv为多普勒测量噪声，Ys和hs分别表示测量值和测量方程，Ys＝vD2－vD1，组合导航的方法包括以下步骤：步骤1：建立深空探测器的轨道动 力 学模型；步骤2：建立X射线脉冲星导航测距模型；步骤3：建立多普勒差分测速模型；步骤4：利用 扩展卡 尔曼 滤波器 滤波。本发明与 现有技术 相比的优点在于：(1)与现有脉冲星/多普勒组合导航方法相比，本发明在不稳定的太阳 光谱 下仍能正常稳定工作；(2)与脉冲星导航方法和多普勒导航方法相比，本发明充分利用了多种导航信息，具有完全可观测性，能提供更高 精度 的 定位 信息。，下面是多普勒差分测速模型及与X射线脉冲星组合导航的方法专利的具体信息内容。
1.一种多普勒差分测速模型，其特征在于：
首先假设深空探测器在t1时刻和t时刻的位置分别为r1和r，火星在t1时刻的位置和速度分别为rM和vM，深空探测器上搭载两个光谱仪，第一光谱仪在t1时刻测量太阳直射光的光谱频移，第二光谱仪在t时刻测量火星反射太阳光的光谱频移，且t1和t的关系如下所示：
(式壹)
其中，c为光速；
基于上述假设，多普勒差分测速模型的建立包括以下步骤：
步骤A1：在t1时刻之前，根据t和式壹确定t1的值；
步骤A2：在t1时刻，利用第一光谱仪获取太阳径向上的多普勒速度vD1；在t时刻，利用第二光谱仪获取火星径向上的多普勒速度vD2；
步骤A3：建立多普勒差分测速模型：
s s
Y(t)＝h(X,t)+ωv (式贰)
s s s
其中，ωv为多普勒测量噪声，Y 和h 分别表示测量值和测量方程，Y ＝vD2－vD1，
2.一种利用权利要求1所述的多普勒差分测速模型与X射线脉冲星组合导航的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤B1：建立深空探测器的轨道动力学模型；
步骤B2：建立X射线脉冲星导航测距模型；
步骤B3：建立多普勒差分测速模型；
步骤B4：利用扩展卡尔曼滤波器滤波。
3.根据权利要求2所述的多普勒差分测速模型与X射线脉冲星组合导航的方法，其特征在于：步骤B1中所述的建立深空探测器的轨道动力学模型，其具体实现过程为：
因为深空探测器的状态矢量X为：
(式叁)
其中，r＝[x,y,z]T和v＝[vx,vy,vz]T分别为深空探测器的位置和速度矢量，x,y,z分别为深空探测器的位置在三轴上的分量，vx,vy,vz分别为深空探测器的速度在三轴上的分量；
则深空探测器的轨道动力学模型为：
(式肆)
其中， 分别为x,y,z，vx,vy,vz的导数，
式肆可表示为：
(式伍)
其中， 是X的导数， 为时刻t的 ，f(X,t)为深空探测器的状态
转移模型，[x1,y1,z1]和[x2,y2,z2]分别是火星和地球相对于太阳系质心的相对位置矢量，μs,μm,μe分别是太阳，火星和地球的引力常数，rps,rpm,rpe分别是深空探测器到太阳质心，火星质心以及地球质心之间的距离，其计算公式 为 ：
分别是火星
质心、地球质心分别到太阳质心之间的距离；深空探测器的导航系统噪声ω＝[0,0，0，T
ΔFx,ΔFy,ΔFz]，其中，ΔFx，ΔFy和ΔFz是摄动力，ω(t)为时刻t深空探测器的导航系统噪声。
4.根据权利要求3所述的多普勒差分测速模型与X射线脉冲星组合导航的方法，其特征在于：步骤B2中所述的建立X射线脉冲星导航测距模型，其具体实现包括以下子步骤：
步骤2.1：确定用于导航的X射线脉冲星数量及其方位参数；
步骤2.2：建立X射线脉冲到达时间转换模型为：
(式
陆)
(式柒)
其中， 为深空探测器与太阳系质心之间的距离在第j颗脉冲星方向上的投j j j
影；n 是第j颗脉冲星的方向矢量，j＝1,2,…I，I为采用的X射线脉冲星数量，α 和δ分别为第j颗脉冲星的赤经和赤纬， 和 分别为脉冲到达深空探测器时间与到达太阳系质心时间，c为光速， 为第j颗脉冲星到太阳系质心的距离，b为太阳系质心相对于太阳的位置矢量，|b|为位置矢量b的长度；μSun为太阳引力常数，r是深空探测器相对于太阳系质心的位置矢量，|r|为位置矢量r的长度；
X
步骤2.3：确定X射线脉冲星导航观测模型h(X(t),t)；
X
首先假设X射线脉冲星导航观测量Y 为：
(式捌)
其对应的量测噪声为V，则X射线脉冲星导航观测模型可表示为：
YX＝hX(X(t),t)+V(t) (式玖)
其中，V(t)为时刻t的量测噪声，观测模型hX(X(t),t)如下：
(式拾)
其中，第j颗脉冲星的相应项hj(X(t),t)的表达式如下：
(式十一)。
5.根据权利要求4所述的多普勒差分测速模型与X射线脉冲星组合导航的方法，其特征在于：步骤B4中所述的利用扩展卡尔曼滤波器滤波，其具体实现过程为：首先建立脉冲星中滤波器的测量模型，在脉冲星观测期间，其测量模型h(X,t)和测量值Y为：
s
h(X,t)＝h(X,t) (式十二)
s
Y＝Y (式十三)
一旦获得了脉冲到达时间，测量模型h(X,t)和测量值Y则表示为：
(式十四)
(式十五)
其中，hs(X(t),t)即hs(X,t)，hI(X(t),t)即hI(X,t)。
多普勒差分测速模型及与X射线脉冲星组合导航的方法
技术领域
背景技术
发明内容
质心、地球质心分别到太阳质心之间的距离；深空探测器的导航系统噪声ω＝[0,0，0，ΔFx,ΔFy,ΔFz]T，其中，ΔFx，ΔFy和ΔFz是摄动力，ω(t)为时刻t深空探测器的系统噪声。
δ 分别为第j颗脉冲星的赤经和赤纬， 和 分别为脉冲到达深空探测器时间与到达太阳系质心时间，c为光速， 为第j颗脉冲星到太阳系质心的距离，b为太阳系质心相对于太阳的位置矢量，|b|为位置矢量b的长度；μSun为太阳引力常数，r是深空探测器相对于太阳系质心的位置矢量，|r|为位置矢量r的长度；
X
具体实施方式
质心、地球质心分别到太阳质心之间的距离；深空探测器的导航系统噪声ω＝[0,0，0，ΔFx,ΔFx,ΔFz]T，其中，ΔFx，ΔFy和ΔFz是摄动力，ω(t)为时刻t深空探测器的系统噪声。
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