1、X射線脈沖星自主導航技術(XNAV)是一種利用自然天體X射線脈沖星發(fā)出的周期性輻射進行航天器導航的方法，能夠為近地、地月飛行以及太陽系內的航天器提供位置、速度、姿態(tài)和時間等豐富的導航信息。其研究涉及天文學、地球科學和空間科學多個學科，在航天器自主導航領域具有巨大發(fā)展?jié)摿?，是當前衛(wèi)星自主導航研究的熱點。本文以高軌道衛(wèi)星自主導航應用為研究目標，對X射線脈沖星自主導航及其應用技術開展了研究，主要內容如下：
　　 首先分析了X射線脈沖星

2、的導航原理，通過分析了X射線光子到達時間轉換模型和脈沖輻射的標準脈沖輪廓以及脈沖星鐘模型，明確X射線脈沖星導航的物理機制。將脈沖星的物理特質以數(shù)學的方法表示，得出X射線脈沖星導航中最基本的兩個數(shù)學模型，即光子時間轉換模型和脈沖星鐘模型。在此基礎上，論文推導了X射線脈沖星的幾何定軌原理。
　　 針對高軌道衛(wèi)星自主導航的具體問題，研究了X射線脈沖星的高軌道衛(wèi)星自主導航原理、設計了X射線脈沖星量測與衛(wèi)星軌道動力學結合的自主導航算法，即

3、采用擴展卡爾曼濾波作為數(shù)據(jù)融合方法，利用X射線脈沖星脈沖TOA相位觀測量不斷修正高軌道衛(wèi)星軌道動力學預報值。對算法中整周模糊度求解和相對論效應計算的問題，根據(jù)應用對象特性，利用軌道動力學預報值進行整周模糊度的快速確定及TOA傳播方程中相對論效應近似值的計算，最后通過仿真驗證了算法的有效性。
　　 為了降低系統(tǒng)的復雜性和試驗成本，論文研究了在衛(wèi)星上安裝單個x射線探測器的試驗方案和單x射線脈沖的衛(wèi)星自主導航算法以及其與紫外敏感器組合

4、導航技術。首先采用分段式定常系統(tǒng)的可觀測性方法分析了單X射線脈沖星導航系統(tǒng)可觀性，為了增強單X射線脈沖星導航系統(tǒng)的可觀性，提出與紫外敏感器組合導航的方法。采用了多個代表性的高軌道衛(wèi)星進行試驗，結果表明通過與紫外敏感器的組合解決了單X射線脈沖星導航的發(fā)散問題，提高了導航性能。
　　 為了進一步提高高軌道衛(wèi)星的導航精度與可靠性，論文提出了XNAV與GNSS組合導航的高軌道衛(wèi)星自主導航方案。首先分析了當前單個GNSS衛(wèi)星導航中存在的問

5、題，然后提出多GNSS的高軌道衛(wèi)星自主導航方法。在此基礎上，采用聯(lián)邦濾波信息融合技術，設計了XNAV與GNSS的組合導航算法，仿真實驗分析并對比了各種組合模式下的導航性能，結果證實組合后的系統(tǒng)具有更好的導航精度，且兩個系統(tǒng)互為備份，增強了衛(wèi)星導航系統(tǒng)的可靠性。
　　 最后，為了對論文中提出的算法和方案進行有效驗證，將專業(yè)衛(wèi)星仿真軟件STK與MATLAB相結合，設計并實現(xiàn)了高軌道衛(wèi)星軌道確定系統(tǒng)軟件仿真系統(tǒng)，將論文中研究的算法進行