[發(fā)明專利]對X射線脈沖星進(jìn)行跟蹤探測的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310503308.3
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN103528588A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 莫麗東;帥平;李振新;李博;陳建鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 天津航天機(jī)電設(shè)備研究所
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12211
• 代理人: 李震勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種對X射線脈沖星進(jìn)行跟蹤探測的方法，尤其涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)航天器高效、精確導(dǎo)航定位的跟蹤探測脈沖星的方法，屬于航空航天技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

脈沖星是太陽系以外的遙遠(yuǎn)天體，其位置坐標(biāo)猶如恒星星表一樣構(gòu)成一種高精度慣性參考系。脈沖星按一定頻率發(fā)射穩(wěn)定的脈沖信號，其長期穩(wěn)定度好于地球上最穩(wěn)定的銫原子鐘。脈沖星可以提供絕好的空間、時間參考基準(zhǔn)，是空間飛行器極好的天然導(dǎo)航信標(biāo)。1981年，美國通信系統(tǒng)研究所的Chester和Butman提出利用脈沖星X射線源為航天器導(dǎo)航的構(gòu)想，為空間航天器導(dǎo)航定位開啟了新的發(fā)展方向。

X射線脈沖星探測器主要通過光子探頭來接收脈沖星輻射的X射線光子信號，并進(jìn)行X射線光子信號到電信號的轉(zhuǎn)換，每顆脈沖星單圈至少需要約10秒的捕獲時間。傳統(tǒng)X射線脈沖星的捕獲方式，采用在航天器上搭載一顆探測器（如圖1所示），通過航天器推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行軌道機(jī)動來實現(xiàn)對目標(biāo)脈沖星的指向，這樣不僅浪費燃料和能源，而且整個捕獲周期時間漫長，捕獲區(qū)域有限，捕獲效率很低。而一個探測器在某一時刻僅能觀測一顆脈沖星，對一個以上的脈沖星進(jìn)行捕獲時，單一探測器捕獲難度更大。如果在航天器上只固定搭載一個探測器，由于單星定軌幾何結(jié)構(gòu)不好，采用單一探測器導(dǎo)航定位的方法不能達(dá)到良好的定位精度。

同時，由于目前X射線脈沖星導(dǎo)航探測器研究還處于起步階段，各項技術(shù)并不十分成熟，造成X射線探測器研制成本昂貴。因此，生產(chǎn)并在同一個航天器上搭載多個X射線探測器的方式（如圖2所示），雖然可以增大捕獲范圍，但是，這種方式不僅會提高項目的載荷成本，還會成倍增加整機(jī)和單機(jī)的試驗費用，并且搭載多個探測器載荷還會大大增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和實施的難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題是提供一種能夠大范圍捕獲、收集脈沖星發(fā)出的X射線面沖信號，快速、精確、實時跟蹤探測脈沖星的方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種對X射線脈沖星進(jìn)行跟蹤探測的方法，包括：

一、將探測器安裝在姿態(tài)調(diào)整裝置上，姿態(tài)調(diào)整裝置固定在航天器上；

二、將探測器的起始位置參數(shù)或相對位置參數(shù)錄入星載計算機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)；

三、選擇跟蹤探測模式，根據(jù)脈沖星的具體位置對姿態(tài)調(diào)整裝置的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，跟蹤脈沖星。

本發(fā)明是將探測器安裝在姿態(tài)調(diào)整裝置上，通過調(diào)整姿態(tài)調(diào)整裝置的姿態(tài)角，實現(xiàn)增大探測器的跟蹤探測范圍，提高跟蹤探測效率與精度的目的。

進(jìn)一步的，所述姿態(tài)調(diào)整裝置具有回轉(zhuǎn)和俯仰功能，能夠調(diào)整探測器的回轉(zhuǎn)角和俯仰角；所述回轉(zhuǎn)角的調(diào)整范圍為0-360°，俯仰角的調(diào)整范圍為0-90°。

進(jìn)一步的，所述姿態(tài)調(diào)整裝置具有俯仰和偏航功能，能夠調(diào)整探測器的俯仰角和偏航角；所述俯仰角的調(diào)整范圍為0-90°，偏航角的調(diào)整范圍為0-90°。

進(jìn)一步的，所述姿態(tài)調(diào)整裝置具有回轉(zhuǎn)、俯仰和偏航功能，能夠調(diào)整探測器的回轉(zhuǎn)角、俯仰角和偏航角；所述回轉(zhuǎn)角的調(diào)整范圍為0-360°，俯仰角的調(diào)整范圍為0-90°，偏航角的調(diào)整范圍為0-90°。

采用一個探測器即可以實現(xiàn)探測器空間半球范圍內(nèi)的捕獲跟蹤能力，即提高了捕獲范圍和跟蹤精度，又降低了項目成本，有效地克服了單一探測器探測范圍有限和多顆探測器成本昂貴的缺點。

進(jìn)一步的，所述姿態(tài)調(diào)整裝置設(shè)有可將探測器伸出航天器之外的展開支撐臂。

探測器搭載安裝在航天器上，當(dāng)安裝位置受到限制或者工作狀態(tài)對其他設(shè)備產(chǎn)生影響時，通過展開支撐臂將探測器伸出航天器之外，就可以充分避開星上其他設(shè)備，有效減少航天器本身對探測器的遮擋，使機(jī)構(gòu)獲得更大的捕獲空間，大大提高探測器的捕獲工作性能。

進(jìn)一步的，所述跟蹤探測模式為條帶跟蹤探測模式，此探測跟蹤模式中，航天器采用對地三軸穩(wěn)定方式；航天器軸向始終指向地球，探測器安裝在姿態(tài)調(diào)整裝置背向地球的一側(cè)，利用航天器在軌道面的圓周運動，探測器對天球空間范圍的條帶掃描覆蓋，捕獲收集條帶范圍內(nèi)脈沖星信號，通過對姿態(tài)調(diào)整裝置姿態(tài)角的調(diào)整，實現(xiàn)探測器掃描條帶與航天器軌道面間的俯仰角度的調(diào)節(jié)，對不同條帶上脈沖星進(jìn)行掃描、捕獲。

條帶跟蹤探測模式增加了空間范圍對脈沖星的掃描能力，提高了脈沖星捕獲目標(biāo)切換和位置區(qū)域確定的效率。