基于脉冲星定时模型的自主导航定位方法

讨论了脉冲星定时模型的基本原理,在分析脉冲到达时刻（time of arrival,TOA）向太阳系质心传递时的各项时间延迟修正的基础上,给出了航天器进行深空自主定位的一种迭代方法,并推导了定位算法的线性化形式．以航天器初始位置估计作为脉冲星定时模型的输入,计算脉冲TOA的预测值和93算值的偏差,通过最小二乘法进行航天器的位置修正．最后,分析了建模误差和参数误差等影响定位精度的主要误差源．     

基于压缩感知的脉冲星轮廓构建算法

利用有限的观测时间获得高精度的累积脉冲轮廓,对于X射线脉冲星导航具有重要意义.提出一种基于压缩感知的脉冲星累积脉冲轮廓重构算法.首先,研究脉冲轮廓,获取先验知识,在此基础上构建波形匹配冗余词典,得到脉冲轮廓的稀疏表示;然后,设计观测矩阵,利用原始观测数据得到具有较少点数的非自适应随机测量值;最后,采用匹配追踪方法从随机测量值中恢复脉冲轮廓.利用罗希X射线探测器的实测脉冲星数据进行实验,结果表明：利用相同时段的观测数据,该算法得到的累积脉冲轮廓的信噪比远高于周期叠加方法得到的累积脉冲轮廓.     

脉冲星计时数据的天体测量解析

已有的研究表明,通过对毫秒脉冲星脉冲到达观测者的时刻（time of arrival,TOA）的记录和分析,实现航天器的自主定位是可行的。我们对TOA所含成分作了解析,导出和解释了TOA与观测者质心位置间关系的基本方程,并与其他一些作者的结果进行比较和讨论。作者认为,TOA和太阳系质心（SSB）处的脉冲到达时刻无关,和SSB的日心坐标无关,也和SSB处的引力时延无关。因此,不应如Sheikh所做的那样,试图在观测者和SSB之间计算较差到达时刻和较差引力时延。     

一种基于泊松分布的提高X射线脉冲星脉冲轮廓信噪比的方法

论述了X射线脉冲星辐射模型和脉冲轮廓构造算法,提出了以Kullback-leibler距离函数作为评价标准,提高具有泊松分布规律的X射线脉冲星脉冲轮廓信噪比的平滑算法,推导了平滑参数和平滑累积脉冲轮廓的计算公式.搭建了X射线脉冲星导航地面模拟系统,实现了对模拟X射线脉冲星单光子到达时间的记录及X射线脉冲星脉冲轮廓的构造,得到了X射线脉冲到达时间TOA.在X射线脉冲星导航地面模拟系统上,对平滑算法进行了验证,结果表明该算法对于提高累积脉冲轮廓的信噪比效果显著,信噪比提高大于10dB.     

脉冲星PSR J1224-6407的偏振、频谱和到达时间的研究

使用澳大利亚帕克斯射电望远镜对PSR J1224-6407进行了3个波段的研究，观测数据的时间跨度约10 a. 3个波段观测中心频率分别为732、1 369 MHz和3 100 MHz.将测量得到的流量密度与文献中的频谱数据相结合，得出脉冲星的频谱特性.用简单的幂律谱模型对频谱进行了拟合，得到谱指数为-1.45.用PSRCHIVE软件得到3个频率下平均脉冲轮廓和偏振观测结果，脉冲总强度、圆偏振、线偏振和偏振位置角曲线随频率表现出了不同的变化.在1.4 GHz的频率下，分析了脉冲星的计时残差，更新了脉冲星的位置、自转周期和周期导数等基本参数.     

基于星光多普勒的脉冲星脉冲到达时间补偿

为了有效抑制多普勒效应对脉冲到达时间精度的影响,提出了一种基于星光多普勒的脉冲星脉冲到达时间补偿方法.该方法首先根据多颗恒星的星光多普勒频移解算出高精度航天器速度信息,然后利用该速度信息对X射线探测器获得的脉冲光子到达时间进行补偿,最后利用历元叠加法累积脉冲光子获得脉冲到达时间.该方法能有效抑制航天器高速运动对脉冲到达时间的不利影响,理论分析和实验结果表明了该方法的可行性和有效性;该方法的补偿精度比轨道外推方法高出两个数量级,且该方法的鲁棒性比轨道外推方法更强.     

基于脉冲星和太阳敏感器的日地系Halo轨道组合导航研究

为提高平动点轨道探测器的自主导航能力,提出一种利用X射线脉冲星和太阳敏感器的导航算法. 利用X射线脉冲星导航理论,用X射线探测器测量X射线脉冲到达时间,同时利用太阳敏感器测量太阳视线方向矢量,建立导航系统观测方程. 在高精度星历模型下,对日地系Halo轨道建立数学模型,利用二级微分修正方法获取地球质心惯性系下的标称轨道,利用基于UD分解的联邦Unscented卡尔曼滤波方法进行状态估计,并研究了摄动因素对导航结果的影响. 仿真结果表明,该方法能够完成日地系平动点轨道的自主导航,并且比X射线脉冲星单独导航具有更高的导航精度.      

基于X射线脉冲星的空间定位误差仿真研究

研究了X射线脉冲星脉冲到达时间(TOA)测量的原理;基于TOA测量,构建了SSB惯性系下空间绝对定位的数学模型,并说明了整周期数向量的求解过程;基于SNR得出了脉冲相位观测时间与TOA测量精度的关系.利用仿真脉冲相位观测数据,对×射线脉冲星空间定位进行系统仿真.仿真结果表明模糊度搜索效果较好,相位观测时间的选择对位置确定的精度影响较大.     

黑洞-脉冲星系统强引力中的光传播效应

脉冲星是宇宙中最精确的时钟,其信号周期的精确度能够超过原子钟;它发出的脉冲在到达地球的过程中,如果途径黑洞附近,会被强引力场弯曲,原则上可以通过观测接收到的脉冲来研究黑洞和强引力场的性质.我们以围绕银河系中心超大质量黑洞做圆周运动的脉冲星为研究对象,分析了强引力场对脉冲路径的影响和脉冲到达时间的延迟.结果表明,脉冲轨迹和时延敏感依赖于观测者的观测倾角.观测角越大,强引力场效应就越显著.相比于黑洞的引力质量,黑洞自旋对结果的影响较小;当观测者偏离脉冲星轨道平面较大,即观测角较小时,黑洞的自旋效应明显变小;因此,需要借助高精度和灵敏度的望远镜来探究黑洞自旋的影响.     

基于X射线脉冲星的最小误差熵定姿态方法

提出一种基于X射线脉冲星能量观测信息和最小误差熵算法的航天器自主定姿方法.首先建立了圆形准直器差分测量模型,观测两颗脉冲星的辐射光子能量.然后引入信息熵概念来充分表征脉冲星辐射信号的随机性,用最小误差熵原理进行参数拟合,解出脉冲星在航天器坐标架下的方向矢量,通过矢量定姿法解算出航天器在参考坐标系中的完整姿态.最后结合美国国家宇航局HEACARC数据库提供的脉冲星观测数据进行了仿真试验,结果表明:在所给试验条件下,基于最小误差熵方法的参数估计精度要优于常用的最小二乘法,相比于后者,俯仰、滚动和偏航三轴精度分别提高了31.4％,27.1％和32.5％.     

航天器的稳定自旋对双程多普勒追踪测量的影响

多普革追踪是航天器测量的主要手段之一，在通过对绕月轨道变化的观测来精确测定月球引力场球协函数高阶项的研究中，要求在数十秒采样间隔内得的多普勒频率漂移精度要达到１ＭＨｚ，然而，由于采用了自转稳定姿态控制模式，航天器的旋转会对多普勒测量产生影响，介绍了这种影响以及消除这种影响的方法。     

超声多普勒流量计实现分区流速测量的方法研究

为了扩展超声波多普勒测量方法的功能并提高超声多普勒流量计的测量精度,提出了可以实现流通区域内流体速度分布测量的分区流速测量方法。采用超声波交叉域法,对声束的发射与接收进行汇聚,使汉速信息集中在流场中十几毫米到数毫米的区域范围内;采用了发射、接收换能器,让声束的交叉域分布在描述流场特性的地方,实现了流场的分区流速测量。扩展了超声波多普勒方法的功能,若对分区流速进行积分处理就可获得流量,为提高超声多普     

三维空间Doppler夹角的测量与流速校正方法的研究

超声血流测量系统往往由于无法确定声束 -流速夹角 (Doppler夹角 ) ,因而只能检测真实血流速度的轴向分量。为了解决这一问题 ,该文提出了一种新的基于电磁式定位机构的三维空间 Doppler夹角和速度的测量方法。它借助电磁式定位机构的定位信息重构出血管的三维形状 ,并利用几何关系求出声束与血流的夹角 ,从而得到三维空间中的血流速度估计。实验证明 ,这个方法具有较高的测量准确度     

冲击-斜波加载下锆的动力学特性

本文基于磁驱动装置CQ-4完成了冲击-斜波加载实验设计,开展了金属锆在不同加载条件下先冲击再斜波压缩新热力学路径下的动力学特性研究.实验结果显示,加载压力峰值约为25 GPa,三个样品的波剖面结构依次为弹塑性转变、冲击波和斜波压缩,当冲击加载压力在相变压力附近约10 GPa时可以获取含有明显相变特征的速度波剖面,而冲击压力在20 GPa时冲击波覆盖相变波,速度波剖面无法观测到10 GPa附近的双波结构.加载压力峰值约为44 GPa,速度波剖面无弹塑性转变和相变特征为单波结构.结合多相状态方程和非平衡相变速率方程对锆的冲击-斜波压缩过程进行了数值模拟,计算与实验结果吻合良好,可以较好地模拟锆的冲击-斜波压缩实验过程.     

基于机器视觉的齿廓偏差测量方法

齿廓偏差是影响齿轮传动平稳性的重要参数.针对现有齿廓偏差测量方法的局限性,首先,以机器视觉为基础采集齿轮的图像,利用MATLAB进行图像处理获得清晰的齿廓边缘,采集齿廓目标点云数据.其次,运用逆向工程的方法建立标准齿轮模型获得齿轮的参考点云,结合经典迭代最近点算法实现齿廓目标点云和参考点云的配准,采集配准后的数据并进行曲线拟合,获得齿廓偏差并分析误差.最后,通过齿廓偏差计算值和测量值的对比和分析.结果表明,所提出关于测量齿轮齿廓偏差的方法具有合理性和可行性.     

明渠非恒定流及输沙试验系统

为研究明渠非恒定流运动特性和输沙机理,建立了长20m,宽29.5cm,高40cm的水槽非恒定流实验系统。该系统包括变坡水槽、供水控制、水位和流速量测、推移质循环及测量5个部分。通过计算机控制生成设定的非恒定流过程;沿水槽架设的6个压力传感器监控沿水槽的水位变化;采用二维激光流速仪测量垂线流速分布。初步试验结果表明:该系统可以生成稳定可重复的非恒定流过程,得到包括水深、流量、流速及输沙率变化的大量非恒定流试验数据,为洪水波的运动特性及输沙特性研究奠定了基础。     

提高结构光三维形貌测量精度的分段拟合滤波方法

在基于结构光的三维形貌测量法中,物体高度调制后的变形结构光场经过成像系统成像,由测量系统获取,并通过滤波,相位测量和解相位恢复出物体的高度信息.其中滤波是提高测量精度的重要环节.本文通过计算机模拟及数据对比证实,在相位测量轮廓术的基础上采用分段拟合滤波滤除噪声的有效性和实用性,并对分段拟合滤波的计算精度和计算误差进行实验模拟分析.     

称重式降水传感器测量误差变化研究

为研究自动气象站称重式降水传感器测量误差的变化规律,提出了一种通过依次添加砝码准确模拟降水量,从而实现现场校准的方法。对2019—2021年传感器现场校准数据进行统计,基于历史校准数据设计了一种计算称重式降水传感器偏离程度及其变化趋势的方法,根据历史校准数据得到传感器偏离程度变化模型。结果表明,现阶段传感器测量误差范围及观测数据质量整体受控可控,总体偏离程度为标准值的2.1%,且逐年增长0.1%。该研究可为气象传感器的测量误差预测、寿命预测提供参考。     

基于蚁群优化的GPS/DInSAR三维形变监测方法

提出一种基于蚁群优化的GPS/DInSAR形变测量方法,将高精度地表散点GPS三维观测量与DInSAR视线向观测量进行深度融合,提取地表真三维形变量.以GPS约束与DInSAR约束基于Gibbs方程构建能量函数,利用蚁群优化算法在连续空间求解能量函数最小值.实验研究结果表明,该方法在连续地表三维形变测量中具有较高精度,特别是垂直方向上具明显优势.