[发明专利]利用脉冲星辐射矢量和线偏振信息的航天器姿态测量方法

权利要求书

1.一种利用脉冲星辐射矢量和线偏振信息的航天器姿态测量方法，其特征在于包括：X射线偏振探测器、星载原子钟、脉冲星特征参数库、脉冲星辨识算法库、脉冲星信号辨识单元、参考矢量测量单元、偏振曲线重建单元、旋转角距测量单元、姿态矩阵构造单元、探测器指向控制单元和姿态控制平台；X射线偏振探测器配置准直器，在原子钟的支持下记录光子到达时间及其偏振信息，分别送入脉冲星信号辨识单元和偏振曲线重建单元；脉冲星信号辨识单元从脉冲星辨识算法库中提取脉冲星辨识算法进行星源识别，该识别结果送入参考矢量测量单元，完成脉冲星辐射方向矢量测量，测量结果送至姿态矩阵构造单元；偏振曲线重建单元按照时间重建到达光子偏振信息，形成偏振曲线送至旋转角距测量单元，进行辐射矢量的旋转角测量，测量结果送至姿态矩阵构造单元；姿态矩阵构造单元接收来自参考矢量测量单元的矢量信息和旋转角距测量单元的角距信息构造姿态矩阵送至探测器指向控制单元，形成探测器指向控制指令，该指令送至姿态控制平台完成航天器姿态和探测器指向控制。

2.根据权利要求1，所述脉冲星辨识算法库包括周期辨识算法和轮廓辨识算法，其中周期辨识算法通过对X射线偏振探测器的采样序列做FFT变换，提取一次谐波频率f₁与脉冲星特征参数库中的脉冲星频率参数f₂逐次比对，使|f₁-f₂|最小的脉冲星即为所观测脉冲星；轮廓辨识算法通过所获取的脉冲星累积轮廓与脉冲星特征参数库中的标准轮廓匹配，匹配度最好的脉冲星即为所观测脉冲星。

3.根据权利要求1，所述的参考矢量测量方法为：根据脉冲星信号识别单元的结果，从脉冲星参数库中提取对应脉冲星辐射强度和背景噪声强度等信息，根据准直器的传递函数计算准直器的指向与目标脉冲星辐射矢量夹角，并以此夹角作为损失函数，通过调整准直器指向，使该损失函数最小时，准直器的指向及为参考矢量的方向。

4.根据权利要求1，所述的偏振曲线重建方法为：以X射线光子的线偏振为测量对象，先将线偏振方向以 为单位划分为N个部分，其中每一个部分代表了偏振方向的一个子集；X射线偏振探测器在原子钟支持下以时间分辨的形式对光子到达时间进行采样，形成光子采样序列，并记录光子偏振信息，根据该偏振信息将该光子分配给对应的偏振子集，分配的原则为J∈[(i-1)2π/N，i2π/N]，其中i表示第i个子集；统计光子采样序列中对应的采样间隔内偏振子集的个数，计算平均偏振方向 其中J为平均偏振方向，C为对应的第i个子集中的光 子个数；J根据光子采样序列顺序排列形成偏振曲线。

5.根据权利要求1，所述的旋转角距测量方法为：利用天文观测卫星或者测控站长期测量得到的地球惯性坐标系下的偏振曲线作为标准偏振曲线，存储于脉冲星特征参数数据库；星载X射线偏振探测器获取的偏振曲线经过不断旋转与标准偏振曲线做匹配操作，二者吻合最好时所旋转的角度即为旋转角距。

6.根据权利要求1，所述的姿态矩阵构造方法为：设X射线和准直器的轴线方向与本地坐标系的Z轴平行，原点在载体质心，X轴指向载体轨道切线方向，Z轴满足右手螺旋定理；在惯性坐标系中，利用欧拉角表示姿态变换矩阵，有

。

7.根据权利要求1，所述的探测器指向控制实现方法为：根据权利要求1和权利要求3，当准直器通孔截面积为圆形时，探测器指向控制实现方法为调整准直器指向，使

其中，

式中，S为探测器实际使用有效面积，h为准直器的高，r为准直器界面通孔半径，θ为准直器指向与脉冲星辐射矢量之间的夹角。