[发明专利]在轨X射线脉冲星计时模型构建方法

摘要

本发明提供一种在轨X射线脉冲星计时模型构建方法。所述在轨X射线脉冲星计时模型构建方法通过X射线脉冲星光子到达时间预处理、高精度的脉冲星自转频率计算、计时模型的初值区间估计、观测脉冲轮廓重构、高精度的脉冲到达时间估计和鲁棒的计时模型估计几种计算方法有机结合，有效解决了X射线信号强度弱、观测平台动态强所引入的数据问题，可提供X射线脉冲星导航所需的高精度脉冲星位置和时间等星历信息，实现精准导航。本发明适用于地球或其它行星的轨道卫星或星座的自主运控。

主权项

1.一种在轨X射线脉冲星计时模型构建方法，其特征在于，包括：步骤一，X射线脉冲星光子到达时间预处理：将近地轨道航天器探测的光子到达时间的固有时转换到太阳系质心坐标系下的坐标时，对于航天器处测量的X射线光子到达时间假设用τ_obs表示，那么相应的SSB处的光子到达时间为t_SSB＝τ_obs+△_I+△_C+△_P+△_R+△_E+△_S公式中，△_I为仪器响应延迟，用于修正X射线探测器的硬件响应时间延迟；△_C是时钟校正，该项校正由于记录X射线到达时间的原子钟长期稳定度降低而引入的时间误差；△_P是周年视差校正，校正地球绕太阳周年运动所产生的视差；△_R是Roemer延迟，在真空中传播的同一光脉冲从航天器位置到SSB处的时间差；△_E为太阳系Einstein延迟，该项是校正由于地球的运动，以及地球的引力势在卫星位置和SSB处的不同而导致的时延；△_S Shapiro延迟，该项是校正光在经过太阳系内大质量天体时所引入的时间延迟；步骤二，高精度的脉冲星自转频率计算：假设第i个光子到达时间分别用t_i表示，对于假定的自转频率f，那么每个光子相位可以表示为φ_i＝2πmod(ft_i,1)式中：mod为取余运算符，上式为对数字1取余，目的是获取光子到达时间t_i对应的总相位ft_i的小数部分，如果ft_i＝1000.02，那么得到的第i个光子相位φ_i为0.02；那么一种高精度的方法的代价函数表示为式中：m为求和项数，其值是需要估计的量，变量k表示和下标的取值范围，和分别为式中：符号n光子的总个数，最优的参数M的快速计算方法为式中：为允许的积分平均误差，参数M可以通过给定的直接由该式计算；在确定参数M后，将M代入代价函数中，将求和项数m替换为M，这样就确定了代价函数中的求和项范围；对于假定的自转频率f，利用所有的光子到达时间t_i(i＝1,2,…,n)，可以依次计算出和的数值；当假定的自转频率f在某个给定的取值范围内变化时，会得到与f相同数量的代价函数的值，从而得到自转频率f和代价函数的关系曲线，关系曲线最大值对应的频率，即为估计的最优频率；步骤三，计时模型的初值区间估计：在建模X射线脉冲星计时模型时，需要计算并估计频率参数的初值区间；步骤四，观测脉冲轮廓重构：在获得步骤二中的各数据包的自转频率后，利用历元折叠的方法获取观测脉冲轮廓；步骤五，高精度的脉冲到达时间估计：根据观测脉冲轮廓模型估计初始相位的似然函数，计算脉冲峰值的达到时间。