[发明专利]一种脉冲星天文自主导航仿真演示验证系统及其方法

摘要

本发明提供了一种脉冲星天文自主导航仿真演示验证系统及其方法，该系统包括统一授时子系统、脉冲星导航敏感器子系统、星载计算机导航控制子系统和主控与可视化演示子系统，通过该系统实现的仿真演示验证方法可以实现三颗或以上脉冲星的串行模拟要求，模拟指定的脉冲星的轮廓和周期；该方法在系统运行中周期性的发送脉冲星标号、模拟轨道参数和时间历元，从而实现脉冲星波形轮廓的相位改变，并在一段时间内保持辐射轮廓不变，即航天器位置固定，从而实现相位突变型脉冲星动态模拟。在系统中用星上真实产品的脉冲星导航敏感器和星载计算机，完成基于X射线脉冲星的天文自主导航系统的演示与验证，具备在轨运行的真实时序逻辑，模拟系统可信度高。

主权项

一种脉冲星天文自主导航仿真演示验证系统，其特征在于：包括统一授时子系统、脉冲星导航敏感器子系统、星载计算机导航控制子系统和主控与可视化演示子系统，所述脉冲星导航敏感器子系统包括脉冲星模拟器和脉冲星导航敏感器，所述星载计算机导航控制子系统包括星载计算机和遥控遥测模拟计算机；所述主控与可视化演示子系统包括主控计算机和显示模块；统一授时子系统：输出时钟信号到脉冲星模拟器和脉冲星导航敏感器；脉冲星模拟器：接收主控计算机发送的信息数据和统一授时子系统发送的时钟信号，其中，所述信息数据包括脉冲星标号、模拟轨道参数和时间历元；首先，以统一授时子系统发送的时钟信号作为时间基准，根据所述模拟轨道参数和时间历元反算得到脉冲轮廓相位差，根据脉冲星标号加载已设定的标准脉冲星波形轮廓，然后利用所述脉冲轮廓相位差与标准脉冲星波形轮廓计算生成模拟脉冲星波形轮廓，并产生对应的模拟电压值，再按照所述模拟电压值控制输出X射线，并对所述X射线进行准直处理，输出X射线平行光到脉冲星导航敏感器；脉冲星导航敏感器：接收统一授时子系统输出的时钟信号、脉冲星模拟器输出的X射线平行光和星载计算机发送的导航处理结果；对所述的X射线平行光进行光电转换，得到所述X射线平行光对应的电信号；以所述时钟信号作为时间基准，根据所述导航处理结果对电信号进行处理，得到光子到达脉冲星导航敏感器的时间，然后将所述到达时间转换得到光子到达太阳系质心的时间，即TOA值，按照所述TOA值对接收到的光子进行周期折叠，得到观测脉冲星波形轮廓，并将所述观测脉冲星波形轮廓与设定的标准脉冲星波形轮廓进行比对，得到脉冲星导航敏感器观测到的脉冲与模型预测得到的脉冲到达太阳系质心的时间差，即TDOA值；然后输出所述TDOA值到星载计算机；星载计算机：接收遥控遥测模拟计算机发送的控制指令，根据所述控制指令的内容进行相应操作，并将所述操作结果、星载计算机状态参数和导航处理结果发送到遥控遥测模拟计算机；接收主控计算机发送的脉冲星标号、模拟轨道参数和时间历元，以及脉冲星导航敏感器输出的TDOA值，并利用所述脉冲标号对应的脉冲星参数、所述模拟轨道参数、时间历元和TDOA值进行脉冲星导航解算，并将得到得导航处理结果发送到主控计算机和脉冲星导航敏感器；遥控遥测模拟计算机：发送外部输入的控制指令到星载计算机，并接收星载计算机发送的操作结果、星载计算机状态参数和导航处理结果；主控计算机：按照设定的周期发送设定的脉冲星标号、模拟轨道参数和时间历元到脉冲星模拟器和星载计算机；接收星载计算机发送的导航处理结果，与设定的模拟轨道参数进行比较，得到导航处理误差；发送所述导航处理结果和导航处理误差到显示模块；显示模块：接收主控计算机发送的导航处理结果和导航处理误差，进行显示。