單探測器x射線脈沖星導航分時觀測方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單探測器X射線脈沖星導航分時觀測方法及裝置，其中方法包括：獲取系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差；根據(jù)預設數(shù)據(jù)庫中每一顆待觀測X射線脈沖星的測量方程和測量誤差估計值、系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差得到預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差；根據(jù)預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差計算每一顆待觀測X射線脈沖星對應的系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差，以選擇系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀測；通過對系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀測得到X射線脈沖星信號的到達時間，以對測量值進行更新；以及根據(jù)更新后的測量值得到系統(tǒng)后驗狀態(tài)和系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差矩陣。該方法通過分時觀測可以有效提高導航精度。
【專利說明】
單探測器X射線脈沖星導航分時觀測方法及裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及X射線脈沖星導航技術領域，特別設及一種單探測器X射線脈沖星導航 分時觀測方法及裝置。
【背景技術】
[0002] XPNAV(X-ray Pulsar化vigation，X射線脈沖星導航系統(tǒng)）是一種利用脈沖星福 射的X射線信號對航天器進行定位、定姿、授時、測速的自主天文導航系統(tǒng)。單探測器X射線 脈沖星導航通常應用于初期的XPNAV在軌實驗，由于載荷、資金等方面的限制，在航天器上 往往只能攜帶一個X射線探測器，此時，需要利用運唯一的X射線探測器分時觀測不同脈沖 星，獲得近似等同于同時觀測多顆脈沖星的導航精度。
[0003] 然而，對于分時觀測不同脈沖星的方法，相關技術均按照某一固定觀測順序，輪流 觀測脈沖星，雖然簡單易行，然而卻不一定是分時觀測方法的最優(yōu)有效方案。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。
[0005] 為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種單探測器X射線脈沖星導航分時觀測方法， 該方法通過分時觀測可W有效提高導航精度。
[0006] 本發(fā)明的另一個目的在于提出一種單探測器X射線脈沖星導航分時觀測裝置。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明一方面實施例提出了一種單探測器X射線脈沖星導航分 時觀測方法，包括:獲取系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差;根據(jù)預設數(shù)據(jù)庫中每一顆待 觀測X射線脈沖星的測量方程和測量誤差估計值、所述系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方 差得到預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差;根據(jù)所述預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差計算每一顆待觀測X 射線脈沖星對應的系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差，W選擇系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈 沖星進行觀測;通過對所述系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀測得到X射線 脈沖星信號的到達時間，W對測量值進行更新；W及根據(jù)更新后的測量值得到系統(tǒng)后驗狀 態(tài)和系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差矩陣。
[000引本發(fā)明實施例的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測方法，首先獲取系統(tǒng)先驗狀 態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差，接著結合預設數(shù)據(jù)庫中每一顆待觀測X射線脈沖星的測量方程 和測量誤差估計值得到預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差，并選擇計算每一顆待觀測X射線脈沖星 對應的系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差并選擇系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀 ，最后通過對系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀測得到X射線脈沖星信號 的到達時間來對測量值進行更新W及根據(jù)更新后的測量值得到系統(tǒng)后驗狀態(tài)和系統(tǒng)后驗 狀態(tài)協(xié)方差矩陣，從而通過分時觀測可W有效提高導航精度。
[0009] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測方法還可W 具有W下附加的技術特征：
[0010] 在一些示例中，所述的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測方法，通過軌道動力學 方程得到所述系統(tǒng)先驗狀態(tài)和先驗系統(tǒng)狀態(tài)協(xié)方差。
[0011] 在一些示例中，所述獲取系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差進一步包括:通過 前一時刻的系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差生成容積積分點;對所述容積積分點進行 軌道動力學遞推計算得到容積點軌道動力學積分計算結果;根據(jù)所述容積點軌道動力學積 分計算結果得到所述系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差。
[0012] 在一些示例中，所述系統(tǒng)后驗狀態(tài)和系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差矩陣的計算方式如下： 獲取系統(tǒng)狀態(tài)與觀測量之間的互協(xié)方差矩陣;獲取測量更新的誤差矩陣;根據(jù)所述互協(xié)方 差矩陣和所述測量更新的誤差矩陣得到卡爾曼濾波增益值;獲取所述測量值;根據(jù)所述卡 爾曼濾波增益值和所述測量更新的誤差矩陣得到所述系統(tǒng)后驗狀態(tài);根據(jù)所述卡爾曼濾波 增益值、所述測量更新的誤差矩陣得到所述系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差矩陣。
[0013] 在一些示例中，所述的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測方法，系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié) 方差矩陣的對角之和為所述系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差。
[0014] 為達到上述目的，本發(fā)明另一方面實施例提出了一種單探測器X射線脈沖星導航 分時觀測裝置，包括:獲取模塊，用于獲取系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差;第一計算 模塊，用于根據(jù)預設數(shù)據(jù)庫中每一顆待觀測X射線脈沖星的測量方程和測量誤差估計值、所 述系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差得到預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差;選擇模塊，用于根 據(jù)所述預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差計算每一顆待觀測X射線脈沖星對應的系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計 誤差，W選擇系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀測；更新模塊，用于通過對 所述系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀測得到X射線脈沖星信號的到達時 間，W對測量值進行更新；W及第二計算模塊，用于根據(jù)更新后的測量值得到系統(tǒng)后驗狀態(tài) 和系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差矩陣。
[0015] 本發(fā)明實施例的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測裝置，首先獲取模塊獲取系 統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差，接著第一計算模塊結合預設數(shù)據(jù)庫中每一顆待觀測X 射線脈沖星的測量方程和測量誤差估計值得到預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差，并選擇模塊選擇 計算每一顆待觀測X射線脈沖星對應的系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差并選擇系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤 差最小的X射線脈沖星進行觀測，最后更新模塊通過對系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線 脈沖星進行觀測得到X射線脈沖星信號的到達時間來對測量值進行更新W及第二計算模塊 根據(jù)更新后的測量值得到系統(tǒng)后驗狀態(tài)和系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差，從而通過分時觀測可W有 效提高導航精度。
[0016] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測裝置還可W 具有W下附加的技術特征：
[0017] 在一些示例中，所述獲取模塊進一步用于通過軌道動力學方程得到所述系統(tǒng)先驗 狀態(tài)和先驗系統(tǒng)狀態(tài)協(xié)方差。
[0018] 在一些示例中，所述獲取模塊具體用于:通過前一時刻的系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先 驗狀態(tài)協(xié)方差生成容積積分點;對所述容積積分點進行軌道動力學遞推計算得到容積點軌 道動力學積分計算結果;根據(jù)所述容積點軌道動力學積分計算結果得到所述系統(tǒng)先驗狀態(tài) 和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差。
[0019] 在一些示例中，所述第一計算模塊和所述第二計算模塊進一步用于:獲取系統(tǒng)狀 態(tài)與觀測量之間的互協(xié)方差矩陣;獲取測量更新的誤差矩陣;根據(jù)所述互協(xié)方差矩陣和所 述測量更新的誤差矩陣得到卡爾曼濾波增益值;獲取所述測量值;根據(jù)所述卡爾曼濾波增 益值和所述測量更新的誤差矩陣得到所述系統(tǒng)后驗狀態(tài);根據(jù)所述卡爾曼濾波增益值、所 述測量更新的誤差矩陣得到所述系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差矩陣。
[0020] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0021] 本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得 明顯和容易理解，其中：
[0022] 圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測方法的流程 圖；
[0023] 圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的軌道動力學計算的示意圖；
[0024] 圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于容積卡爾曼濾波理論的單探測器X射線脈沖 星導航濾波裝置的示意圖；
[0025] 圖4為根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的基于系統(tǒng)后驗狀態(tài)估計模塊的單探測器X射 線脈沖星導航分時觀測方法的流程圖；
[0026] 圖5為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的導航精度對比示意圖；
[0027] 圖6為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測裝置的示意 圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0029] 下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例提出的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測 方法及裝置，首先將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例提出的單探測器X射線脈沖星導航分 時觀測方法。
[0030] 圖1是本發(fā)明一個實施例的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測方法的流程圖。
[0031] 如圖1所示，該單探測器X射線脈沖星導航分時觀測方法可W包括W下步驟：
[0032] 在步驟SlOl中，獲取系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差。
[0033] 具體地，可W通過軌道動力學方程得到所述系統(tǒng)先驗狀態(tài)和先驗系統(tǒng)狀態(tài)協(xié)方 差。更具體而言，首先通過前一時刻的系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差生成容積積分 點，接著對容積積分點進行軌道動力學遞推計算得到容積點軌道動力學積分計算結果，最 后根據(jù)容積點軌道動力學積分計算結果得到系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差。
[0034] 為了本領域人員更加了解軌道動力學計算過程，下面結合圖2具體說明。
[0035] 如圖2所示，第一容積點生成器，生成容積積分點。設第k-1時刻系統(tǒng)狀態(tài)為
系統(tǒng)協(xié)方差矩陣為Pk-I I k-i，其中咬為航天器在k-1時刻的 位置矢量估計值，為航天器在k-1時刻的速度矢量估計值。令
，In表 示n行n列的單位矩陣，其中n = 6為系統(tǒng)狀態(tài)的維數(shù)，Cl表示C的第i列，則容積積分點生成的 公式是
，.Chol (?)代表對矩陣的Cholesky分解。
[0036] 第二容積點積分計算，對容積點進行軌道動力學遞推計算。設軌道動力學狀態(tài)轉 移函數(shù)為f( ?)，系統(tǒng)噪聲為W，其中W符合均值為0,協(xié)方差矩陣為Q的高斯分布，則可W建立 軌道動力學狀態(tài)計算方程為
由于上述方程沒有解析解，可W使用四階龍 格庫塔算法對每一個容積點Xi,分別進行軌道動力學迭代計算，具體的迭代公式如下：
[0037] y(j+l)=y(j)+hX 化 1+2 Xk2 巧 X k3+k4)/6 [003引 ki = f(Xi,k-i|k-i( j)，y( j))
[0039] k2 = f(xi,k-i|k-i(j)+h/2,y(j)+hXki/2)
[0040] k3 = f(xi,k-i|k-i(j)+h/2,y(j)+hXk2/2)
[0041 ] k4=f (xi,k-i|k-i( j)+h,y( j)+hXk3)
[0042] 其中，h為迭代計算步長，可W結合計算精度和計算速度適當選取。
[0043] 第=先驗狀態(tài)估計，對系統(tǒng)進行先驗狀態(tài)估計。設第i個容積點軌道動力學積分計 算的結果是，則第k時刻先驗狀態(tài)估計
[0044] 第四先驗狀態(tài)協(xié)方差估計，用于對系統(tǒng)進行先驗狀態(tài)協(xié)方差進行估計。估計公式 為
[0045] 在步驟S102中，根據(jù)預設數(shù)據(jù)庫中每一顆待觀測X射線脈沖星的測量方程和測量 誤差估計值、系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差得到預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差。
[0046] 在步驟S103中，根據(jù)預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差計算每一顆待觀測X射線脈沖星對 應的系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差，W選擇系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀測。
[0047] 在步驟S104中，通過對系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀測得到X 射線脈沖星信號的到達時間，W對測量值進行更新。
[0048] 需要說明的是，計算X射線脈沖星信號的到達時間。X射線探測器接收X射線脈沖星 信號，記錄接收到的光子的到達時|1
I捜索似然函數(shù)(6( 4 1)最大值對應的 相位，貝化射線脈沖星信號的到達時I'g
Mti; 4 1)是光子的到達速率函數(shù)，由X射線脈沖星數(shù)據(jù)庫提供。
[0049] 在步驟S105中，根據(jù)更新后的測量值得到系統(tǒng)后驗狀態(tài)和系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差矩 陣。
[0050] 具體地，首先獲取系統(tǒng)狀態(tài)與觀測量之間的互協(xié)方差矩陣，接著獲取測量更新的 誤差矩陣，然后根據(jù)互協(xié)方差矩陣和測量更新的誤差矩陣得到卡爾曼濾波增益值，W及獲 取測量值，最后根據(jù)卡爾曼濾波增益值和測量更新的誤差矩陣得到系統(tǒng)后驗狀態(tài)和根據(jù)卡 爾曼濾波增益值、測量更新的誤差矩陣得到系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差矩陣。
[0051 ]下面結合圖3詳細說明，如圖3所示：
[0052] 第一互協(xié)方差估計，估計系統(tǒng)狀態(tài)與觀測量之間的互協(xié)方差矩陣。設X射線脈沖星 的方向矢量為n，測量噪聲為U，其中U符合均值為0,協(xié)方差矩陣為R的高斯分布，Z為X射線脈 沖星信號的到達時間，則可W建立X射線脈沖運導航娜I畳方浩巧:Z = HX+U，其中，H= [n 0 0 0]，則第k時刻互協(xié)方差估計計算公式夫
[0053] 第二更新誤差估計，估計測量更新的誤差矩陣。第k時刻更新誤差估計計算公式 為
[0054] 第=卡爾曼濾波增益估計，計算卡爾曼濾波增益值。第k時刻更新誤差估計計算公 式為
[0055] 第四更新量估計，估計測量值。第k時刻更新誤差估計計算公式為：
「0化61 笛書后胳3術杰化化系統(tǒng)后驗狀態(tài)。第k時刻后驗系統(tǒng)狀態(tài)估計計算公式為：
[0057]第六后驗狀態(tài)協(xié)方差估計，估計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差矩陣。第k時刻后驗系統(tǒng)后驗 狀態(tài)協(xié)方差矩陣計算公式關
[005引需要說明的是，容積卡爾曼濾波理論是通過使用=階容積積分規(guī)則，解決了傳統(tǒng) 卡爾曼濾波器中非線性高斯積分難W計算的問題，是未來卡爾曼濾波領域最有發(fā)展?jié)摿Φ?濾波理論之一。
[0059] 需要說明的是，其中，系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差矩陣的對角之和為系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計 誤差。
[0060] 根據(jù)本發(fā)明實施例的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測方法，首先獲取系統(tǒng)先 驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差，接著結合預設數(shù)據(jù)庫中每一顆待觀測X射線脈沖星的測量 方程和測量誤差估計值得到預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差，并選擇計算每一顆待觀測X射線脈 沖星對應的系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差并選擇系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行 觀測，最后通過對系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀測得到X射線脈沖星信 號的到達時間來對測量值進行更新W及根據(jù)更新后的測量值得到系統(tǒng)后驗狀態(tài)和系統(tǒng)后 驗狀態(tài)協(xié)方差，從而通過分時觀測可W有效提高導航精度。
[0061] 圖4為根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的基于系統(tǒng)后驗狀態(tài)估計模塊的單探測器X射 線脈沖星導航分時觀測方法的流程圖。
[0062] S401，利用軌道動力學計算模塊，計算系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差，并將 計算結果分別送入系統(tǒng)后驗狀態(tài)估計模塊一和系統(tǒng)后驗狀態(tài)估計模塊二；
[0063] S402,將每一顆待觀測X射線脈沖星的測量方程和測量誤差估計，由X射線脈沖星 導航數(shù)據(jù)庫模塊分別送入系統(tǒng)后驗狀態(tài)估計模塊一；
[0064] S403,利用系統(tǒng)后驗狀態(tài)估計模塊一計算系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差矩陣，并將計算結 果送入X射線脈沖星選擇模塊；
[0065] S404，利用X射線脈沖星選擇模塊，分別計算每一顆待觀測X射線脈沖星對應的系 統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差，選擇系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀測；
[0066] S405,觀測X射線脈沖星，利用TOA估計模塊計算X射線脈沖星信號的到達時間，并 將結果送入系統(tǒng)后驗狀態(tài)估計模塊二中；
[0067] S406,利用系統(tǒng)后驗狀態(tài)估計模塊二，計算系統(tǒng)后驗狀態(tài)和系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差， 并返回第S401步，進入下一次的迭代計算過程。
[006引舉例而言，使用3顆備選X射線脈沖星B0531+2UB1821-24和B1939+21，對一顆低軌 衛(wèi)星進行單探測器X射線脈沖星導航，原始軌道數(shù)據(jù)生成采用HPOP模型，軌道動力學狀態(tài)轉 移計算采用二體模型，最終得到的定位精度與傳統(tǒng)方案的性能對比曲線如圖5。
[0069] 根據(jù)本發(fā)明實施例的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測方法，首先獲取系統(tǒng)先 驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差，接著結合預設數(shù)據(jù)庫中每一顆待觀測X射線脈沖星的測量 方程和測量誤差估計值得到預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差，并選擇計算每一顆待觀測X射線脈 沖星對應的系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差并選擇系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行 觀測，最后通過對系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀測得到X射線脈沖星信 號的到達時間來對測量值進行更新W及根據(jù)更新后的測量值得到系統(tǒng)后驗狀態(tài)和系統(tǒng)后 驗狀態(tài)協(xié)方差，從而通過分時觀測可W有效提高導航精度。
[0070] 其次參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例提出的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測 裝置。
[0071] 圖6是本發(fā)明一個實施例的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測裝置的結構示意 圖。
[0072] 如圖6所示，該單探測器X射線脈沖星導航分時觀測裝置可W包括:獲取模塊10(相 當于上述的軌道動力學計算模塊）、第一計算模塊20(相當于上述的系統(tǒng)后驗狀態(tài)估計模塊 一）、選擇模塊30(相當于上述的X射線脈沖星選擇模塊）、更新模塊40(相當于上述的TOA估 計模塊)和第二計算模塊50(相當于上述的系統(tǒng)后驗狀態(tài)估計模塊二）。
[0073] 其中，獲取模塊10用于獲取系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差。第一計算模塊 20用于根據(jù)預設數(shù)據(jù)庫中每一顆待觀測X射線脈沖星的測量方程和測量誤差估計值、系統(tǒng) 先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差得到預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差。
[0074] 選擇模塊30用于根據(jù)預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差計算每一顆待觀測X射線脈沖星對 應的系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差，W選擇系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀測。
[0075] 更新模塊40用于通過對系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀測得到 X射線脈沖星信號的到達時間，W對測量值進行更新。
[0076] 第二計算模塊50用于根據(jù)更新后的測量值得到系統(tǒng)后驗狀態(tài)和系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié) 方差。
[0077] 獲取模塊10進一步用于通過軌道動力學方程得到系統(tǒng)先驗狀態(tài)和先驗系統(tǒng)狀態(tài) 協(xié)方差。
[0078] 獲取模塊10具體用于通過前一時刻的系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差生成 容積積分點。對容積積分點進行軌道動力學遞推計算得到容積點軌道動力學積分計算結 果。根據(jù)容積點軌道動力學積分計算結果得到系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差矩陣。
[0079] 第一計算模塊20和第二計算模塊50進一步用于:獲取系統(tǒng)狀態(tài)與觀測量之間的互 協(xié)方差矩陣。獲取測量更新的誤差矩陣。根據(jù)互協(xié)方差矩陣和測量更新的誤差矩陣得到卡 爾曼濾波增益值。獲取測量值。根據(jù)卡爾曼濾波增益值和所述測量更新的誤差矩陣得到系 統(tǒng)后驗狀態(tài)。根據(jù)卡爾曼濾波增益值、測量更新的誤差矩陣得到系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差矩陣。
[0080] 其中，系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差矩陣的對角之和為系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差。
[0081] 需要說明的是，前述對方法實施例的解釋說明也適用于該實施例的裝置，此處不 再寶述。
[0082] 本發(fā)明實施例的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測裝置，首先獲取模塊獲取系 統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差，接著第一計算模塊結合預設數(shù)據(jù)庫中每一顆待觀測X 射線脈沖星的測量方程和測量誤差估計值得到預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差，并選擇模塊選擇 計算每一顆待觀測X射線脈沖星對應的系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差并選擇系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤 差最小的X射線脈沖星進行觀測，最后更新模塊通過對系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線 脈沖星進行觀測得到X射線脈沖星信號的到達時間來對測量值進行更新W及第二計算模塊 根據(jù)更新后的測量值得到系統(tǒng)后驗狀態(tài)和系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差，從而通過分時觀測可W有 效提高導航精度。
[0083] 此外，術語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性 或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可W明示或者 隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，"多個"的含義是至少兩個，例如兩個，= 個等，除非另有明確具體的限定。
[0084] 在本說明書的描述中，參考術語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特 點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不 必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可W在任 一個或多個實施例或示例中W合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技 術人員可W將本說明書中描述的不同實施例或示例W及不同實施例或示例的特征進行結 合和組合。
[0085] 盡管上面已經示出和描述了本發(fā)明的實施例，可W理解的是，上述實施例是示例 性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的范圍內可W對上述 實施例進行變化、修改、替換和變型。
【主權項】
1. 一種單探測器X射線脈沖星導航分時觀測方法，其特征在于，包括以下步驟： 獲取系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差； 根據(jù)預設數(shù)據(jù)庫中每一顆待觀測X射線脈沖星的測量方程和測量誤差估計值、所述系 統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差得到預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差； 根據(jù)所述預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差計算每一顆待觀測X射線脈沖星對應的系統(tǒng)狀態(tài)后 驗估計誤差，以選擇系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀測； 通過對所述系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀測得到X射線脈沖星信 號的到達時間，以對測量值進行更新；以及 根據(jù)更新后的測量值得到系統(tǒng)后驗狀態(tài)和系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差矩陣。2. 如權利要求1所述的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測方法，其特征在于，通過軌 道動力學方程得到所述系統(tǒng)先驗狀態(tài)和先驗系統(tǒng)狀態(tài)協(xié)方差。3. 如權利要求2所述的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測方法，其特征在于，所述獲 取系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差進一步包括： 通過前一時刻的系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差生成容積積分點； 對所述容積積分點進行軌道動力學遞推計算得到容積點軌道動力學積分計算結果； 根據(jù)所述容積點軌道動力學積分計算結果得到所述系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié) 方差。4. 如權利要求3所述的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測方法，其特征在于，所述系 統(tǒng)后驗狀態(tài)和系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差矩陣的計算方式如下： 獲取系統(tǒng)狀態(tài)與觀測量之間的互協(xié)方差矩陣； 獲取測量更新的誤差矩陣； 根據(jù)所述互協(xié)方差矩陣和所述測量更新的誤差矩陣得到卡爾曼濾波增益值； 獲取所述測量值； 根據(jù)所述卡爾曼濾波增益值和所述測量更新的誤差矩陣得到所述系統(tǒng)后驗狀態(tài)； 根據(jù)所述卡爾曼濾波增益值、所述測量更新的誤差矩陣得到所述系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差 矩陣。5. 如權利要求4所述的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測方法，其特征在于，系統(tǒng)后 驗狀態(tài)協(xié)方差矩陣的對角之和為所述系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差。6. -種單探測器X射線脈沖星導航分時觀測裝置，其特征在于，包括： 獲取模塊，用于獲取系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差； 第一計算模塊，用于根據(jù)預設數(shù)據(jù)庫中每一顆待觀測X射線脈沖星的測量方程和測量 誤差估計值、所述系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差得到預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差； 選擇模塊，用于根據(jù)所述預計系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差計算每一顆待觀測X射線脈沖星對 應的系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差，以選擇系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀測； 更新模塊，用于通過對所述系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差最小的X射線脈沖星進行觀測得到X 射線脈沖星信號的到達時間，以對測量值進行更新；以及 第二計算模塊，用于根據(jù)更新后的測量值得到系統(tǒng)后驗狀態(tài)和系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差矩 陣。7. 如權利要求6所述的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測裝置，其特征在于，所述獲 取模塊進一步用于通過軌道動力學方程得到所述系統(tǒng)先驗狀態(tài)和先驗系統(tǒng)狀態(tài)協(xié)方差。8. 如權利要求7所述的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測裝置，其特征在于，所述獲 取模塊具體用于： 通過前一時刻的系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié)方差生成容積積分點； 對所述容積積分點進行軌道動力學遞推計算得到容積點軌道動力學積分計算結果； 根據(jù)所述容積點軌道動力學積分計算結果得到所述系統(tǒng)先驗狀態(tài)和系統(tǒng)先驗狀態(tài)協(xié) 方差。9. 如權利要求8所述的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測裝置，其特征在于，所述第 一計算模塊和所述第二計算模塊進一步用于： 獲取系統(tǒng)狀態(tài)與觀測量之間的互協(xié)方差矩陣； 獲取測量更新的誤差矩陣； 根據(jù)所述互協(xié)方差矩陣和所述測量更新的誤差矩陣得到卡爾曼濾波增益值； 獲取所述測量值； 根據(jù)所述卡爾曼濾波增益值和所述測量更新的誤差矩陣得到所述系統(tǒng)后驗狀態(tài)； 根據(jù)所述卡爾曼濾波增益值、所述測量更新的誤差矩陣得到所述系統(tǒng)后驗狀態(tài)協(xié)方差 矩陣。10. 如權利要求8所述的單探測器X射線脈沖星導航分時觀測裝置，其特征在于，系統(tǒng)后 驗狀態(tài)協(xié)方差矩陣的對角之和為所述系統(tǒng)狀態(tài)后驗估計誤差。
【文檔編號】G01C21/02GK105953791SQ201610269560
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】詹亞鋒, 梁昊
【申請人】清華大學