高动态环境下的多普勒测速脉冲星导航方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61501336
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0111.信号理论与信号处理
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

In the encounter period of deep space exploration which is a high dynamic environment, the autonomous navigation is the key to a successful mission. In the encounter period, as the acceleration of spacecraft varies fast, the orbit dynamic model has high dynamic characters including nonlinear and fast time-varying. The velocity error calculated by the orbit dynamic model is very large, which affects the whole navigation system performance. Besides the pulse time-of-arrival, the newly-developed Doppler velocimetry pulsar navigation method can also provide the Doppler velocity directly, and applies to the encounter period. We research the Doppler velocimetry pulsar navigation from the aspects of the prediction model, the observation information and the filter. .① The prediction model integrated by the high dynamic orbit dynamic model has low accuracy. To solve this problem, the efficient integral error compensation method is adopted to construct the real-time and highly precise prediction model. .②The raw data amount of pulsar signals is very large. The computational load of the Doppler velocimetry, which is proportional to the raw data amount, is very large. To obtain the observation real-time, the pulse time-of-arrival and Doppler velocity joint estimation method based on compressive sensing is proposed. .③Subjected to the nonlinear prediction model, the nonlinear prediction bias caused by the state estimation error is large. The relationship between the prediction bias and the state estimation error is analyzed. The high dynamic navigation filter with the relationship between the two is proposed. .The investigated achievements will provide the spacecraft with the time-real and accurate autonomous navigation information in the encounter period.
在深空探测捕获段这一高动态环境下,自主导航极为关键。在捕获段,航天器加速度变化快,轨道动力学模型呈强非线性、快时变等高动态特点。结合该模型计算出的速度误差较大,这将影响导航系统性能。除脉冲到达时间外,新兴的多普勒测速脉冲星导航还可直接提供多普勒速度这一观测量,适用于捕获段。本项目面向捕获段,从预测模型、观测量和滤波器等方面开展多普勒测速脉冲星导航研究:①由高动态轨道动力学模型积分而成的预测模型精度低。为解决该问题,拟通过高效的积分误差补偿方法构造实时高精度的预测模型。②脉冲星信号原始数据量大,与其成正比的多普勒测速计算量极大。为实时获取观测量,设计基于压缩感知的多普勒速度和脉冲到达时间联合估计方法。③由于预测模型强非线性,状态估计误差引起的非线性预测偏差较大,通过研究预测偏差与状态估计误差的耦合关系,提出二者相关条件下的高动态导航滤波器。以上成果将在捕获段为航天器提供实时高精度的自主导航。

结项摘要

在深空探测捕获段这一高动态环境下,自主导航极为关键。在捕获段,航天器加速度变化快,轨道动力学模型呈强非线性、快时变等高动态特点。结合该模型计算出的速度误差较大,这将影响导航系统性能。除脉冲到达时间外,新兴的多普勒测速脉冲星导航还可直接提供多普勒速度这一观测量,适用于捕获段。本项目开展多普勒测速脉冲星导航研究,取得了一些有意义的结果:.(1) 基于星光多普勒的状态预测模型。在该方法中,星光多普勒测量值不再作为用于更新的测量值,而是取代轨道动力学模型直接提供航天器速度信息。在高动态环境下,仍能提供高精度的预测状态。.(2) 基于压缩感知的脉冲星多普勒测速和到达时间估计方法。该方法利用了脉冲相位偏移而非轮廓畸变估计频移,实现了快速脉冲星多普勒测速和到达时间联合估计,将计算量降低了四个数量级。.(3) 面向深空捕获段的天文测角/测速/测距深度组合导航系统及可观测性分析方法。”深度”二字体现在测角和测速信息抑制了脉冲星信号的多普勒效应。提出了分数阶可观测性矩阵构建方法和结构性条件数,能准确反映天文测角组合导航性能。为了优化多普勒导航恒星与脉冲星的组合,提出了冗余导航系统中的多普勒导航恒星选择策略,实现了优化组合,在仅增加一颗多普勒导航恒星的条件下,提高了组合导航精度。. (4) 脉冲星到达时间快速估计方法。利用三阶累积量、萤火虫群优化算法、两级压缩感知、小波变换等数学工具,优化脉冲星到达时间估计方法,降低了计算量。. (5) 太阳耀斑到达时间差分量测方法。利用太阳直射光与行星反射光的强度相关性,提出了一种太阳耀斑到达时间差分导航方法。传统天文自主导航方法无法直接提供深空探测器与目标天体之间的距离这一关键信息,而该方法实现了这一点。.以上成果构成了一套具有自主知识产权的高动态环境下的多普勒测速脉冲星自主导航解决方案,预计将在捕获段为航天器提供实时高精度的自主导航。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Fractional differentiation-based observability analysis method for nonlinear X-ray pulsar navigation system
基于分数阶微分的非线性X射线脉冲星导航系统可观测性分析方法
  • DOI:
    10.1177/0954410017692368
  • 发表时间:
    2018-06
  • 期刊:
    Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers - Part G: Journal of Aerospace Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu Jin;Fang Jian-cheng;Liu Gang;Wu Jin
  • 通讯作者:
    Wu Jin
Fast time-delay measurement for integrated pulsar pulse profiles
集成脉冲星脉冲轮廓的快速延时测量
  • DOI:
    10.1108/aeat-02-2015-0030
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    Aircraft Engineering and Aerospace Technology
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Kang Zhi-wei;He Xin;Liu Jin;Tao Tian-yuan
  • 通讯作者:
    Tao Tian-yuan
X-ray pulsars time delay estimation using GSO-based bispectral feature points
使用基于 GSO 的双谱特征点估计 X 射线脉冲星时间延迟
  • DOI:
    10.1016/j.ijleo.2016.02.041
  • 发表时间:
    2016-06
  • 期刊:
    Optik
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Kang Zhi-wei;He Xin;Liu Jin
  • 通讯作者:
    Liu Jin
Star selection strategy using measurement coupling matrix in starlight Doppler-based integrated navigation system
星光多普勒组合导航系统中基于测量耦合矩阵的选星策略
  • DOI:
    10.1177/0954410015603736
  • 发表时间:
    2016-05
  • 期刊:
    PROCEEDINGS OF THE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS PART G-JOURNAL OF AEROSPACE ENGINEERING
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    Liu Jin;Fang Jian-Cheng;Yang Zhao-Hua;Liu Gang;Wu Jin
  • 通讯作者:
    Wu Jin
基于两级压缩感知的脉冲星时延估计方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    康志伟;吴春艳;刘劲;马辛;桂明臻
  • 通讯作者:
    桂明臻

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其他文献

基于脉冲星和火星观测的深空探测器自主导航
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    仪器仪表学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘劲;房建成;宁晓琳;吴谨;康志伟
  • 通讯作者:
    康志伟
基于自学习的稀疏正则化图像超分辨率方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    仪器仪表学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴谨;陈振学;杨莘;刘劲
  • 通讯作者:
    刘劲
基于自归一化神经网络的脉冲星候选体选择
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    康志伟;刘拓;刘劲;马辛;陈晓
  • 通讯作者:
    陈晓
基于USB的155Mb/s码型发生器的研制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    《光电子技术与信息》Vol. 18, No. 2,pp62-65
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘劲;吴重庆;韩兵;傅松年
  • 通讯作者:
    傅松年
Coded aperture enhanced catadioptric optical system for omnidirectional image deblurring
用于全向图像去模糊的编码孔径增强折反射光学系统
  • DOI:
    10.1016/j.ijleo.2013.05.146
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Optik
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    李海峰;李永乐;刘劲;张茂军
  • 通讯作者:
    张茂军

其他文献

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刘劲的其他基金

太阳光波峰到达时间差分量测及其深度组合导航方法研究
  • 批准号:
    61873196
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    66.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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