航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb.152023Vol.44No.3ISSN1000-6893CN11-1929/V526597-1X射线脉冲星导航的最优观测周期确定苏剑宇1，方海燕1，*，高敬敬1，赵良21．西安电子科技大学空间科学与技术学院，西安7101262．北京临近空间飞行器系统工程研究所空间物理重点实验室，北京100101摘要：最优观测周期的确定对脉冲星导航计算具有重要意义。首先推导了航天器处观测脉冲相位估计方差的理论下界，然后给出了观测脉冲相位估计误差与脉冲星观测周期之间的关系式，并以观测脉冲相位估计的均方误差最小为准则，给出了最优观测周期的近似计算公式，最后利用脉冲星PSRB0531+21的实测数据验证了该关系式的正确性。仿真结果表明所给最优观测周期计算公式对脉冲星PSRB0531+21的预测误差为44s，证明了所给公式的正确性，为导航中脉冲星观测周期的确定提供了理论基础。关键词：脉冲星导航；观测脉冲相位；观测周期；理论下界；均方误差中图分类号：V249.32+3文献标识码：A文章编号：1000-6893（2023）03-526597-12X射线脉冲星导航（X-rayPulsar-basedNavigation，XPNAV）是一种新型的自主导航技术，可为航天器提供位置、时间等导航信息［1-4］，实现航天器高精度自主导航。目前，国内外相继开展了X射线脉冲星导航试验，如中国空间实验室天宫二号（Tiangong-2，TG-2）的γ暴偏振探测科学实验［5］，中国首颗Ｘ射线脉冲星导航试验卫星（XPNAV-1）在轨开展的Ｘ射线脉冲星的探测与脉冲星导航体制的验证［6-7］，以及国内首颗空间X射线天文硬X射线调制望远镜卫星（HardX-rayModulationTelescope，HXMT）Insight-HXMT的脉冲星定轨精度验证实验［8］。如美国NICER（NeutronstarInteriorCompositionEx⁃plorer）项目的SEXTANT（StationExplorerX-rayTimingAndNavigationTechnology）搭载国际空间站（InternationalSpaceStation，ISS）开展的定轨精度验证工作［9］。可见，X射线脉冲星观测与导航验证工作正进入蓬勃发展的时期。XPNAV的基本原理可描述为［10］：在脉冲星观测周期内，航天器上安装的X射线探测器会记录到一串光子到达时间（TimeofArrivals，TOA），利用观测的光子TOA，通过一定的算法提取出在这段观测时间内的某一时刻处航天器所接收的脉冲星信号的相位以及多普勒频率，由于航天器在任意时刻观测的脉冲信号相位和频率都可以用该时刻的位置、速度以及太阳系质心（SolarSystemBarycenter，SSB）处的脉冲星信号模型准确表示，因此以估计得到的航...
