X射线脉冲星与太阳敏感器提升的日地系Halo轨道自主导航

本文主要探讨了一种针对平动点轨道探测器的新型自主导航方法，特别是在日地系Halo轨道环境下的应用。Halo轨道是一种特殊的天体轨道，其特点是轨道周期长，高度接近地球同步轨道，但不在地球赤道面上，使得它在通信和观测方面具有独特的优点。研究者提出的导航策略结合了X射线脉冲星导航和太阳敏感器技术。 X射线脉冲星导航是通过利用X射线探测器测量X射线脉冲到达的时间，这些脉冲星作为天然的天文参考点，可以提供精确的位置和速度信息。通过精确的时间测量，可以推算出探测器相对于脉冲星的相对运动，从而确定其在地球质心惯性系中的位置。然而，这种方法可能受到噪声、不准确的星历模型和大气干扰等因素的影响。 太阳敏感器则用于测量探测器视线方向上的太阳光线，作为一种辅助手段，它可以提供方向信息，增强导航系统的稳定性。通过将太阳敏感器数据与X射线脉冲星数据融合，研究人员构建了综合的导航系统观测方程，这有助于提高导航的精度和鲁棒性。 在高精度星历模型的支持下，研究团队建立了日地系Halo轨道的数学模型，采用二级微分修正方法来优化轨道预测，确保标称轨道的准确性。同时，他们应用了基于UD分解的联邦Unscented卡尔曼滤波算法，这是一种先进的估计方法，能够有效地处理非线性和不确定性问题，对探测器的状态进行实时更新。 文章的重点在于评估摄动因素对导航结果的影响，包括引力摄动、太阳风、地球磁场等，以及如何通过有效的算法减小这些误差。通过仿真结果，作者证明了这种基于X射线脉冲星和太阳敏感器的组合导航方法在日地系Halo轨道环境中表现优秀，相较于单纯依赖X射线脉冲星导航，它能提供更高的导航精度和更好的自主导航能力。 这项研究为平动点轨道探测器在复杂空间环境中的导航提供了新的可能性，对于深空探索任务，如火星探测、彗星或小行星探测等，具有重要的实际意义。通过综合运用不同类型的导航源，不仅提高了导航系统的可靠性，还减少了对地面支持的需求，为航天器的长期自主运行奠定了坚实基础。