X射線脈沖星導航系統原理與方法

第1章 緒論
1.1 導航的基本概念
1.2 導航系統分類及發展概況
1.3 X射線脈沖星導航系統
1.4 X射線脈沖星導航的關鍵技術
1.5 X射線脈沖星導航的應用前景分析
參考文獻
第2章 張量分析與廣義相對論基礎
2.1 仿射空間的矢量表達
2.2 仿射空間的張量分析
2.3 黎曼空間的張量分析
2.4 狹義相對論與廣義相對論的基本概念
2.5 愛因斯坦引力場方程的求解
2.6 廣義相對論框架下的時空測量理論
2.7 球對稱引力場的廣義相對論效應
2.8 引力場的後牛頓近似關系
參考文獻
第3章 脈沖星觀測及基本物理特征
3.1 現代宇宙學
3.2 恆星的形成和演化
3.3 變星和致密星
3.4 脈沖星的物理機制和特征
3.5 射電天文與射電脈沖星觀測
3.6 X射線脈沖星觀測研究
3.7 X射線探測器技術
3.8 X射線脈沖星導航數據庫
參考文獻
第4章 X射線脈沖星導航的時空基準
4.1 導航時空基準的基本概念
4.2 天球參考系及其實現框架
4.3 地球參考系及其實現框架
4.4 天球參考系與地球參考系之間的轉換關系
4.5 時間系統及其實現框架
4.6 廣義相對論框架下的時間尺度轉換關系
4.7 星載原子時鐘性能評估方法
4.8 脈沖星計時模型誤差及穩定性分析
參考文獻
第5章 航天器軌道與姿態動力學方法
5.1 航天器軌道動力學概述
5.2 二體問題與N體問題
5.3 航天器軌道攝動
5.4 導航衛星軌道特征及力學模型
5.5 拉格朗日點的航天器軌道
5.6 行星際飛行及月球探測軌道
5.7 航天器姿態運動學與動力學方程
5.8 太陽系行星軌道計算
參考文獻
第6章 X射線脈沖星導航系統測量理論
6.1 X射線脈沖星導航的基本原理
6.2 X射線脈沖星導航方式和觀測量
6.3 X射線光子到達時間轉換的數學模型
6.4 基于X射線脈沖星的航天器軌道測量方程
6.5 基于X射線脈沖星的航天器姿態測量方程
……
第7章 航天器自主導航算法
第8章 導航衛星自主導航的數值試驗
附錄A IAU2000歲差章動模型
附錄B 交角章動和黃經章動計算
附錄C 大地緯度的直接解算方法
附錄D Arecibo天文台長期觀測的毫秒脈沖星
附錄E 締合勒讓德多項式及地球引力加速度的遞推算法
附錄F 太陽及太陽系行星和月球的基本物理參數
附錄G 常用術語英漢對照
附錄H 單位符號及換算關系

航天器自主導航具有極其重要的工程應用價值和戰略研究意義，一方面可以減輕地面測控系統的工作負擔，減少測控站的布設數量和地面站至航天器的信息注入次數，降低航天器(星座)系統的建設和長期運行維持費用；另一方面，可以減少航天器對地面測控系統的依賴，增強系統的抗干擾和自主生存能力。因此，航天器自主導航一直是世界各航天大國推動航天技術發展的動力和目標。

自20世紀60年代以來，美國、蘇聯先後研究了多種航天器自主導航系統方案和星載測量設備，包括掃描式地平儀、陸標跟蹤器、星敏感器、空間六分儀、麥氏自主導航系統(MANS)和微波雷達高度計等。然而，大多數研究成果僅是停留在實驗室研究和試驗驗證階段，尚未大規模投入工程應用。歐洲研制的多普勒無線電定軌及定位系統(DORIS)與精密距離及其變化率測量設備系統(PRARE)能夠高精度確定航天器軌道，但均需要與地面站進行信息交換，不屬于航天器自主導航系統範疇。近十余年來，隨著GPS系統的發展和廣泛應用，GPS已成為低軌航天器精密軌道確定的主要手段。但是，GPS星座本身需要地面控制站不斷注入信息維持，因此只能說是一種半自主的航天器導航方式。從自主導航應具有的自主完備性、實時操作性、不發信號、不依賴于地面站以及長時間運行等基本特征來看，目前航天器尚未實現真正意義上的自主導航，絕大多數航天器仍然依賴地面跟蹤測量系統來完成導航任務。這充分說明了航天器自主導航技術的復雜性和實現難度。

X射線脈沖星能夠為近地軌道、深空探測和星際飛行的各類航天器，以及無稠密大氣行星表面巡游器提供位置、速度、時間和姿態等高精度導航參數信息，從而實現航天器自主運行與精密控制。X射線脈沖星導航具有潛在的工程應用價值，日益成為國內外研究的熱點領域。

本書充分吸納了作者近年來在X射線脈沖星導航領域取得的創新性研究成果，全面、系統、深入地闡述了X射線脈沖星導航的基本概念和原理，理論模型和算法，並針對具體工程應用實例進行了數值分析試驗，是一本融合理論探索研究和潛在工程應用的學術研究專著。由于X射線脈沖星導航研究尚處于起步階段，國內外可供參考的系統全面闡述相關導航理論和方法的文獻很少。因此，本書的出版將對我國航天器高精度自主導航技術研究起著積極的推動作用，並有助于從事相關研究的科技人員更好地理解和掌握這一新技術的基本概念、原理和方法。