本發明專利技術涉及天文及計算機通信技術領域，尤其涉及一種脈沖星到達航天器與太陽系質心的傳播時間差模型的構建方法，包括：以某一光子到達探測器時刻航天器對應的軌道參數為基礎，通過開普勒定律和角動量守恒定律建立旋轉矩陣，得到航天器相對于地球的三維位置坐標和速度向量；通過蒙特卡羅算法模擬不同光子檢驗幾何傳播時延模型；考慮脈沖自行的影響更新赤經赤緯和MJD與歷元的時間差用來代入幾何傳播時延模型，和引力紅移時延模型。再分別建立Shapiro時延和狹義相對論動鐘變慢效應。將考慮了脈沖自行的影響的幾何傳播時延和引力紅移時延加入總時延模。本發明專利技術能夠精確的計算出脈沖星的光子到達航天器和太陽系質心的傳播時間差。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及天文及計算機通信，尤其涉及一種脈沖星到達航天器與太陽系質心的傳播時間差模型的構建方法。
技術介紹
1、脈沖星導航(xpnav)原理與gps的差分定位(dgps)原理類似，均是基于到達時間測距。dgps是通過比較地面監控站和接收機接收相同衛星的信號傳播時間，從而確定接收機的位置和速度等參數。xpnav則是通過比較脈沖到達太陽系質心和觀察航天器(衛星等)接收相同脈沖星的光子到達時間實現航天器的定位導航，因此，需要分別計算脈沖星到達航天器與太陽系質心的傳播時間差，進而求解航天器相對于太陽系質心的位置。求這個時間差的公式也稱為時間轉化方程。然而，現有的時間轉換模型并不令人滿意。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的一種脈沖星到達航天器與太陽系質心的傳播時間差模型的構建方法，能夠精確的計算出脈沖星的光子到達航天器和太陽系質心的傳播時間差。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用了如下技術方案：
3、一種脈沖星到達航天器與太陽系質心的傳播時間差模型的構建方法，包括如下步驟：
4、步驟s1：根據航天器軌道參數，通過開普勒定律以及角動量守恒定律建立旋轉矩陣，推導出航天器相對于地球的三維位置坐標和速度向量；
5、步驟s2：通過不同方法建立不同的幾何傳播時延數學模型，通過蒙特卡羅算法模擬不同光子檢驗幾何傳播時延模型；
6、步驟s3：考慮脈沖自行的影響，更新赤經和赤緯，和mjd與歷元的時間差；</p>7、步驟s4：分別建立shapiro時延和引力紅移時延和狹義相對論的動鐘變慢效應等數學模型；
8、步驟s5：將因為脈沖自行的影響更新的赤經和赤緯，代入由航天器指向脈沖星的單位方向矢量公式，建立新的單位方向矢量；
9、步驟s6：將因為脈沖自行的影響建立的mjd與歷元的時間差，代入引力紅移時延模型；
10、步驟s7：將分別建立的shapiro時延模型、狹義相對論的動鐘變慢效應數學模型、幾何傳播時延模型和引力紅移時延模型整合。
11、優選地，在步驟s1中，具體包括如下步驟：
12、步驟s1.1：運用開普勒定律，計算二維軌道平面r，運用角度量守恒定律，計算二維軌道平面速度，計算公式如下：
13、
14、式中，h＝5.23308462×104(km2/s)軌道角動量常數大小，μ＝398600.4418km3/s2為地球引力常數大小，e為偏心率，θ為真近點角，從近地點沿著軌道路徑到天體當前所在位置形成的角度；
15、步驟s1.2：將半徑r從極坐標系轉換到笛卡爾坐標系，將速度v分解為徑向速度和切向速度：
16、
17、式中，rvec二維平面內衛星的位置向量，vvec二維平面內衛星的速度向量；
18、步驟s1.3：建立旋轉矩陣，將二維軌道平面轉換到地球參考系(gcrs)，分為升交點赤經ω的旋轉矩陣,軌道傾角i的旋轉矩陣,近地點輻角ω的旋轉矩陣；公式如下：
19、
20、式中，ω為升交點赤經，rω為升交點赤經ω的旋轉矩陣，i為軌道傾角，ri為軌道傾角的旋轉矩陣，ω為近地點輻角，rω為近地點輻角的旋轉矩陣；
21、步驟s1.4：用旋轉矩陣rωrirω，將二維軌道平面內的位置和速度向量轉化為三維gcrs內，其公式為：
22、
23、式中，rgcrs為三維gcrs內的位置向量，vgcrs為三維gcrs內的速度向量；
24、步驟s1.5：將航天器的地球參考系(gcrs)轉換到太陽系質心坐標系(bcrs)的坐標，由觀測的赤經和赤緯的值，確定由航天器指向脈沖星的單位方向矢量。
25、優選地，在步驟s2中，通過兩種方法建立兩種幾何傳播時延數學模型，公式如下：
26、
27、式中，δtromer1為方法一數學模型，δtromer2為方法二數學模型，dsunpath和dsatellitepath分別為脈沖星到太陽系質心的距離和脈沖星到衛星的距離，是衛星相對于地心天球參考系(gcrs)位置向量，n為脈沖星的位置的方向單位矢量，c為光速，(xcrab,ycrab,zcrab)為脈沖星相當于太陽系質心的坐標，(xsatellite,ysatellite,zsatellite)為衛星相當于太陽系質心的坐標，ra為赤經，dec為赤緯；
28、通過蒙特卡羅算法檢驗方法一數學模型更優。
29、優選地，在步驟s3-步驟s6中，考慮脈沖自行的影響，更新赤經和赤緯，建立新的航天器指向脈沖星的單位方向矢量；以及求解出當前對應時刻的約化儒略日和參考歷元的時間差，得出公式如下：
30、
31、式中，δα和δδ為赤經α和赤緯δ變化量，mjd和pch_pm約化儒略日和參考歷元，δt當前對應時刻的約化儒略日和參考歷元的時間差，αnew和δnew為更新后的赤經和赤緯；
32、根據更新后的赤經和赤緯建立新的由航天器指向脈沖星的單位方向矢量，公式如下：
33、nnew＝(cos(αnew)cos(δnew),sin(αnew)cos(δnew),sin(δnew))
34、將更新的赤經赤緯建立的航天器指向脈沖星的單位方向矢量，更新到幾何傳播模型；
35、確定脈沖星基于太陽系質心坐標系(bcrs)的位置坐標，再確定脈沖星分別與太陽系質心和衛星的距離，將得到新的方向的單位矢量nnew可得到：
36、nsatellite,crab,new＝d1·nnew
37、式中，nsatellite,crab,new為衛星指向脈沖星crab的方向向量，d1為蟹狀星云到地球的距離；
38、再將其加上，由得到的地球相當于太陽系質心坐標系的位置坐標，可得到脈沖星相當于太陽系坐標系(bcrs)的位置坐標：
39、
40、式中，nsatellite,crab,new分別為脈沖星相當于太陽系坐標系的位置坐標，衛星相當于太陽坐標系的位置坐標，衛星指向脈沖星crab的方向向量。
41、由歐幾里得距離公式確定脈沖星分別與太陽系質心和衛星的距離，脈沖星相當于太陽系質心坐標系的位置坐標、衛星相當于太陽系質心坐標系的位置坐標以及太陽系質心如下。(太陽質心為坐標系原點)；
42、設為：
43、
44、設為：
45、
46、式中，和為脈沖星相當于太陽系質心坐標系的位置坐標，衛星相當于太陽系質心坐標系的位置坐標。
47、代入歐幾里得距離公式，可得：
48、
49、式中dcrabpath和dsatellitepath分別為脈沖星到太陽系質心的距離和脈沖星到衛星的距離。
50、可得到數學模型為：
51、
52、式中，δtrom本文檔來自技高網
...
【技術保護點】
1.一種脈沖星到達航天器與太陽系質心的傳播時間差模型的構建方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種脈沖星到達航天器與太陽系質心的傳播時間差模型的構建方法，其特征在于，在步驟S1中，具體包括如下步驟：
3.根據權利要求1所述的一種脈沖星到達航天器與太陽系質心的傳播時間差模型的構建方法，其特征在于，在步驟S2中，通過兩種方法建立兩種幾何傳播時延數學模型，公式如下：
4.根據權利要求1所述的一種脈沖星到達航天器與太陽系質心的傳播時間差模型的構建方法，其特征在于，在步驟S3-步驟S6中，考慮脈沖自行的影響，更新赤經和赤緯，建立新的航天器指向脈沖星的單位方向矢量；以及求解出當前對應時刻的約化儒略日和參考歷元的時間差，得出公式如下：
5.根據權利要求1所述的一種脈沖星到達航天器與太陽系質心的傳播時間差模型的構建方法，其特征在于，在步驟S7中，再將考慮了脈沖自行求得的時間差Δt代入狹義相對論變慢鐘效應模型，得到加入脈沖自行影響的狹義相對論變慢鐘效應模型，模型如下：
【技術特征摘要】
1.一種脈沖星到達航天器與太陽系質心的傳播時間差模型的構建方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種脈沖星到達航天器與太陽系質心的傳播時間差模型的構建方法，其特征在于，在步驟s1中，具體包括如下步驟：
3.根據權利要求1所述的一種脈沖星到達航天器與太陽系質心的傳播時間差模型的構建方法，其特征在于，在步驟s2中，通過兩種方法建立兩種幾何傳播時延數學模型，公式如下：
4.根據權利要求1所述的一種脈沖星到達航天器...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張堃，陳孝豪，白浚哲，郭婷鈺，
申請(專利權)人：南通大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。