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脉冲星方位误差估计的TSKF算法

许强 范小虎 徐利国 王宏力 冯磊

许强, 范小虎, 徐利国, 等 . 脉冲星方位误差估计的TSKF算法[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(4): 761-768. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0288
引用本文: 许强, 范小虎, 徐利国, 等 . 脉冲星方位误差估计的TSKF算法[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(4): 761-768. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0288
XU Qiang, FAN Xiaohu, XU Liguo, et al. TSKF algorithm for pulsar position error estimation[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(4): 761-768. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0288(in Chinese)
Citation: XU Qiang, FAN Xiaohu, XU Liguo, et al. TSKF algorithm for pulsar position error estimation[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(4): 761-768. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0288(in Chinese)

脉冲星方位误差估计的TSKF算法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0288
基金项目: 

国家自然科学基金 61503391

中国博士后科学基金 2017M613372

详细信息
    作者简介:

    许强, 男, 硕士, 助教。主要研究方向:导航、制导与仿真

    范小虎, 男, 副教授。主要研究方向:导航、制导与仿真

    冯磊, 男, 博士, 讲师。主要研究方向:导航、制导与仿真

    通讯作者:

    冯磊, E-mail: fengl1983@126.com

  • 中图分类号: V324.2+1;P129

TSKF algorithm for pulsar position error estimation

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 61503391

China Postdoctoral Science Foundation 2017M613372

More Information
  • 摘要:

    为提高脉冲星方位误差估计对方位自行速度及卫星位置误差的鲁棒性和整体运算的高效性,设计了两级卡尔曼滤波(TSKF)算法。首先,分析了方位自行速度及卫星位置误差对方位误差估计的影响,并分别结合相关算法进行了仿真验证。然后,结合方位误差估计的CV模型和两级卡尔量滤波的相关原理,写出了TSKF算法的更新方程,并分析了实现并行计算的基本流程。仿真实验的数据显示:在方位自行速度及卫星位置误差均存在的情况下,TSKF算法的方位估计精度约为0.1 mas,方位自行速度估计精度约为1.1 mas/a;与基于CV模型的估计算法相比,TSKF算法的浮点运算仅增加了0.048%。

     

  • 图 1  脉冲星方位自行速度分布

    Figure 1.  Proper motion distribution of pulsars

    图 2  脉冲星方位自行速度不确定度分布

    Figure 2.  Proper motion uncertainty distribution of pulsars

    图 3  不同条件下增广算法仿真结果

    Figure 3.  Simulation results of augmented algorithm under different conditions

    图 4  卫星位置误差对估计算法的影响原理

    Figure 4.  Principle of influence of satellite position error on estimation algorithm

    图 5  不同条件下基于CV模型的估计算法仿真结果

    Figure 5.  Simulation results of estimation algorithm based on CV model under different conditions

    图 6  并行计算流程图

    Figure 6.  Parallel computing flowchart

    图 7  TSKF算法仿真过程

    Figure 7.  Simulation process of TSKF algorithm

    图 8  卫星位置误差周期变化时TSKF算法仿真结果

    Figure 8.  Simulation results of TSKF algorithm when satellite position error period changes

    表  1  脉冲星B1821-24参数

    Table  1.   Parameters of pulsar B1821-24

    参数 数值
    赤经/(°) 276.13
    赤纬/(°) -24.87
    距离/(1020m) 1.694
    脉冲周期P/(10-3s) 3.045
    脉冲宽度W/(10-5s) 5.5
    光子流量Fx/(10-4ph·(cm2·s)-1) 1.93
    脉冲辐射流量与平均辐射流量之比Pf/% 98
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    表  2  仿真条件设置

    Table  2.   Simulation condition setup

    实验编号 方位自行速度/
    (mas·a-1)
    卫星位置误差/m
    1 (0, 0) (100, 100, 100)
    2 (10, 10) (0, 0, 0)
    3 (-10, 10) (100, 100, 100)
    4 (20, 20) (100, 100, 100)
    5 (10, 10) (100, -100, 100)
    6 (10, 10) (500, 500, 500)
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    表  3  仿真结果统计

    Table  3.   Simulation result statistics

    实验编号 方位误差/mas 速度误差/(mas·a-1)
    赤经 赤纬 赤经 赤纬
    1 -0.003 9 -0.005 8 0.016 9 0.201 2
    2 0.004 9 -0.024 6 -0.003 6 -0.542 9
    3 0.024 1 -0.106 4 0.254 6 -1.013 5
    4 0.004 9 0.014 3 -0.159 6 0.116 7
    5 -0.005 6 0.092 9 -0.103 4 1.081 4
    6 -0.001 6 -0.113 8 0.020 8 0.142 7
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    表  4  卫星位置误差周期变化时仿真结果统计

    Table  4.   Simulation result statistics when satellite position error period changes

    实验条件/m 方位误差/mas 速度误差/(mas·a-1)
    Lx Ly Lz 赤经 赤纬 赤经 赤纬
    100 100 100 0.015 1 -0.077 6 -0.085 6 0.153 0
    200 200 200 -0.016 6 -0.121 9 -0.025 2 0.059 7
    300 300 300 -0.020 5 -0.132 4 -0.047 3 0.103 7
    100 200 300 -0.008 3 -0.138 5 -0.059 4 0.126 7
    300 200 100 0.015 4 -0.075 5 -0.051 4 0.092 8
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-06-10
  • 录用日期:  2019-09-12
  • 刊出日期:  2020-04-20

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