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XPNAV-1卫星实测数据处理与分析
资料介绍
为展示我国首颗脉冲星导航试验卫星XPNAV-1载荷实测数据的性能,采用与国外公布实测数据对比分析的方法,从观测数据计数统计、光子能量响应、计时性能三方面介绍了XPNAV-1卫星发布数据的性能。分析结果表明,我国自主研发的探测器观测结果与国外天文卫星载荷观测结果的一致性较好,未来进一步深入发展将有望应用于脉冲星导航。
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| 1577665845XPNAV-1卫星实测数据处理与分析.pdf | 1M |
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4
期
宇 航 学 报
Vol． 39
April
第
卷 第
No． 4
2018
2018
4
Journal of Astronautics
年
月
XPNAV-1
卫星实测数据处理与分析
1
1
2
1
， ， ，
张大鹏 王奕迪 姜 坤 郑 伟
( 1．
，
国防科技大学航天科学与工程学院 长沙
410073; 2．
，
北京跟踪与通信技术研究所 北京
100094)
:
XPNAV-1
，
载荷实测数据的性能 采用与国外公布实测数据对
摘
要
为展示我国首颗脉冲星导航试验卫星
， 、 、
比分析的方法 从观测数据计数统计 光子能量响应 计时性能三方面介绍了
XPNAV-1
。
卫星发布数据的性能 分
， ，
析结果表明 我国自主研发的探测器观测结果与国外天文卫星载荷观测结果的一致性较好 未来进一步深入发展
。
将有望应用于脉冲星导航
:
关键词 脉冲星导航
; XPNAV-1
;
卫星 信号处理
: A : 1000-1328( 2018) 04-0411-07
文章编号
: TP73
中图分类号
文献标识码
DOI: 10． 3873 /j． issn． 1000-1328． 2018． 04． 007
Measured Data Processing and Analysis for XPNAV-1
1
1
2
1
ZHANG Da-peng ，WANG Yi-di ，JIANG Kun ，ZHENG Wei
( 1． College of Aerospace Science and Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China;
2． Beijing Institute of Tracking and Telecommunications Technology，Beijing 100094，China)
Abstract: In order to present the performance of the measured data observed by the detector，this paper introduces the
performance in aspects of the photon counts statistics，the energy response and the pulsar timing． The results are compared
compared with the ones from the abroad measured data． The results show that the observation results from the detector is
same as the astronomical satellites abroad． During further development，the detector is prospected to be applied in pulsar-
based navigation．
Key words: Pulsar-based navigation; XPNAV-1 satellite; Data processing
X
。
射线辐射 该卫星已在
2012
，
年停止观测 其
的
0
引
言
( PCA )
搭载 的 正 比 计 数 器 阵 列
有 效 面 积 约
2
［5］
。
1967
6500 cm ，
2-60 keV
B0531 + 21、PSR B1509-58 PSR B0540-69
和
，
PSR
脉冲星是宇宙中高速自转的中子星
自
观测能区范围
收集了
等脉冲
此外 美国和欧洲还拥有多颗在
: XMM-
，
年首颗脉冲星被发现以来 科学家逐渐认识到脉冲
［6］
，
星自转周期很稳定 其长期稳定性可媲美目前最好
。
，
星的大量数据
［1］
。X
，
射线脉冲星辐射有规律的信号 这
X
的原子钟
轨 运 行 的 空 间
射 线 辐 射 观 测 卫 星
［7］
［8］
［9］
［10］
Newton ， Chandra ， Swift ， INTEGRAL
，
在天体物理等科学研究和卫星自主导航工程应用上
［2］
［11］
。
，X
射线脉冲星信号处理
Fermi
2017
1
月安装在国际空间站上的中
都有广阔的前景
因此
以及
NICER
卫星的 射线脉冲星观测数据 国内外学者研究了
年
［3 － 4］
［12］
。
。
通过处理和分析这些天文
是近年来各国学者的研究热点
子星探测器
，
二十世纪九十年代以来 国外实施了众多针对
X
，
。1995
，
年 美
、
脉冲星信号轮廓时间演变 脉冲星相位分解能谱特
脉冲星物理特性研究的空间观测活动
RXTE ( Rossi X-ray Timing Explorer) 。
卫星
、 X
征 计时噪声特性等 射线脉冲星信号的物理特
国发射了
［13 － 14］
［15］
，
。
其主要科学目标是银河系内的致密天体及星系系统
性
为脉冲星导航技术研究打下了基础
: 2017-09-27;
: 2017-12-11
收稿日期
修回日期
:
基金项目 国家自然科学基金
( 10973048)
412
39
卷
宇航学报
第
［19］
2
Crab
表
脉冲星计时参数
X ，
我国空间 射线脉冲星观测活动起步较晚 长
Table 2 Timing parameters of Crab
X
期以来 射线脉冲星探测器技术水平与国外存在
脉冲星参数
( J2000
数值
05 h 34 m 31． 97s
+ 22° 00' 52． 1″
。 ，
较大差距 为紧跟国际前沿航天技术发展 我国正
)
坐标系
赤经
X 。
加强研究自己的 射线脉冲星观测卫星 脉冲星
( J2000
)
赤纬
星历参考历元
F0 ［Hz］
坐标系
01 ( XPNAV-1)
导航试验
航试验卫星
中国酒泉卫星发射中心由长征十一号运载火箭送入
星
是我国第一颗脉冲星导
［MJD］
57697． 040344079745
29． 6484272934( 4)
。
2016
11
10 07 42
，
分 在
于
年
月
日
时
－ 1
－ 10
F1 ［Hz s
F2 ［Hz s
F3［Hz s
］
－ 3． 689865( 1) × 10
－ 2
］
－ 20
1． 16( 1) × 10
［16 － 17］
。XPNAV-1
200
余
预定轨道
卫星的重量仅有
－ 3
－ 28
］
3． 4( 3) × 10
，
千克 搭载了准直型微通道板探测器和掠入射聚焦
［18］
1． 2
探测器性能指标
XPNAV-1
X
型两种 射线探测器
。
卫星搭载的掠入射聚焦型探测器是
XPNAV-1
本文分析处理了
卫星下传的首批观
X
我国自主研发的一种体积小重量轻的星载 射线
， ，
测数据 通过与国际公开的数据对比 展示了我国聚
， 、
探测器 具有能量分辨率高 空间噪声抑制能力强的
。
焦型掠入射脉冲星探测器的科学数据观测性能
。 ，
特点 掠入射聚焦型探测器性能参数情况 如表
3
。
所示
1
XPNAV-1
发布数据简介
3
表
掠入射聚焦型探测器性能参数
1． 1
科学数据介绍
2017 ，
Table 3 Parameters of the focusing X-ray detector
5
9
年
月
日 北斗卫星导航系统网站发布
参数
指标
0． 5 ～ 10 keV
= 15’
Crab
了由掠入射聚焦型探测采集的
脉冲星首批观
探测能段
光学视场
几何面积
时间分辨率
能量分辨率
2
ω
， 。
测数据 供国内外学者研究交流 数据下载地址为
:
2
30 cm @ 1． 5 keV
http: / /www． beidou． gov． cn /xpnavdata． rar。
1． 5
≤
s
μ
:
首批发布数据文件有两种类型 光子到达时间
180 eV@ 5． 9 keV
。
文件和在轨观测期间的卫星轨道文件 具体文件格
， ，
与传统信号检测不同 脉冲星信号极其微弱 在
1
式定义如表 所示
。
X
某一时刻 射线脉冲星探测器只能探测到单光子
。
XPNAV-1
Crab
目前公布的
数据仅包含
( PSR B0531 + 21)
脉冲星
脉冲星
是相对年
轻的中子星 位于蟹状星云的中心 它具有较强的
，X
一般来说 射线探测器必须利用遮光膜阻挡可见
。Crab
观测数据
。 ， X
光等空间干扰 受遮光膜影响 极低能量的 射线
，
。
， X
无法探测 而脉冲星 射线辐射强度随能量以幂指
，
宽能区信号辐射和星云背景辐射 常用于空间
X
射
。
，
数趋势减小 因此 针对脉冲星导航应用的掠入射
0． 5 ～ 10 keV X
射
。Crab
线观测试验设备的定标信号源
脉冲星计时
聚焦型探测器被设计为观测
的软
2
参数如表 所示
。
。
线能区 探测器所记录内容的是单光子到达探测器
1
XPNAV-1
表
卫星发布文件格式
， 。 X
的时刻 被称作光子到达时间 由于 射线单光子
Table 1 Formats of the released files observed by XPNAV-1
，
能量不同 它们撞击探测器敏感元件所产生的电压
光子到达时间文件
轨道文件
。
响应幅度也不同 根据响应电压的大小还可以测得
PSRNAME_YYYY
ORBIT_YYYYMMDD
_HHMMSS． txt
，
单光子的能量值 常用单位
keV
。
表示
MMDD_HHMMSS． txt
文件名
PSRNAME
ORBIT
表示
表示
2
观测数据计数统计
脉冲星名
卫星轨道数据
YYYYMMDD
YYYYMMDD
表示轨道
表示数据
时间的年月日
表示数据起始
时间的时分秒
2． 1 Crab
脉冲星光子流量统计
UTC
UTC
文件命
名规则
起始
HHMMSS
UTC
起始
历元的年月日
表示轨道起始
历元的时分秒
HHMMSS
脉冲星光子流量随时间变化可反映探测器有效
UTC
、
面积 特别是空间次级粒子噪声抑制能力等重要性
1
1
文件
(
光子到达时间 秒
)
(
轨道历元 秒
)
。
能
内容
( eV)
J2000
光子能量
TOA
坐标系下轨道信息
XPNAV-1
2016
11
17
月 日
统计
2016
卫星观测的
年
1．
UTC， UTC
相对于
光子
和轨道历元使用的时间系统为
12
19 ( UTC)
日
Crab
脉冲星观测数
2008
1
1
0
0
0 。
秒
至
年
月
的
年
月
日
时
分
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