﻿ 脉冲星角位置对脉冲模板的影响及其削弱策略<sup>*</sup>
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Impact of pulsar angular position on pulse template and its compensation method
XIN Shijun, ZHENG Wei, WANG Yidi
College of Aerospace Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
Received: 2016-12-21; Accepted: 2017-01-20; Published online: 2017-03-08 09:29
Foundation item: National Natural Science Foundation of China (10973048)
Corresponding author. ZHENG Wei, E-mail: zhengwei@nudt.edu.cn
Abstract: Recovering pulse template is one key technology of X-ray pulsar-based navigation system. Its precision is closely related to the pulsar angular position. First, this paper briefly introduced the theory of recovering standard profile. Then, the impact of pulsar angular position error on pulse template was analyzed and its analytical formula of annual mean value and the integral for any arc segment were derived. Finally, we proposed a feasible way that can significantly decrease the impact of pulsar angular position error. These research conclusions and simulation analysis verify the effectiveness of error compensation method, which could provide reference for optimizing observation task of X-ray pulsars and recovering X-ray pulse template.
Key words: X-ray pulsar-based navigation     pulse template     pulsar angular position error     anniversary characteristic     compensation method

X射线脉冲星导航是一种新兴的航天器自主导航方法，优势有：能提供高精度的参考时间基准，导航精度高，对导航探测器精度要求较低。同卫星导航相比，X射线脉冲星导航还具有可同时服务于近地航天器和深空探测器的优势[3]。由于其具有广阔的应用前景，X射线脉冲星导航技术得到了国内外的广泛关注[4-7]。经过近30年的发展，该导航技术已经逐步从概念研究阶段进入关键技术攻坚阶段。

1 脉冲星脉冲模板构建的基本原理

1.1 光子到达时间转换

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1.2 周期搜索

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 图 1 历元折叠过程 Fig. 1 Epoch folding process

1.3 相位对齐

2 脉冲星角位置误差的影响

2.1 脉冲星角位置误差引起的系统误差

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 图 2 脉冲星角位置误差引起的系统误差 Fig. 2 Systom error caused by pulsar angular position error

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2.2 系统误差的特性分析

2.2.1 航天器到太阳系质心位置矢量表示

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2.2.2 系统误差的周年特性

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r=a(1－ecos E)代入式(17)，则可转化为求解以下3个积分：

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r=a(1－ecos E)代入式(15)得到

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 轨道根数 数值 半长轴/AU 0.9999858 偏心率 0.01667835 轨道倾角/(°) 23.44 升交点黄经/(°) 0 近日点黄经/(°) 103.30275

 脉冲星 Max(Δt)/μs Δ/(10－8s) J0534+2200 2.3388 -2.0555 J1513-5908 1.7748 3.8512 J1846-0258 2.6979 -1.7737 J0540-6919 2.5157 -6.4059 J0835-4510 2.5553 -3.6324 J1824-2452 2.2959 0.9289 J1959-2048 2.6756 -1.6696 J0437-4715 2.8082 -7.1214 J0218+4232 2.6231 -4.2932 J1939+2134 2.9625 -5.1393

3 系统误差的削弱策略

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 图 3 历元累积对脉冲星角位置误差的削弱情况 Fig. 3 Pulsar angular position error reduced by epoch accumulation

 时段 所选具体时间段/d 脉冲最终系统误差/μs 对称时段 1~90, 241~330 -0.0398 非对称时段 1~120, 241~330 0.6100

4 结论

1) 构建脉冲模板时，取1mas的脉冲星角位置误差，其造成的系统误差在1年内的大部分时间大于1μs，不可忽略。

2) 经过公式推导，得到此系统误差的年化平均值的解析表达式，计算结果表明，对脉冲星角位置误差引起的系统误差取年化平均值可使其大幅度削弱，但仍存在长期项。

3) 以Crab脉冲量为例，按周期性系统误差的周期对称选取时间段进行历元累积，可将1mas脉冲星角位置误差的影响从1~2μs降低到0.1μs附近。

4) 在构建脉冲模板时，根据角位置误差所造成的系统误差的周期选取对称时段进行历元累积可以有效削弱此项系统误差，进而提高脉冲模板的精度。

5) 本研究可以为优化X射线脉冲星的观测任务以及X射线脉冲模板构建提供理论支持。

#### 文章信息

XIN Shijun, ZHENG Wei, WANG Yidi

Impact of pulsar angular position on pulse template and its compensation method

Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronsutics, 2018, 44(1): 169-175
http://dx.doi.org/10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0958