CN102175246B - 一种x脉冲星探测器等效器的航天器导航系统 - Google Patents

Abstract

一种基于X脉冲星探测等效器的航天器导航方案，主要包括模拟X脉冲星探测器探测到的X脉冲星发出光子信息，以及解算出航天器位置、速度导航信息的过程。整个模拟过程分为探测器模拟、数据处理和导航解算三部分。第一部分探测器模拟光子到达时间；第二部分数据处理系统利用X脉冲星光子到达时间进行周期的折叠，计算脉冲轮廓，并进行时间转换，与已知星历存储的标准轮廓进行脉冲轮廓互相关处理，完成脉冲到达时间的计算。第三部分导航解算，将脉冲到达时间作为量测信息，再结合轨道轨道动力学方程和卡尔曼滤波，最终解算出精准的航天器轨道和时间信息。利用X脉冲星等效器可以分析分辨率、视场、时间转换精度、折叠算法等多种参量和不同算法对航天器自主导航精度的影响，为基于X脉冲星自主导航系统的研制以及与其它系统进行组合导航的研究提供必要的技术支撑。

Description

一种X脉冲星探测器等效器的航天器导航系统

技术领域

本发明涉及一种X脉冲星等效器，适用于基于X脉冲星的航天器导航的精度影响分析以及导航系统的研制，将其与传统导航系统构建成组合导航系统都具有重要价值。

背景技术

随着自主天文导航技术的发展，利用自然天体进行导航倍受青睐，X脉冲星是一种高速自转的中子星，可提供位置、速度、姿态和时间等丰富的全程导航信息，是实现航天器全程高精度自主导航和运行管理的有效手段。脉冲星自转周期范围一般为1.6ms～1000s，且具有良好的周期稳定性，尤其是毫秒级脉冲星的自转周期变化率达到10^-19～10^-20，被誉为自然界最稳定的天文时钟。X射线属于高能光子，集中了脉冲星绝大部分辐射能量，易于小型化设备探测与处理，因此可通过接收X脉冲星产生的光子信息，通过探测、周期折叠获得脉冲到达时间作为量测信息，实现航天器的自主导航。

基于X射线脉冲星的航天器自主位置确定的基本原理如图3所示。在太阳质心惯性系中，脉冲到达太阳系质心(solar systeB barycenter，SSB)的时间t_SSB和测量到的脉冲到达航天器的时间t_SC之差与光速的乘积等于航天器的位置矢量r_SSB在脉冲星视线矢量方向n上投影的大小，

c·Δt＝c·(t_SSB-t_SC)＝n·r_SSB    (4)

利用上述关系结合航天器轨道动力学状态模型即进行确定航天器的位置r_SSB。从式(4)可见为完成航天器自主导航的关键是必须确定X脉冲到达太阳系质心的时间t_SSB和脉冲到达航天器的时间t_SC，而这两个时间是不能直接测量的物理量，必须通过探测敏感器探测的光子到达时间，经过一系列的复杂处理才能得到t_SSB和t_SC，脉冲星探测器探测到的光子到达航天器的时间，经过时间转换、坐标变换、周期折叠、脉冲轮廓的提取、再与X脉冲星星历信息进行互相关的处理，通过周期特性识别出是哪颗脉冲星，进而得到t_SSB和t_SC。整个的过程涉及多个环节的误差，这些误差是影响导航精度的重要原因。而利用X脉冲星等效器可进行误差链的设计，分析影响航天器导航精度诸多因素之间的相互关系，因此该X脉冲星等效器的研制具有重要意义。

目前，国内外在X脉冲星探测器研制还处于初级阶段，等效器的研究极为有限，目前公开的文献报道的有进行脉冲信号模拟器研制，直接用输出的是脉冲星产生的模拟信号，而未模拟真实X脉冲星探测器探测的是光子到达时间，以及转换过程中的误差链传递的因素，这样直接模拟脉冲信号，已经缺失很多原始信息和后续处理的环节，在模拟的真实性上大大减低。因此本发明提出一种新型的X脉冲星导航等效器，从最原始的光子到达时间进行模拟，并采用了航天器导航系统中可利用的相对精准的时间系统，以及航天器上所采用的真实电路输出接口。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有X脉冲星等效器或是模拟器只模拟脉冲到达时间，不能从探测器源头模拟光子到达时间，忽略中间环节的计算误差和时间统一等方面的不足，以及后续导航处理缺失，提供一种等效精度高、并可通过参数设置模拟不同探测精度的X脉冲星探测器，并直接输出航天器的位置和速度信息。

本发明的技术解决方案是：一种基于X脉冲星探测等效器的航天器导航系统包括：探测器模拟部分、实时数据处理部分、导航解算部分、时间统一系统及X脉冲星星历存储系统；其中：

模拟探测器，根据所模拟的探测器的分辨率以及航天器位置，模拟探测器发出光子的数量和X射线光子到达探测器的时间τ，通过RS422通讯接口传给实时数据处理部分；

实时数据处理部分，根据从X脉冲星所发出的光子到达时间计算出脉冲到达时间，实现过程为：将X射线光子到达探测器的时间τ转换为到达太阳质心坐标系的时间t；对转换后的时间t进行周期的折叠，得到实际探测到的脉冲星轮廓；然后将所述实际探测到的脉冲星轮廓与X脉冲星星历存储系统中存诸的脉冲星标准轮廓进行互相关处理，以确定是哪一颗X脉冲星；进而与该颗脉冲星标准轮廓进行比较，差值并解整周期后，得到脉冲到达时间；

导航解算部分，将实时数据处理部分得到的脉冲到达时间作为量测信息结合导航星的信息，利用轨道动力学方程和卡尔曼滤波，最终解算出精准的航天器轨道和时间信息；

时间统一系统，利用GPS接收机提供的秒脉冲作为时间基准，通过串口将UTC时间和秒脉冲数据送入实时数据处理部分，进行时间同步；

X脉冲星星历存储系统，存储X脉冲基本星历信息，所述基本星历信息为物理特征参数，脉冲星标准轮廓、赤经、赤纬、距离、脉冲周期、历元。

所述X射线光子到达探测器的时间τ转换为到达太阳质心坐标系的时间t公式如下：

$\mathrm{dt}=[1+\frac{U}{c^2}+\frac{1}{2}{\left(\frac{v}{c}\right)}^2]\mathrm{d\τ}---\left(1\right)$

式中，U是作用在航天器时钟上的总重力场，包括太阳系中所有星体的重力势能，主要是太阳重力场的作用，v是深空探测器在太阳系中的运动速度，c为光在真空中传播的速度，对公式(1)进行积分，得到

${\∫}_{t_0}^t\mathrm{dt}=(t-t_0)={\∫}_{{\mathrm{\τ}}_0}^{\mathrm{\τ}}[1+\frac{U}{c^2}+\frac{1}{2}{\left(\frac{v}{c}\right)}^2]\mathrm{d\τ}$

$=(\mathrm{\τ}-{\mathrm{\τ}}_0)+{\∫}_{{\mathrm{\τ}}_0}^{\mathrm{\τ}}[\frac{U}{c^2}+\frac{1}{2}{\left(\frac{v}{c}\right)}^2]\mathrm{d\τ}---\left(2\right)$

所述对转换后的时间t进行周期的折叠，得到脉冲星轮廓的过程如下：

(1)将每一个光子到达时间记录下来，即得到光子到达时间序列：TOA1，TOA2，TOA3，TOA4，…TOAN，任选一个光子到达时间TOAi暂时定为折叠起点，并计算与其它光子到达时间点的间隔Δt_i-1，Δt_i-2，......Δt_i-N；

(2)脉冲的周期性决定了上述时间间隔Δt_i-1，Δt_i-2，......Δt_i-N，存在一定的聚集性，即与第i个光子在一个周期内的光子到达时间间隔较小，而与它不同周期的光子间到达时间间隔由于包含了无脉冲时段接收不到光子，明显会增大，由此分割出不属于同一周期的脉冲光子，并大致确定处在每个脉冲边缘的光子；

(3)并将每个光子到达时间TOA1，TOA2，TOA3，TOA4，…TOAN经过时频域变换，转换到频域内，以上述脉冲边缘的光子到达时间为折叠起点，将所有脉冲周期的光子均折叠在一个周期内，以频域为横轴，光子个数为纵轴，得到脉冲轮廓；

(4)如果经过足够多个周期折叠后轮廓仍不明显，即无明显的波峰，则说明步骤(2)中脉冲边缘确定有误，则重复步骤(2)重选暂时折叠起点，直至构建的脉冲轮廓清晰明显为止。

所述实际探测到的脉冲星轮廓与X脉冲星星历存储系统中存诸的脉冲星标准轮廓进行互相关处理过程为：负责存储X脉冲星历信息采用Arecibo天文台长期观测毫秒脉冲星星表，其中存储的脉冲星标准轮廓的特征参数包括：脉冲宽度B1、峰值强度B2、50％峰值时脉冲轮廓宽度B3、10％峰值时脉冲轮廓宽度B4、峰谷强度B5。将此已知的脉冲星信息矢量定义为B，和计算得出实际脉冲轮廓信息M，包括脉冲宽度M1、峰值强度M2、50％峰值时脉冲轮廓宽度M3、10％峰值时脉冲轮廓宽度M4、峰谷强度M5进行相关性处理，相关处理函数的定义为：

$\mathrm{COR}=\frac{1}{\mathrm{NP}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{\left(M^j\right)}^T{B}^i---\left(3\right)$

其中i＝1，2..P表示已知星表中秒冲星的序号，j＝1，2…N，表示测量的次数，确定相关度最大的为那颗星即为实际探测到的导航星。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过探测器模拟部分的时钟触发数值模拟光子到达时间，并且可根据探测器的面积、采集电路和处理电路的精度的不同，改变光子到达时间的精度。本发明具有模拟不同精度敏感器的功能，提高了可模拟的精度范围。

(2)本发明采用GPS接收机提供的秒脉冲作为时间基准，通过串口送入实时数据处理部分，进行时间同步。读入串口的秒脉冲数据采用中断的方式，每秒内的时间基准通过实时数据处理上的高精度晶振进行保障，并通过秒脉冲进行标定时间尺度的标定，大大提高了时间基准精度。

(3)本发明的数据处理部分负责完成时间转换，周期的折叠，脉冲轮廓计算，与已知星历存储的标准轮廓进行脉冲轮廓互相关处理，以及脉冲到达时间的计算，增加了物理器件分辨率、电路转换与计算等误差链传递模拟环节，更加真实地模拟了X脉冲星探测器参测的参量到导航需要的实际参量之间的关系，提高了X脉冲星等效器的等效精度。

(4)此外，本发明的导航解算部分采用位置增量法，如图4所示，有利于两个探测器之间的共模误差，如探测器硬件系统误差和时间转换模型误差等。

附图说明

图1为本基于X脉冲星探测器等效器的航天器导航系统框图；

图2为本发明的硬件连接图；

图3为本发明基于X脉冲星航天器导航基本原理图；

图4本发明基于位置增量法的X脉冲星航天器导航的原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括探测器模拟部分1、实时数据处理部分2、导航解算部分3、时间统一系统4和X脉冲星星历存储系统5。具体的硬件连接方式如图2所示。

探测器模拟部分1由一台实时仿真计算机实现，实时仿真计算机包括ABD Opteron处理器，3GHz主频；高精度时钟板卡1块，时间精度ns级别；串口卡1块，RS422通讯接口，最高支持921.6Kbps波特率，硬盘120G。并通过RS422通讯接与时间统一系统4相连接。通过外部GPS产生的秒脉冲信号和UTC时作为探测模拟器的时间基准。X脉冲星星历存储系统5可利用实时仿真机中的硬盘开辟的固定空间来实现。实时数据处理部分2利用实时仿真计算机中处理器完成、导航解算部分3利用另一个实时仿真计算机完成，两个实时仿真计算机之间通过RS422相连。星历存储系统5，通过RS422与实时仿真计算机相连。

如图1所示，本发明的X脉冲星星历存储系统5，存储在固态存储中，其中装有基本X脉冲星星表1，如下所示基本星表1采用Arecibo天文台长期观测毫秒脉冲星星表，其中存储的物理特征参数包括赤经、赤纬、距离、脉冲周期、历元是导航运算中会用到的特征参数。另还存储着脉冲星标准轮廓，以用于辨别是哪颗脉冲星。

表1：Arecibo天文台观测七颗毫秒级脉冲星的物理特征参数

如图1所示，时间统一系统4利用GPS接收机的秒脉冲时间，3.3V TTL电平，正脉冲；脉宽1～80Bs范围内用户可设定；整秒精度＜100ns。1个RS422接口，采用RS422接口，输出语句是兼容NBEA0183格式的信息。可利用此定位信息验证基于X脉冲星导航定位精度。实时数据处理部分2负责完成时间转换，周期的折叠，脉冲轮廓计算，与已知星历存储的标准轮廓进行脉冲轮廓互相关处理，以及脉冲到达时间的计算。将脉冲到达时间作为量测信息，导航解算部分3结合轨道动力学方程和卡尔曼滤波，最终解算出精准的航天器轨道和时间信息。在整个X脉冲星探测等效器模拟过程必须有纳秒级以上的高精度的时间基准作为统一的时间基准，本发明时间统一系统4采用GPS接收机提供的秒脉冲作为时间基准，进行时间同步。读入串口的秒脉冲数据采用中断的方式，每秒内的时间基准通过中心处理计算机上的高精度晶振进行保障，并通过秒脉冲进行标定。

下面具体对本发明中的再进行一详细说明。

(1)探测器模拟部分1模拟X脉冲星所发出的光子到达时间；

根据所模拟的探测器CCD的分辨率以及航天器的位置，模拟探测器接收到X脉冲星发出光子的能量和光子到达探测器的时间τ，通过RS422通讯接口传给实时数据处理部分2。这一模拟过程利用实时仿真计算机进行模拟，实时仿真计算机采用ABD Opteron处理器，3GHz主频；高精度时钟板卡1块，时间精度ns级别；串口卡1块，RS422通讯接口，最高支持921.6Kbps波特率。实时仿真系统需要精准的时间，利用高精度时钟板卡产生；利用实时仿真计算机模拟测量的入射光子与探测器碰撞时释放的时间和能量，1个入射光子与探测器碰撞1次产生的能量为1ev，根据所模拟的探测器的分辨率以及航天器位置模拟探测器发出光子的数量和X射线光子到达探测器的时间τ，通过RS422通讯接口传给实时数据处理部分2。

(2)实时数据处理部分2，根据从X脉冲星所发出的光子到达时间计算出脉冲到达时间，实现过程为：时间转换，光子到达时间进行周期的折叠，脉冲轮廓计算，与基本星表中脉冲轮廓进行互相关处理，以确定是哪一颗X脉冲星，进而与该脉冲星的标准轮廓进行比较，得到脉冲到达时间。

(2.1)X射线光子到达探测器的时间转换τ为到达太阳质心坐标系的时间t，τ与t的关系如下

$\mathrm{dt}=[1+\frac{U}{c^2}+\frac{1}{2}{\left(\frac{v}{c}\right)}^2]\mathrm{d\τ}---\left(10\right)$

式中，U是作用在航天器时钟上的总重力场，包括太阳系中所有星体的重力势能，主要是太阳重力场的作用，v是深空探测器在太阳系中的运动速度，c为光在真空中传播的速度。对式(10)进行积分，可得

${\∫}_{t_0}^t\mathrm{dt}=(t-t_0)={\∫}_{{\mathrm{\τ}}_0}^{\mathrm{\τ}}[1+\frac{U}{c^2}+\frac{1}{2}{\left(\frac{v}{c}\right)}^2]\mathrm{d\τ}$

$=(\mathrm{\τ}-{\mathrm{\τ}}_0)+{\∫}_{{\mathrm{\τ}}_0}^{\mathrm{\τ}}[\frac{U}{c^2}+\frac{1}{2}{\left(\frac{v}{c}\right)}^2]\mathrm{d\τ}---\left(11\right)$

(2.2)将太阳质心坐标系下的光子到达时间t进行周期性折叠，得到脉冲轮廓，周期的折叠具体的步骤如下：

a.将每一个光子到达时间记录下来，即得到光子到达时间序列：TOA1，TOA2，TOA3，TOA4，…TOAN.任选一个光子到达时间TOAi暂时定为折叠起点，并计算与其它光子到达时间点的间隔Δti-1，Δti-2，……Δti-N。

b.由于脉冲的周期性决定了上述时间间隔Δti-1，Δti-2，……Δti-N，存在一定的聚集性，即与第i个光子在一个周期内的光子到达时间间隔较小，而与它不同周期的光子间到达时间间隔由于包含了无脉冲时段接收不到光子，明显会增大。由此可以分割出不属于同一周期的脉冲光子。并大致确定处在每个脉冲边缘的光子。

c.并将每个光子到达时间TOA1，TOA2，TOA3，TOA4，…TOAN经过时频域变换，转换到频域内。以上述脉冲边缘的光子的光子到达时间为折叠起点，将所有脉冲周期的光子均折叠在一个周期内，以频域为横轴，光子个数为纵轴，得到脉冲轮廓。

d.如果经过足够多个周期折叠后轮廓仍不明显，即无明显的波峰，则说明步骤b中脉冲边缘确定有误，则重复步骤b重选暂时折叠起点。直至构建的脉冲轮廓清晰明显为止。

(2.3)将上述得到的脉冲轮廓与X脉冲星星历存储系统5中星历信息中的脉冲标准轮廓进行相关性分析。负责存储X脉冲星历信息采用Arecibo天文台长期观测毫秒脉冲星星表，其中存储的脉冲标准轮廓可以提炼出特征参数：脉冲宽度B1、峰值强度B2、50％峰值时脉冲轮廓宽度B3、10％峰值时脉冲轮廓宽度B4、峰谷强度B5，将此已知的脉冲星信息矢量定义为B，和上步计算得出脉冲轮廓信息(脉冲宽度M1、峰值强度M2、50％峰值时脉冲轮廓宽度M3、10％峰值时脉冲轮廓宽度M4、峰谷强度M5)的M进行相关性处理。相关处理函数的定义为：

$\mathrm{COR}=\frac{1}{\mathrm{NP}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{\left(M^j\right)}^T{B}^i---\left(12\right)$

其中i＝1，2..P表示已知星表中秒冲星的序号，j＝1，2…N，表示测量的次数，确定相关度最大的B代表那个脉冲星即认为与实际探测到的星相匹配，因此可以确定探测到的脉冲星名称以及可以从标准星表中查得其相关物理特征。

(2.4)上述(2.2)步的到探测脉冲轮廓后，将轮廓中波峰对应的横坐标转换到时域中，将这个脉冲波峰到达时间值作为整个脉冲的到达时间，即得到了脉冲到达时间。

(3)导航解算部分3，将脉冲到达时间作为量测信息，再结合轨道动力学方程和卡尔曼滤波，最终解算出精准的航天器轨道和时间信息。

假设通过上述计算识别出航天器导航中探测到的是X射线脉冲星为B1937+21，B1821-24，J1617-5055。

以探火星为例进行导航解算，设δr(Δx，Δy，Δz，Δv_x，Δv_y，Δv_z)火星探测器实际位置速度与预先估计的位置速度之差；μ_s，μ_m，μ_e分别为太阳、火星和地球的引力常数；其状态方程如下：

Δx，Δy，Δz，Δv_x，Δv_y，Δv_z分别为火星探测器在X、Y、Z三个方向实际位置速度与预估的位置速度之差；r是火星探测器位置参数矢量；w_x、w_y、w_z代表X、Y、Z三个方向上的干扰。

脉冲星导航的基本原理：

基于X射线脉冲星的深空探测器自主位置确定的基本原理如图3所示。在太阳质心惯性系中，脉冲到达太阳系质心的时间t_SSB和深空探测器上测量到的脉冲到达时间t_SC之差与光速的乘积等于位置矢量r_SSB在脉冲星视线矢量方向n上投影的大小，即

c·Δt＝c·(t_SSB-t_SC)＝n·r_SSB    (14)

t_SC可由深空探测器上的脉冲探测器测量得到，t_SSB可以根据脉冲相位模型精确的预测得到。当有多于三颗脉冲星的测量信息时，就可计算得到深空探测器的三维位置。

位置增量量测方程：

利用位置增量法得到的量测方程，原理图如图4所示。

设

则根据简化的时间传递公式(14)可得：

$t_{\mathrm{SSB}}=t_{\mathrm{SC}}+\frac{n_i\·r}{c}---\left(15\right)$

${\tilde{t}}_{\mathrm{SSB}}={\tilde{t}}_{\mathrm{SC}}+\frac{n_i\·\tilde{r}}{c}---\left(16\right)$

式(15)与(16)相减可得

$\mathrm{\δ}{t}_{\mathrm{SSB}}=t_{\mathrm{SSB}}-{\tilde{t}}_{\mathrm{SSB}}=(t_{\mathrm{SC}}+\frac{n_i\·r}{c})-({\tilde{t}}_{\mathrm{SC}}+\frac{n_i\·\tilde{r}}{c})---\left(17\right)$

上式可简写为

$c\·\mathrm{\δ}{t}_{\mathrm{SSB}}-c\·\mathrm{\δ}{\tilde{t}}_{\mathrm{SC}}=n_i\·\mathrm{\δ}\tilde{r}---\left(18\right)$

假设航天器上直接测量到的用于产生脉冲轮廓的光子没有误差，则

可忽略不计。

这样可进一步简化为

$c\·\mathrm{\δ}{t}_{\mathrm{SSB}}=n_i\·\mathrm{\δ}\tilde{r}---\left(19\right)$

利用式(17)就可由脉冲到达时间的偏差δt_SSB求得航天器的位置偏差

并对

进行修正。

仿真中使用由STK生成的“Pathfinder”火星任务的轨道数据，标称轨道参数为长半轴a＝193216365.381kB，升交点赤径Ω＝0.258°，偏心率e＝0.236386，近升角距w＝71.347°，轨道倾角i＝23.455°，真近点角f＝85.152°。导航中使用的X射线脉冲星为B1937+21，B1821-24，J1617-5055。

滤波方法采用卡尔曼滤波方法。通过上述过程即可解算出航天器所在的位置和速度信息。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种基于X脉冲星探测等效器的航天器导航系统，其特征在于：包括探测器模拟部分(1)、实时数据处理部分(2)、导航解算部分(3)、时间统一系统(4)及X脉冲星星历存储系统(5)；其中：

探测器模拟部分(1)，根据所模拟的探测器的分辨率以及航天器位置，模拟探测器发出光子的数量和X射线光子到达探测器的时间τ，通过RS422通讯接口传给实时数据处理部分(2)；

实时数据处理部分(2)，根据从X脉冲星所发出的光子到达时间计算出脉冲到达时间，实现过程为：将X射线光子到达探测器的时间τ转换为到达太阳质心坐标系的时间t；对转换后的时间t进行周期的折叠，得到实际探测到的脉冲星轮廓；然后将所述实际探测到的脉冲星轮廓与X脉冲星星历存储系统(5)中存储的脉冲星标准轮廓进行互相关处理，以确定是哪一颗X脉冲星；进而与该颗脉冲星标准轮廓进行比较、差值并解整周期后，得到脉冲到达时间；

导航解算部分(3)，将实时数据处理部分(2)得到的脉冲到达时间作为量测信息结合该颗X脉冲星的信息，利用轨道动力学方程和卡尔曼滤波，最终解算出精准的航天器轨道和时间信息；

时间统一系统(4)，利用GPS接收机提供的秒脉冲作为时间基准，通过串口将UTC时间和秒脉冲数据送入实时数据处理部分(2)，进行时间同步；

X脉冲星星历存储系统(5)，存储X脉冲基本星历信息，所述基本星历信息为物理特征参数：脉冲星标准轮廓、赤经、赤纬、距离、脉冲周期、历元。

2.根据权利要求1所述的一种基于X脉冲星探测等效器的航天器导航系统，其特征在于：所述X射线光子到达探测器的时间τ转换为到达太阳质心坐标系的时间t公式如下：

式中，U是作用在航天器时钟上的总重力场，包括太阳系中所有星体的重力势能，主要是太阳重力场的作用，v是深空探测器在太阳系中的运动速度，c为光在真空中传播的速度，对公式(1)进行积分，得到： 

3.根据权利要求1所述的一种基于X脉冲星探测等效器的航天器导航系统，其特征在于：所述对转换后的时间t进行周期的折叠，得到脉冲星轮廓的过程如下：

(1)将每一个光子到达时间记录下来，即得到光子到达时间序列：TOA1，TOA2，TOA3，TOA4，…TOAN，任选一个光子到达时间TOAi暂时定为折叠起点，并计算与其它光子到达时间点的间隔Δt_i-1，Δt_i-2，......Δt_i-N；

(2)脉冲的周期性决定了上述时间间隔Δt_i-1，Δt_i-2，......Δt_i-N，存在一定的聚集性，即与第i个光子在一个周期内的光子到达时间间隔较小，而与它不同周期的光子间到达时间间隔由于包含了无脉冲时段接收不到光子，明显会增大，由此分割出不属于同一周期的脉冲光子，并大致确定处在每个脉冲边缘的光子；

(3)将每个光子到达时间TOA1，TOA2，TOA3，TOA4，…TOAN经过时频域变换，转换到频域内，以上述脉冲边缘的光子到达时间为折叠起点，将所有脉冲周期的光子均折叠在一个周期内，以频域为横轴，光子个数为纵轴，得到脉冲轮廓；

(4)如果经过足够多个周期折叠后轮廓仍不明显，即无明显的波峰，则说明步骤(2)中脉冲边缘确定有误，则重复步骤(2)重选暂时折叠起点，直至构建的脉冲轮廓清晰明显为止。

4.根据权利要求1所述一种基于X脉冲星探测等效器的航天器导航系统，其特征在于：所述将所述实际探测到的脉冲星轮廓与X脉冲星星历存储系统(5)中存储的脉冲星标准轮廓进行互相关处理过程为：负责存储X脉冲星历信息采用Arecibo天文台长期观测毫秒脉冲星星表，其中存储的脉冲星标准轮廓的特征参数包括：脉冲宽度B1、峰值强度B2、50％峰值时脉冲轮廓宽度B3、10％峰值时脉冲轮廓宽度B4、峰谷强度B5；将此已知的脉冲星信息矢量定义为B，和计算得出实际脉冲轮廓信息M，包括脉冲宽度M1、峰值强度M2、50％峰值时脉冲轮廓宽度M3、10％峰值时脉冲轮廓宽度M4、峰谷强度M5进行相关性处理，相关处理函数的定义为：

其中i＝1，2…P表示已知星表中秒冲星的序号，j＝1，2…N，表示测量的次数，确 定相关度最大的为那颗星即为实际探测到的X脉冲星。 

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