526656-1航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb.152023Vol.44No.3ISSN1000-6893CN11-1929/V“天枢Ⅱ号”X射线脉冲星导航动态模拟系统及实验验证盛立志1，*，郑伟2，苏桐1，张大鹏2，王奕迪2，杨向辉1，徐能1，李治泽21．中国科学院西安光学精密机械研究所，西安7101192．国防科技大学空天科学学院，长沙410073摘要：X射线脉冲星导航真实运行场景的模拟验证手段尚不够完善，限制了导航和探测理论的发展及工程化应用的实现。提出了基于脉冲星辐射特性和航天器轨道模型的X射线脉冲星动态信号模拟方法，设计了能实现多种实验场景模拟的X射线脉冲星模拟源，并根据脉冲星辐射特性构建了“天枢Ⅱ号”X射线脉冲星导航地面实验系统，可以高质量复现脉冲星导航空间运行场景。设计了静态及动态不同类型的实验对实验系统的性能进行了验证测试，针对PSRB0531+21、PSRB1937+21两颗脉冲星，开展了静态模拟实验，获得的脉冲轮廓相似度分别为99.5%、99.1%；开展了200km轨道高度的动态近地圆轨模拟实验，PSRB0531+21、PSRB1937+21的周期测试值和理论值的偏差分别为38451、350ps，还原到SSB（SolarSystemBarycenter）处的轮廓相似度分别为99.86%、99.99%。实现了椭圆轨道的超实时仿真实验，仿真时长可压缩50%，轮廓相似度为99.89%。实现了基于霍曼变轨模型的轨道机动模拟，周期变化的测试值与理论值的偏差标准差为637ps。该地面实验系统性能稳定，可以满足不同类型的X射线脉冲星导航模拟实验需求。关键词：X射线脉冲星导航；动态实验；X射线脉冲源；X射线探测器；半实物验证中图分类号：V11文献标识码：A文章编号：1000-6893（2023）03-526656-11X射线脉冲星导航（X-rayPulsarNavigation，XPNAV）是以高稳定的脉冲星辐射信号的时空信息为参考，从而实现航天器的位置、速度信息确定的新型导航方式，导航系统运行过程中不需要地面观测站的校准，具有完全自主导航的能力［1-6］。目前，国内外已围绕X射线脉冲星导航XPNAV进行了大量的理论及初步实验研究。美国国家航空航天局（NASA）于2017年发射了中子星内部结构探测器（Neutron-starInteriorCom⁃positionExplorer，NICER），NICER搭载了56个口径为10cm的X射线聚焦镜，开展了X射线脉冲星计时研究及脉冲星导航验证研究，并通过对毫秒脉冲星的观测得出了导航精度可达10km的结论［7］。中国于2016年11月发射了XPNAV-1，这是中国首颗脉冲星导航试验卫星。XPNAV-1中搭载了准直型和聚焦型两种X射线探测器，其中，聚...
