Космическая навигация по пульсарам Александр Родин Пущинская радиоастрономическая обсерватория АКЦ ФИАН rodin@prao.ru. - презентация

1 Космическая навигация по пульсарам Александр Родин Пущинская радиоастрономическая обсерватория АКЦ ФИАН

2 План доклада 1.Свойства пульсаров. 2.Отличие от спутниковых навигационных систем. 3.Точность регистрации пульсарных импульсов. 4.Принцип определения местоположения. 5.Блок-схема пульсарной навигационной системы. 6.Заключение

3 Отличие от спутниковых навигационных систем (Rodin, Sekido, Ilyasov, Imae, 2006) 1.Сигнал от пульсара не содержит никакой дополнительной информации, кроме собственно периодичности. 2.Пульсары крайне слабы, что приводит к длительным временам накопления для обеспечения приемлемого значения сигнал/шум. 3.До пульсаров хорошо известны только их угловые координаты. Расстояния до пульсаров известны с гораздо худшей точностью. 4.Пульсары обладают собственными нерегулярностями вращения, которые вызываются различными астрофизическими причинами. Такие нерегулярности можно рассматривать как аналог режима избирательного доступа, который не может быть отключён.

4 Свойства пульсаров Плотность потока (1.4 ГГц): от до 1100 мЯн (каталог 1771 пульсаров). Плотность потока для некоторых пульсаров как функция частоты (Sala, Uruella, Villares et al, 2004). 1 Ян (Jy) = Вт/(м 2 Гц)

5 Период: от 1.39 мс до ~ 8 сек. Большинство миллисекундных пульсаров в двойных системах. У некоторых пульсаров глитчи,. Свойства пульсаров Изменения периода у четырёх рентгеновских пульсаров (White et al, 1995).

6 Свойства пульсаров Распределение пульсаров по небу эклиптические координаты галактические координаты (Sala, Uruella, Villares et al, 2004).

7 Свойства пульсаров Отношение сигнал/шум Отношение с/ш как функция частоты для 15 пульсаров (Sala, Uruella, Villares et al, 2004).

8 Свойства пульсаров Яркостная температура Галактики на частоте 150 МГц в галактических координатах. Контуры от 200 до 3000К.

9 Свойства пульсаров Карта неба в рентгеновских лучах по данным спутника ROSAT (Snowden et al 1997) ед./сек/угл.мин 2

10 Точность регистрации пульсарных импульсов T sys – системная температура (К), B – полоса приема (Гц), τ – время накопления (сек), W – ширина импульса (сек), P – период пульсара (сек), S – плотность потока (Ян), G – усиление антенны (Ян/К). ~ W / SNR

11 Точность регистрации пульсарных импульсов PSR PSR J

12 Принцип определения местоположения релятивистская поправка где поправка за сферичность фронта задержка Рёмера дисперсионная задержка (для радиопульсаров) (Rodin et al, 2006)

13 Принцип определения местоположения Пульсар КА Pc R SSB Сферический фронт сигнала измеряется вычисляется

14 Принцип определения местоположения - набег вращательной фазы при коррекциях орбиты - изменение наблюдаемой частоты вращения пульсара - изменение производной частоты вращения пульсара Необходим акселерометр на борту КА!

15 Принцип определения местоположения V/c Изменение направления 1 % 5 % 10% 30' 3° 6° - коррекция частоты бортового стандарта частоты,,, - учёт аберрации

16 Блок-схема пульсарной навигационной системы Space craft Radio (X-ray) telescope Date processing center Pulsar observation center Mission control center GPS (GLONASS) satellite UTC scale Pulsar list Raw data Control data Space craft coordinates and distance TOA data Pulsar 1 B1B1 Pulsar 2 B 2 Pulsar 2 signal Pulsar 3 signal A Pulsar 3 B 3 Pulsar 1 signal

17 START Enter raw TOA of pulse Transform TOA from spacecraft time scale to SSB scale Removing timing noise d t noise from TOA Reduction of TOA to SSB Calculation of A i = c (t i – t i ) and r Estimating deviation of measured position from predicted r - r predict > Store the calculation result Orbit correction End of navigation END (To space craft) YES NO YES NO Блок-схема пульсарной навигационной системы

18 Заключение 1.Предложена навигационная система, основанная на приёме сигналов от пульсаров. 2.Определены основные требования к регистрирующей аппаратуре. 3.Разработан алгоритм определения местоположения.

19 Блок-схема пульсарной навигационной системы