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基于X射线脉冲星的相对导航系统因其自主性好、可靠性高及适用性广等优点,与现有的导航系统形成优势互补,是一种全新的自主导航方法,正逐渐受到航空航天领域的高度重视和青睐。基于X射线脉冲星的相对导航主要是通过两航天器测量到的脉冲时延与它们沿脉冲星方向矢量上的距离增量之间的比例关系来实现对相对运动状态的估计。一般地,脉冲到达时间延迟量主要通过脉冲信号间的相位差来获得,其精度直接决定了两航天器相对导航定位的精度。因此,如何获得高精度的相位差成为了亟待解决的问题。在X射线脉冲星相对导航定位系统中,主要将累积脉冲轮廓或测量得到的脉冲到达时间作为相位差估计的研究对象。本文给出了一种新的加权FFT相位差估计算法,该算法是以对光子到达时间序列进行等间隔采样后得到的光子强度序列为研究对象,通过对频域内光子强度序列间的相位差进行累积和能量加权频域内相位差与各频点的比值来获得时域内相位延迟量的过程。该方法不仅可以防止轮廓累积过程中造成的有效信号损失提高信噪比,相比于脉冲到达时间还可减少数据对象加快运算速率。此外,本文还结合三维相对位置与速度解算方程和相对运动轨道动力学模型给出了基于扩展卡尔曼滤波的相对导航定位系统,对两航天器间的相对运动状态做出估计,进一步验证加权FFT算法的可行性和优效性。针对本文给出的加权FFT相位差估计算法,将非线性最小均方差法和最大似然法与其在相位差估计精度和计算复杂度方面进行了对比仿真,分析了观测时间与采样间隔对加权FFT算法的影响,并在相对导航定位系统中运用各算法对相对运动状态进行了估计。结果表明:(1)加权FFT的计算复杂度在ML与NLS之间,且比NLS和ML能够获得更高的相位差估计精度。(2)加权FFT估计的相位差均方根误差关于观测时间或采样间隔均呈幂函数形式变化,随着观测时间的延长和采样间隔的减小,其影响不再显著。(3)在相对导航定位系统中,加权FFT比NLS和ML能够估计得到更准确的相对位置和速度。