帅平总设计师的文章再次激起了一轮激烈的讨论。科学人随后再次接到徐星与赵铭的来稿,再一次,针对XPNAV-1卫星项目与脉冲星导航表达了各自的观点。
感谢帅总亲自认真回应本人的看法和评论,但是帅总的讲解更加暴露了原新闻发布、帅总对于脉冲星和脉冲星导航的理解,以及该脉冲星导航路线存在的低级技术错误,进一步强化和坐实了本人在“脉冲星导航,精度10米?别逗了!”一文中的质疑。以下,本人援引“脉冲星导航最终精度可达10米,没有功夫逗你玩!”一文中的观点,逐一阐明我的看法与见解。
帅总的文章中首先介绍了什么是导航,以及什么是脉冲星导航,并把脉冲星导航分为几何定轨和动力学定轨,对此本人并无异议。但是,本人想请教帅总:GPS导航是否也分为几何定轨和动力学定轨?很显然,因为GPS导航系统可以给出接收GPS信号的物体的瞬时位置,所以从结果上就是几何定轨。但是,这和动力学定轨没有一点儿关系!
然而新华社的报道是这样说的:
“帅平介绍说,在无线电导航中,时间测量是基本观测量,根据信号传播时间来计算两者之间的距离。卫星导航系统是一种天基的无线电导航系统,采用单向达到时间测量距离。脉冲星导航与卫星导航定位原理极为相似,其观测距离是利用脉冲星发射的同一个X射线脉冲信号到达太阳系质心和航天器的时间差来测定的。当前,卫星导航定位精度为10米,脉冲星导航的最终精度也能够达到10米水平。”
很显然,帅总宣称的“10米”导航精度是在和GPS相比,也就是帅总文中介绍的几何定轨!那么我们看看帅总在文章中是怎么说的:考虑到脉冲星辐射的X射线信号(光子)流量较低,需要一定的信号积分时间,才能提取具有足够信噪比的脉冲轮廓;脉冲到达时间测量精度不如卫星导航时间测量精度高;以及航天器同时携带多个探测器和跟踪多颗脉冲星尚有一定的实现难度等因素,因而利用几何定轨方法的航天器轨道测定精度较低。从实际工程应用角度,一般采用动力学定轨方法,这有利于提高导航参数估计精度;可以通过轨道力学模型实时外推计算航天器的轨道参数;毋需同时探测4颗以上脉冲星,每一个弧段仅需要探测1颗脉冲星。可见,脉冲星导航拥有一整套严密的理论推导和导航滤波处理方法。
帅总承认“几何定轨方法的航天器轨道测定精度较低”,然而到底多低?帅总没有说。其实本人在前文给出的几公里到几十公里的脉冲星导航固有精度指的就是几何定轨方法的航天器轨道测定精度。新闻发布中,帅总把脉冲星导航的精度和GPS相比;现在,帅总又开始把脉冲星导航的“高精度”局限在“动力学定轨方法”,而这和GPS没有任何可比性。请问帅总,新闻发布是不是在故意忽悠和误导不懂技术的记者?等所有媒体铺天盖地的报道受到质疑时,您又出来说您指的脉冲星导航的“高精度”是别的事情,如此偷梁换柱、偷换概念,您这是逗谁玩呢?是在新闻发布的时候您还不懂脉冲星导航的概念和原理,所以犯了技术错误?还是明明懂却故意误导媒体?换句话说,您是不懂装懂?还是懂装不懂?
作为国内知名的脉冲星导航专家,我不相信您会犯如此低级的技术错误。因此,我相信是您懂装不懂,在故意误导媒体!听说您和您的团队(或者所谓的“专家论证组”)提交给领导的报告当中的说法和您在新闻发布会上的说法一致,也就是把脉冲星导航和GPS相比,声称脉冲星导航的精度“也能够达到10米的水平”!那么,是否可以说,您和您的团队通过欺骗领导使得项目立项,并且获得了经费呢?航天五院属于国企,通过这种手段获得经费支持是否违法?本人将咨询律师并且会在适当的时候采取法律途径维护纳税人的利益。
帅总在文中指出:
目前,国际公开的脉冲星数据大多为射电频段观测数据,以及部分空间天文卫星探测的X射线数据。由于这些数据并非是针对脉冲星导航应用而专门探测的,因此利用其进行导航分析计算,往往会得出片面的和悲观的结论。
事实上,尽管这些数据并非是针对脉冲星导航应用而专门探测的,但是,目前通过射电脉冲星观测到的脉冲星计时精度,要高于X射线观测的脉冲星计时精度;而且,大部分已经运行的空间X射线仪器的性能,都远远好于帅总将要发射的卫星上的仪器。请问,为什么“利用其进行导航分析计算,往往会得出片面的和悲观的结论”?是什么问题让帅总认为这些数据不能使用?帅总在决定做所谓的“全球第一颗脉冲星导航试验卫星”之前调研过这些数据吗?得到了什么样的结论?事实上,国内外很多学者都做过调研,也使用这些数据做过大量的脉冲星导航研究,是帅总不知道?还是装作不知道?
不过,既然帅总已经承认了能够和GPS导航相比的“几何定轨”精度较低,并且,换了一个概念,开始讨论和GPS导航无法相比的“动力学定轨”的精度,那我就放过帅总一马,不再继续批评帅总在新闻发布中“和GPS导航相比”这个低级技术错误,就和帅总商榷“动力学定轨”的精度的问题。
脉冲星导航精度如何能达到10米呢?帅总在文章中提到了几个基本条件:
那么,在什么样的条件下脉冲星导航精度可以达到10米呢?这就是数值试验的基本条件。在脉冲到达时间测量精度为0.1微秒,脉冲星计时模型精度为0.1微秒,到达时间转换精度为0.1微秒,以及脉冲星角位置精度为0.1毫角秒的条件下,脉冲星导航精度就可以达到10米。在航天器长时间高精度自主导航应用中,导航星座卫星对实时轨道确定与时间同步精度的要求是最高的,分别为10米和1纳秒水平。这就是10米精度指标的应用需求,具有重要的工程应用价值和科学研究意义。
先不说这几个基本条件是否能够达到,提出的这几个基本条件就太天真了。由于脉冲星的单个脉冲到达时间存在“jitter”(就是本人前文所说的短期抖动,读者还记得那个手指头吗?这是脉冲星的性质,和测量精度无关),而“jitter”的时间尺度经常大于0.1微秒,甚至经常达到微秒甚至几十微秒,因此无论技术上能够做到的“脉冲到达时间测量精度”有多高,导航的固有精度的都是由脉冲星的固有性质决定的。关于“脉冲星计时模型精度”的说法更为荒唐。我们知道,脉冲星的计时模型包含了脉冲星的自转频率、频率一阶倒数、频率二阶倒数、脉冲星自行、不同时间尺度的残差等一系列参数,岂是一个“0.1微秒”能够代替的?请问这个“0.1微秒”到底指的是什么?如果是指加入了合理的脉冲星模型之后得到的计时残差,那么已知的能够产生X射线的脉冲星中只有一个具有这样的性质。但这个脉冲星的X射线流量非常低,观测起来非常困难,仅仅利用这个脉冲星实现脉冲星导航显然是不可能的。请问帅总,自然界中存在满足您需求的脉冲星吗?是您不知道脉冲星的天体物理研究情况、不理解脉冲星导航需要用到脉冲星的这些参数?还是您故意掩盖真实脉冲星导航的复杂性和难度?是不懂装懂还是懂装不懂,这是一个问题!
帅总在文章中举例:
依据上述数值试验条件,采用Walker 24/6/1导航星座构形和反馈滤波处理方法,分析计算得到导航星座卫星三维轨道误差、径向轨道误差和时间同步误差序列分别如图2、图3和图4所示。通过方差统计分析得到,星座卫星的三维轨道精度、径向轨道精度和时间同步精度分别为10.02米(1σ)、1.45米(1σ)和0.74 纳秒(1σ)。顾及星座卫星轨道和时钟误差,计算得到基于X射线脉冲星的导航卫星用户测距误差(URE)序列如图5所示。URE是评定导航星座自主导航性能的关键性指标。从图中可以看到:URE值均小于6米,能够满足用户导航定位应用需求。数值分析研究结果表明:脉冲星导航的最终精度可达到10米,以满足导航星座长时间高精度自主导航应用需求。