基于環(huán)路跟蹤的x射線脈沖星相位估計(jì)方法
【專利摘要】基于環(huán)路跟蹤的X射線脈沖星相位估計(jì)方法，步驟為：(1)確定觀測脈沖星，記錄靜止條件下其脈沖周期P0與標(biāo)準(zhǔn)輪廓s(n)；(2)在觀測時間段內(nèi)，記錄所有觀測脈沖星光子的到達(dá)時間；(3)對于第一個τs時長內(nèi)光子到達(dá)時間序列，根據(jù)靜止條件下脈沖周期P0進(jìn)行折疊，生成測量脈沖輪廓c(n)；(4)求取s(n)與c(n)的相位差估計(jì)值；(5)選用一階和三階濾波器組合，對相位差估計(jì)值進(jìn)行濾波，獲得頻率和相位反饋修正信息Δf、Δφ；(6)利用Δf修正靜止條件下的脈沖周期P0，得到修正后的脈沖周期，并獲得下一個τs時長內(nèi)新的測量脈沖輪廓；(7)利用Δφ修正標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓s(n)，得到修正后的標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓；(8)根據(jù)與，得到新的相位差估計(jì)值。
【專利說明】基于環(huán)路跟蹤的X射線脈沖星相位估計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航天器自主導(dǎo)航領(lǐng)域，涉及一種X射線脈沖星導(dǎo)航信號處理過程的動 態(tài)效應(yīng)修正方法，適用于近地軌道、深空和行星際飛行航天器，以及無稠密大氣星體著陸器 及其表面巡游器的高精度自主導(dǎo)航與控制。

【背景技術(shù)】
[0002] X射線脈沖星是一種天然信標(biāo)，能輻射穩(wěn)定的X射線脈沖信號。利用X射線脈沖星 導(dǎo)航是一種新型的天文導(dǎo)航方法，是真正意義上的自主導(dǎo)航。通過對脈沖信號的計(jì)時觀測， 可獲取高精度的測距信息與時間信息，通過對脈沖星成像，也可以獲取姿態(tài)信息。脈沖星導(dǎo) 航是適用于整個太陽系的自主導(dǎo)航技術(shù)，對于任務(wù)不同階段只需要進(jìn)行導(dǎo)航算法的適應(yīng)性 調(diào)整，導(dǎo)航精度不會隨飛行距離的增加而降低，該技術(shù)將是未來實(shí)現(xiàn)深空探測及星際飛行 任務(wù)中無縫導(dǎo)航與精密控制的最為有效的途徑。
[0003] X射線脈沖星導(dǎo)航的基本原理是通過測量同一時刻航天器的脈沖相位與基準(zhǔn)點(diǎn) (太陽系質(zhì)心）位置處的脈沖相位差值，通過一定的導(dǎo)航算法，獲得觀測時刻航天器相對基 準(zhǔn)點(diǎn)的位置。由此可見，脈沖星相位估計(jì)方法是X射線脈沖星導(dǎo)航的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，只有進(jìn) 行精確的脈沖相位測量，才能進(jìn)行后續(xù)的航天器導(dǎo)航定位。脈沖相位的測量方法是利用觀 測得到的信息與事先記錄的標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓進(jìn)行比較，以獲得二者的相位差。由于脈沖星導(dǎo) 航X射線探測器記錄的是光子到達(dá)時間而非直接的脈沖信息，因此需要進(jìn)行相應(yīng)的脈沖星 導(dǎo)航信號處理環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)由光子到達(dá)時間向脈沖相位估計(jì)的轉(zhuǎn)換。然而對于航天器而言， 由于其自身運(yùn)動導(dǎo)致的多普勒效應(yīng)以及相對論效應(yīng)，在進(jìn)行脈沖星導(dǎo)航信號處理時，脈沖 周期不斷發(fā)生變化，使得采用標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓進(jìn)行相位估計(jì)時，會出現(xiàn)估計(jì)精度下降的情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有脈沖星導(dǎo)航信號處理環(huán)節(jié)利用固定的標(biāo)準(zhǔn)脈 沖輪廓實(shí)現(xiàn)脈沖相位估計(jì)導(dǎo)致的估計(jì)精度退化，提供了一種利用反饋環(huán)路獲取脈沖輪廓周 期變化修正信息實(shí)現(xiàn)動態(tài)航天器脈沖相位準(zhǔn)確估計(jì)的方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：基于環(huán)路跟蹤的X射線脈沖星相位估計(jì)方法，包括如 下步驟：
[0006] (1)確定觀測脈沖星，記錄靜止條件下觀測脈沖星的脈沖周期Ptl與標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓 s(n);其中標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓為一個周期內(nèi)脈沖星光子到達(dá)數(shù)量的數(shù)學(xué)期望在第η個采樣點(diǎn) ￥處的采樣值，N為采樣點(diǎn)總數(shù)，η= 1，2,…，N; N
[0007] (2)在觀測時間段τ。至τQ+、b#，記錄所有觀測脈沖星光子的到達(dá)時間，其中 Ttl為觀測時間起點(diǎn)，τ^為觀測總時長；
[0008]⑶對于第一個^時長內(nèi)觀測脈沖星光子到達(dá)時間序列τke[τ。，τ。+Ts]，根 據(jù)靜止條件下脈沖周期匕進(jìn)行折疊，生成測量脈沖輪廓c(η)，
[0009]c(η) =as(η+ΦXN) +β+ω(η)
[0010] 其中α為比例因子，β為位移因子，ω(η)為測量噪聲，Φ為測量脈沖輪廓與標(biāo) 準(zhǔn)脈沖輪廓之間的相位差；
[0011] (4)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓S(η)與測量脈沖輪廓C(η)，得到二者的相位差Φ的估計(jì) 值S;
[0012] (5)選用一階和三階濾波器組合，對準(zhǔn)脈沖輪廓s(η)與測量脈沖輪廓c(η)的相位 差估計(jì)值#進(jìn)行濾波，獲得頻率反饋修正信息Δ?·與相位反饋修正信息Λφ;其中濾波器 組合表示為：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 基于環(huán)路跟蹤的X射線脈沖星相位估計(jì)方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 確定觀測脈沖星，記錄靜止條件下觀測脈沖星的脈沖周期Ptl與標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓 s(n);其中標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓為一個周期內(nèi)脈沖星光子到達(dá)數(shù)量的數(shù)學(xué)期望在第η個采樣點(diǎn) 4處的采樣值，N為采樣點(diǎn)總數(shù)，η= 1，2,…，N; N (2) 在觀測時間段％至τ ，記錄所有觀測脈沖星光子的到達(dá)時間，其中τ^ 為觀測時間起點(diǎn)，TtjbsS觀測總時長； ⑶對于第一個^時長內(nèi)觀測脈沖星光子到達(dá)時間序列τke[τ。，τ。+、]，根據(jù)靜 止條件下脈沖周期Ptl進(jìn)行折疊，生成測量脈沖輪廓c(η)， c(n) =as(η+ΦXΝ) +β+ω(η) 其中α為比例因子，β為位移因子，ω(η)為測量噪聲，φ為測量脈沖輪廓與標(biāo)準(zhǔn)脈 沖輪廓之間的相位差； (4) 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓s(η)與測量脈沖輪廓c(η)，得到二者的相位差Φ的估計(jì)值#; (5) 選用一階和三階濾波器組合，對準(zhǔn)脈沖輪廓s(η)與測量脈沖輪廓c(η)的相位差估 計(jì)值#進(jìn)行濾波，獲得頻率反饋修正信息Δ?·與相位反饋修正信息Λφ;其中濾波器組合 表示為：
Δφ= /Af 其中，ΛΦ、Af分別為相位與頻率的反饋修正信息，&31、&32、 &33分別表示三階濾波器 各積分環(huán)節(jié)放大系數(shù)，an表示一階濾波器放大系數(shù)； (6) 利用頻率反饋修正信息Af修正靜止條件下的脈沖周期Pci，得到修正后的脈沖周 期盧1 -Δ/') %并利用戶對下一個^時長內(nèi)觀測脈沖星光子到達(dá)時間序列進(jìn)行折 疊，并獲得下一個τs時長內(nèi)觀測脈沖星光子到達(dá)時間序列，由此得到新的測量脈沖輪廓 Φ); (7) 利用相位反饋修正信息△Φ修正標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓s(η)，得到修正后的標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓
(8) 根據(jù)與,得到新的相位差估計(jì)值$ ; (9) 對于觀測時間段τ。至τQ+Ttjbs內(nèi)的每一個處理步長τs，重復(fù)步驟（3)?步驟 (8)，直至全部觀測脈沖星光子到達(dá)時間序列處理完畢，得到最終的相位差估計(jì)值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于環(huán)路跟蹤的X射線脈沖星相位估計(jì)方法，其特征在于： 所述的濾波器組合中的積分運(yùn)算采用矩形波數(shù)字積分器實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號】G01C21/02GK104457745SQ201410683353
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】張新源, 帥平, 黃良偉, 林晴晴, 貝曉敏 申請人:中國空間技術(shù)研究院