x射線脈沖星信號(hào)相位差估計(jì)方法及應(yīng)用

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1、爲(wèi)麥秦丟斯Ｍ專圓碩±學(xué)位論文胃圏．圓Ｘ射線脈沖星信號(hào)相位差估計(jì)方法及應(yīng)用作者姓名藍(lán)藍(lán)指導(dǎo)教師姓名、職稱許錄平教授ｇ？申請(qǐng)學(xué)位類別工學(xué)碩±Ｉ學(xué)校代碼１０７０１學(xué)號(hào)１３０２ｆ２１１３２分類號(hào)ＴＮ９６密級(jí)公開(kāi)．西安電子科技大學(xué)碩擊學(xué)位論文Ｘ射線脈沖星信號(hào)相位差估計(jì)方法及應(yīng)用作者姓名：張狡一級(jí)學(xué)科：信息與通信工程二級(jí)學(xué)科：信號(hào)與信息處理學(xué)位類別；工學(xué)碩±指導(dǎo)教師姓名、職稱：許錄平教授學(xué)院；電子工程學(xué)院提交日期；２０１５年１２月

2、EstimationMethodandApplicationofX-rayPulsarSignalPhaseDifferenceAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinSignalandInformationProcessingByZhangJiaoSupervisor:XuLupingProfessorDecember2015西安電子科技大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明

3、秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)巧的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容Ｗ外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果；也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料一。與我同工作的同事對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。一學(xué)位論文若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)切法律責(zé)任。又口＇王／目：誠(chéng)亦交日期；，味月、Ｔ本人簽名西安電子科技大學(xué)關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明本

4、人完全了解西安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，目Ｐ；研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于西安電子科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留送交，允許查閱、借閱論文論文的復(fù)印件；學(xué)?？晒颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，允許。采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文同時(shí)本人保證，結(jié)合學(xué)位論文研究成果完成的論文、發(fā)明專利等成果，署名單位為西安電子科技大學(xué)。保密的學(xué)位論文在年解密后適用本授權(quán)書(shū)。＿＇￣本人簽名導(dǎo)師簽名：＾：謙拖丫—平￣人Ｕ之／弓月【少１入）日期：５／巧日期；｜：摘要摘要基于X射線脈沖

5、星的相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)因其自主性好、可靠性高及適用性廣等優(yōu)點(diǎn)，與現(xiàn)有的導(dǎo)航系統(tǒng)形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，是一種全新的自主導(dǎo)航方法，正逐漸受到航空航天領(lǐng)域的高度重視和青睞?；赬射線脈沖星的相對(duì)導(dǎo)航主要是通過(guò)兩航天器測(cè)量到的脈沖時(shí)延與它們沿脈沖星方向矢量上的距離增量之間的比例關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的估計(jì)。一般地，脈沖到達(dá)時(shí)間延遲量主要通過(guò)脈沖信號(hào)間的相位差來(lái)獲得，其精度直接決定了兩航天器相對(duì)導(dǎo)航定位的精度。因此，如何獲得高精度的相位差成為了亟待解決的問(wèn)題。在X射線脈沖星相對(duì)導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，主要將累積脈沖輪廓或測(cè)量得到的脈沖到達(dá)時(shí)間作為相位差估

6、計(jì)的研究對(duì)象。本文給出了一種新的加權(quán)FFT相位差估計(jì)算法，該算法是以對(duì)光子到達(dá)時(shí)間序列進(jìn)行等間隔采樣后得到的光子強(qiáng)度序列為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)頻域內(nèi)光子強(qiáng)度序列間的相位差進(jìn)行累積和能量加權(quán)頻域內(nèi)相位差與各頻點(diǎn)的比值來(lái)獲得時(shí)域內(nèi)相位延遲量的過(guò)程。該方法不僅可以防止輪廓累積過(guò)程中造成的有效信號(hào)損失提高信噪比，相比于脈沖到達(dá)時(shí)間還可減少數(shù)據(jù)對(duì)象加快運(yùn)算速率。此外，本文還結(jié)合三維相對(duì)位置與速度解算方程和相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌道動(dòng)力學(xué)模型給出了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的相對(duì)導(dǎo)航定位系統(tǒng)，對(duì)兩航天器間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)做出估計(jì)，進(jìn)一步驗(yàn)證加權(quán)FFT算法的可行性和

7、優(yōu)效性。針對(duì)本文給出的加權(quán)FFT相位差估計(jì)算法，將非線性最小均方差法和最大似然法與其在相位差估計(jì)精度和計(jì)算復(fù)雜度方面進(jìn)行了對(duì)比仿真，分析了觀測(cè)時(shí)間與采樣間隔對(duì)加權(quán)FFT算法的影響，并在相對(duì)導(dǎo)航定位系統(tǒng)中運(yùn)用各算法對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了估計(jì)。結(jié)果表明：（1）加權(quán)FFT的計(jì)算復(fù)雜度在ML與NLS之間，且比NLS和ML能夠獲得更高的相位差估計(jì)精度。（2）加權(quán)FFT估計(jì)的相位差均方根誤差關(guān)于觀測(cè)時(shí)間或采樣間隔均呈冪函數(shù)形式變化，隨著觀測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)和采樣間隔的減小，其影響不再顯著。（3）在相對(duì)導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，加權(quán)FFT比NLS和ML能夠

8、估計(jì)得到更準(zhǔn)確的相對(duì)位置和速度。關(guān)鍵詞：相對(duì)導(dǎo)航，相位差估計(jì)，加權(quán)FFT，擴(kuò)展卡爾曼濾波IABSTRACTABSTRACTAsanewmethodofautonomousnavigationandwithgoodautonomy,highreliabilityandwideapplicab