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《X射線脈沖星信號時延的實時估計方法》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、航空學報ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul252014Vol35No71966—1976ISSN1000—6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxbbuaaeducnhkxb@buaaeducnx射線脈沖星信號時延的實時估計方法李鵬飛，徐國棟+，董立珉，候天蕊哈爾濱工業(yè)大學衛(wèi)星技術研究所，黑龍江哈爾濱150001摘要：針對在頻域內(nèi)計算x射線脈沖星信號延時量存在滯后性，進而難以為航天器自主導航提供實時信息的問題，提出將脈沖星信號延時估計轉(zhuǎn)化為時域內(nèi)標量估計的方法。首先，通過人工神經(jīng)智能網(wǎng)絡獲得脈沖星信號的標準輪廓函數(shù)作為狀
2、態(tài)方程；應用粒子濾波算法對脈沖星信號延時量進行實時估計；其次，為了避免標準粒子濾波器中的粒子退化現(xiàn)象，推導并證明了一種新型粒子濾波算法；最后，推導出粒子濾波算法的精度函數(shù)，為航天器的導航策略提供參考。以航天器在軌運行中可能遇到的3種情況為背景，驗證了所提粒子濾波算法的正確性與有效性。關鍵詞：脈沖星；信號輪廓模型；人工神經(jīng)網(wǎng)絡；粒子濾波；粒子退化中圖分類號：V448．21；V448．25文獻標識碼：A文章編號：10006893(2014)07196611基于脈沖星的航天器自主導航方法完全擺脫了航天器在軌執(zhí)行任務時對地面站的依賴，是一種真正意義上的自主導航方法。自1974年美
3、國國家航空航天局(NASA)噴氣推進實驗室(JPL)的Downs在文獻[1]中提出利用x射線脈沖星為航天器導航的構想以后，這一技術引起國內(nèi)外學者的關注。目前基于脈沖星導航的理論研究主要集中在簡化參考系的轉(zhuǎn)換模型，以及脈沖星信號的識別與延時量估計2個方面，其中后者是脈沖星導航技術的基礎與關鍵。文獻[2]提出了時域內(nèi)累加的方法，提高脈沖星信號的信噪比(SNR)，對累加后的信號進行時延估計。這種方法建立在信號積累時問內(nèi)脈沖星信號時延不變的假設下，并且不能實現(xiàn)脈沖星信號的辨識，因而實際工程意義不大。文獻[3]提出在頻域范圍內(nèi)對脈沖星信號進行處理，以脈沖星的幅頻特性對脈沖星信號進行
4、識別，識別效果較好，但是通過相頻特性估計脈沖星信號時延的誤差受信噪比影響較大，取得較高精度的信號延時估計需要較長時問的信號積累。文獻[4]提出一種基于離散方波變換的周期信號檢測算法，縮短了利用幅頻特性進行脈沖星信號檢測所需要的時問，但是仍不能對脈沖星信號的延時進行估計。文獻[5]和文獻[6]提出利用小波閾值消噪處理脈沖星信號以實現(xiàn)噪聲剔除處理，在此基礎上文獻It]引入模糊理論建立隸屬度函數(shù)，結合小波閾值消噪方法較好地實現(xiàn)壓制噪聲。從計算機仿真結果上看，以上較為先進的信號處理方法是可行的，但是從精度與實時性方面來看，難以滿足基于x射線脈沖星導航的需要。文獻[8]在分析脈沖星
5、信號輪廓光子分布差異的基礎上，設計了基于輪廓光子分布統(tǒng)計量的辨識算法，提高了脈沖星信號的檢測速度，但仍不能估計脈沖星信號的延時量。文獻[9]提出一種基于s變換的信號檢測算法，進一步提高了脈沖星信號的檢測速度，但是s變換域功率譜閥值的選取收稿日期：2013—09—16；退修日期：2013—12—12；錄用日期：2014-01—20；網(wǎng)絡出版時間：2014—02—1309：24網(wǎng)絡出版地址：WWWcnkinet／kcms／detaii／s1000．689320130526html基金項目：國家“863”計劃(2008AA8051602)*通訊作者Tel：0451-864141
6、17E-mail：xgdong61@163com黽屬格式LiPF，XuGD，DongLM，etalArealtimeestimationmethodoftime—delayforX-raypulsarsigna
7、!正ActaAeronauticaetAs．tronauticaS／nica，2014，35(7)：1966—1976李鸚飛，徐國棟，董立珉，等X射線脈沖星信號時延的實時估計方法!芘航空學報，2014，35(7)：1966—1976李鵬飛等：x射線脈沖星信號時延的實時估計方法不當將導致對脈沖星信號延時的估計精度大為降低?；谏鲜銮闆r，本文從時問序列角度考慮脈沖星信
8、號的識別與延時估計問題。其處理過程分為3方面：①建立脈沖星信號標準輪廓的數(shù)學模型；②利用現(xiàn)代狀態(tài)估計算法獲取實時的脈沖星信號延時量；③建立信號延時估計量精度的指示函數(shù)，用于脈沖星信號的辨識。經(jīng)過國內(nèi)外研究機構的長期觀測，可用于航天器導航的脈沖星信號觀測數(shù)據(jù)十分豐富，多數(shù)脈沖星信號標準輪廓數(shù)據(jù)已經(jīng)公布，為以時問為變量的數(shù)學模型的建立提供了基礎。由于理論上人工神經(jīng)智能網(wǎng)絡可以擬合任何非線性函數(shù)口?，并考慮到脈沖星信號輪廓的強非線性，本文選用神經(jīng)網(wǎng)絡對脈沖星信號進行數(shù)學建模。建立脈沖星信號輪廓的數(shù)學模型為信號在時域上的預測提供了基礎
