[發(fā)明專利]一種高精度的X射線脈沖星信號模擬方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510041164.3
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104567937B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 傅靈忠;帥平;吳耀軍;陳強;張倩;貝曉敏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空間技術(shù)研究院
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高精度的X射線脈沖星信號模擬方法，屬于信號模擬和信號處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

X射線脈沖星導(dǎo)航(XPNAV)是一種全新的自主導(dǎo)航方式，具有隱蔽性好、安全性高、抗干擾能力強，導(dǎo)航精度高等諸多優(yōu)點，能夠為近地軌道、深空和星際空間飛行的航天器提供位置、速度、時間和姿態(tài)等豐富的導(dǎo)航信息，具有重要的工程應(yīng)用價值和戰(zhàn)略研究意義，備受國際航天機構(gòu)關(guān)注。2004年，美國國防先進技術(shù)發(fā)展局啟動的“X射線導(dǎo)航與自主定位”(XNAV)研究計劃，開展脈沖星仿真方法研究和原理樣機研制等工作，該計劃目前已完成可行論證、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與地面驗證，即將在國際空間站和高軌道衛(wèi)星上開展空間飛行試驗。由于X射線無法穿透稠密的大氣層，地面實驗室無法觀測到X射線脈沖星的輻射信號，因此衛(wèi)星搭載探測器對X射線脈沖星進行觀測。然而搭載試驗具有復(fù)雜度高，耗時長，技術(shù)難度大等缺點，不適用于X射線脈沖星導(dǎo)航系統(tǒng)的研究和算法的驗證。因此，目前的研究工作主要采用地面模擬產(chǎn)生的X射線脈沖星信號。

目前涉及X射線脈沖信號模擬方法的文獻主要有：(1)“一種基于隨機單光子發(fā)射機制的X射線脈沖星信號模擬源”(專利號：CN103697908A)，(2)“多脈沖星信號模擬器”(申請?zhí)枺?00910023707.3)，(3)“一種脈沖星頻率信號模擬器”(專利號：CN102759884A)，(4)“劉利,鄭偉,湯國建,孫守明.基于X射線脈沖星的導(dǎo)航半實物仿真系統(tǒng)[J].國防科技大學(xué)學(xué)報.2012,34(5)”，(5)“孫海峰,謝楷,李小平等.高穩(wěn)定度X射線脈沖星信號模擬[J].物理學(xué)報.2013(10):518-528”，(6)“周峰,吳光敏,趙寶升等.基于X射線脈沖星導(dǎo)航的模擬調(diào)制仿真源研究[J].物理學(xué)報,2013(11)”，(7)“Emadzadeh A,Speyer J L.On modeling and pulse phase estimation of X-ray pulsars.IEEE Transactions on Signal Processing,2010,58(9):4484–4495”，(8)“ZHANG Hua,XU Luping,SONG Shibin,Jiao Rong[J].Journal of Physics.98(2014)189–200.”，(9)“J.Sala,A.Urruela,X.Villares,R.Estalella,Feasibility Study for a Spacecraft Navigation System Relying On Pulsar Timing Information,European Space Agency Advanced Concepts Team ARIADNA Study,2004.”以上文獻設(shè)計的脈沖星信號模擬系統(tǒng)或模擬方法都未考慮脈沖星自轉(zhuǎn)頻率存在緩慢變化的特點。只有文獻“蘇哲.X射線脈沖星導(dǎo)航信號處理方法和仿真實驗系統(tǒng)研究[D].2011.”考慮到脈沖星自轉(zhuǎn)頻率存在變化的特點，然而文獻中還是假設(shè)在小時間段內(nèi)脈沖星的頻率是不變的，未提出針對頻率緩慢變化特性的有效模擬方法。

脈沖星自主導(dǎo)航時間跨度大，頻率的微小誤差也會導(dǎo)致TOA巨大的偏差，因此只有準(zhǔn)確地模擬脈沖星的頻率變化特性，才能為脈沖星導(dǎo)航系統(tǒng)的研制和導(dǎo)航算法的驗證提供真實有效的脈沖星信號。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高精度的X射線脈沖星信號模擬方法，模擬產(chǎn)生的X射線脈沖星光子信號具有脈沖星自轉(zhuǎn)頻率緩慢變化的特性，能夠用于構(gòu)建高精度的脈沖星導(dǎo)航地面試驗系統(tǒng)和脈沖星周期搜索、輪廓解算、TOA估計和長時間自主導(dǎo)航算法的驗證。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種高精度的X射線脈沖星信號模擬方法，步驟如下：

步驟S1：確定模擬的起始時刻t₀，模擬結(jié)束時刻t_f，記t_n為第n個脈沖星光子信號的到達太陽系質(zhì)心SSB處的時間，令n的初始值為0；

步驟S2：根據(jù)脈沖星相位預(yù)測模型計算得到t_n時刻對應(yīng)的脈沖星相位φ(t_n)；

步驟S3：由步驟S2得到的t_n時刻對應(yīng)的脈沖星相位φ(t_n)，采用反函數(shù)法遞推得到第n+1個脈沖星光子信號到達SSB處時對應(yīng)的脈沖星相位φ(t_n+1)；