[發明專利]基于抗噪快速壓縮感知的脈沖星到達時間估計方法及系統

有效

• 申請號: 201611038219.6
• 申請日: 2016-11-23
• 公開（公告）號: CN106595672B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 劉勁;喻子原;吳謹;寧曉琳;康志偉
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

本發明提供一種基于抗噪快速壓縮感知的脈沖星到達時間估計方法及系統，包括冗余字典的構建，基于哈達瑪矩陣，定義某個行矢量的觀測能量為該行矢量與字典各列矢量的乘積變化范圍，根據預設的觀測能量門限，若某個行矢量的觀測能量大于門限，該行矢量被選作觀測矩陣的一行；根據觀測矢量與各字典列矢量的相關性實現匹配追蹤。與傳統基于壓縮感知的脈沖星到達時間估計方法相比，本發明技術方案對噪聲具有較強的魯棒性，觀測矢量數目較少，并且便于硬件實現，具有重要的應用價值。

技術領域

本發明屬于航天器自主導航領域，特別涉及一種基于壓縮感知的脈沖星到達時間估計方法及系統。

背景技術

X射線脈沖星導航是一種新興的航天器自主導航方法。X射線脈沖星導航是利用脈沖星輻射信號進行導航。X射線脈沖星對外輻射穩定的、周期性的脈沖信號。將這些信號按照周期進行累積，可獲得穩定的脈沖輪廓。將該輪廓與標準脈沖輪廓進行比較，就能獲得脈沖到達時間(TOA，time-of-arrival)的小數部分，而其整數周期部分則可通過航天器預測位置進行估算。

脈沖星到達時間是脈沖星導航系統能正常工作的基礎。目前，脈沖星到達時間估計是脈沖星導航領域中的研究熱點。近年來，已有學者開始將壓縮感知應用于脈沖星信號處理。如：蘇哲等人于2011年在《中國科學:物理學力學天文學》上發表了《基于壓縮感知的脈沖星輪廓構建算法》；沈利榮等人于2016年在《Optik》上發表了《A robust compressedsensing based method for X-ray Pulsar Profile construction，魯棒壓縮感知方法在脈沖星信號重構中的應用》。這兩種方法主要關注于脈沖星信號重構。其實，脈沖星信號去噪，重構的最終目的都是獲得高精度脈沖星到達時間。黎勝亮等人于2014年在《Optik》上發表了《Fleet algorithm for X-ray pulsar profile construction and TOA solutionbased on compressed sensing，基于壓縮感知的脈沖星輪廓與TOA快速算法》；余航等人于2015年在《aerospace science and technology》上發表了《A sparse representation-based optimization algorithm for measuring the time delay of pulsarintegrated pulse profile，采用稀疏表示的脈沖星累積脈沖輪廓時間延遲測量方法》。這兩篇文章將壓縮感知應用于脈沖星到達時間估計，取得了較好的效果。但是，在測量矢量的選擇上都是隨機的，某些測量矢量可能無法發揮作用或作用很小。這樣，大量無用的觀測矢量被選用，而有用的觀測矢量則被遺漏。

相比于傳統壓縮感知在其他領域的應用，當前脈沖星到達時間估計方法中的壓縮感知有以下幾個特點：

(1)字典中的各個元素不是正交的，而是冗余的。字典中的元素是擁有不同相位的同一脈沖輪廓。

(2)脈沖星輪廓信號被視為1階稀疏信號。

為便于在航天器上實現脈沖星到達時間估計方法，需滿足以下幾個條件：

(1)幅度和相位是脈沖星輪廓的兩個參數。由于脈沖星輻射強度不穩定，獲得的脈沖星輪廓幅度也是未知的。脈沖星TOA估計重點是獲得相位。因此，基于壓縮感知的脈沖星TOA估計算法不應受幅度干擾。

(2)為了便于硬件實現，觀測矩陣系數需為{1,-1}。

(3)為了減小計算量，應盡量減少觀測矢量數目。

但是目前尚未有合適的技術方案出現。

發明內容

本發明提出了一種基于抗噪快速壓縮感知的脈沖星到達時間估計技術方案，旨在為導航系統快速地提供更加準確的脈沖到達時間估計。

為達到上述發明目的，本發明的技術方案是：