[發(fā)明專利]一種基于希爾伯特變換的X射線脈沖星辨識方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711082587.5
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107894231A
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金晶;王龍奇;姜宇;李曉宇
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微弱信號處理領(lǐng)域的輪廓辨識方法，具體涉及一種基于希爾伯特變換的X射線脈沖星辨識方法。

背景技術(shù)

X射線脈沖星是輻射光子能量集中于X射線頻段、自轉(zhuǎn)周期穩(wěn)定、距離太陽系遙遠的一類中子星。X射線脈沖星導(dǎo)航不受人為干擾，可以實現(xiàn)完全自主導(dǎo)航，同時X射線脈沖星導(dǎo)航可解決大尺度時空的導(dǎo)航問題。

X射線脈沖星距離太陽系遙遠，傳播到航天器的光子容易被宇宙背景噪聲淹沒，能夠接收到的光子信號十分微弱，這就需要探測器長期對準X射線脈沖星輻射波束的方向，對接收到的光子按照一定周期進行折疊才能得到觀測輪廓。在完成X射線脈沖星信號的輪廓提取后，需要對X射線脈沖星觀測輪廓信號正確辨識后才能進行后續(xù)的導(dǎo)航計算處理。

目前對于X射線脈沖星觀測輪廓信號的辨識問題常規(guī)方法是利用觀測輪廓的幅值信息與標準輪廓進行比較，受到噪聲的影響較大，而利用觀測輪廓信號提取雙譜特征或者高階統(tǒng)計量的方法，需要大量的運算時間和存儲空間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服利用高階統(tǒng)計量進行X射線脈沖星辨識時占用大量運算時間和存儲空間的不足，提供一種基于希爾伯特變換提取瞬時幅值特征的方法對X射線脈沖星進行辨識。它能發(fā)揮希爾伯特變換對高頻噪聲的抑制作用，同時占用很少的計算時間和存儲空間，從而適用于X射線脈沖星的辨識。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：提取輪廓信號的瞬時幅值作為信號特征，在得到標準輪廓特征數(shù)據(jù)庫和觀測輪廓信號的特征向量后，根據(jù)辨識準則設(shè)計最小距離分類器，分別計算特征向量與每個標準輪廓特征之間的空間距離，實現(xiàn)對不同X射線脈沖星進行分類。

本發(fā)明的流程圖如圖1所示，具體步驟如下：

步驟一：希爾伯特變換。

X射線脈沖星信號是由一段觀測時間內(nèi)X射線探測器接收到的光子數(shù)目累積形成的觀測輪廓信號構(gòu)成，對于不同的X射線脈沖星信號來說，由于X射線脈沖星具有特定的物理特征和空間特征，傳播到太陽系內(nèi)的X射線脈沖星信號具有幾何結(jié)構(gòu)唯一性。因此，選擇X射線脈沖星信號經(jīng)過希爾伯特變換后得到的瞬時幅值特征作為辨識所需的特征。假設(shè)X射線脈沖星信號為x(t)，經(jīng)過希爾伯特變換后的信號y(t)可以表示為這是x(t)與1/πτ的卷積。

步驟二：特征值提取。

通過Hilbert變換可知，X射線脈沖星信號的實部x(t)與虛部y(t)組成了一個共軛關(guān)系的復(fù)數(shù)對，信號解析形式表示為S(t)＝x(t)+jy(t)，X射線脈沖星信號的瞬時幅值特征函數(shù)A(t)可以表示為瞬時幅值可以有效的反映出X射線脈沖星信號-能量的細節(jié)信息。因此，導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫中的標準輪廓特征集F_s可以表示為F_s＝[v₁(t),v₂(t),...,v_m(t)]^T，其中m表示導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫中X射線脈沖星信號的數(shù)量。假設(shè)第i個X射線脈沖星信號的特征向量為v_i(t)，則有v_i(t)＝[x_i(t),y_i(t)]^T。分別提取導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫中的X射線脈沖星標準輪廓信號和觀測輪廓信號的瞬時幅值特征并建立X射線脈沖星信號標準輪廓特征集F_s，相應(yīng)地X射線脈沖星觀測輪廓信號的瞬時幅頻特征向量為V_s(t)，則有V_s(t)＝[x_s(t),y_s(t)]^T。

步驟三：設(shè)計最小距離分類器。

得到了X射線脈沖星標準輪廓和觀測輪廓信號的特征向量后，根據(jù)辨識準則可以設(shè)計最小距離分類器，分別計算特征向量V_s(t)與標準輪廓特征集F_s內(nèi)每個特征向量之間的的空間距離。假設(shè)導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫中有m顆X射線脈沖星，則第i顆X射線脈沖星(1≤i≤m)的標準輪廓特征向量v_i(t)與V_s(t)距離可以表示為因此，可以得到辨識空間距離集合為：D＝{D₁,D₂,...,D_m}，當(dāng)D_i取得最小值時，所對應(yīng)的X射線脈沖星序號即為辨識結(jié)果，即：其中L為X射線脈沖星的辨識序號。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：