[發明專利]一種基于稀疏FFT的DOR信號數據處理方法

在審

• 申請號: 201810016504.0
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN110018451A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 鄒燕飛;于威
• 申請（專利權）人: 于威
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

VLBI(甚長基線干涉測量)是一種重要的射電天文工具，也被用于深空探測器的高精度測軌和導航。本發明涉及一種基于稀疏FFT的DOR信號數據處理方法。令VLBI系統中有B1和B2兩臺站,且這兩個臺站在時刻t接收的某DOR(差分單向測距)信號分別是探測器在t₁和t₂時刻發射的。每個臺站使用稀疏FFT對DOR信號進行處理，在給定的頻率范圍內找到DOR信號的精確頻率：f(t₁)和f(t₂)。臺站B1和B2分別以上述DOR頻率為基礎建立本地信號模型，并與原始DOR信號數據進行相關，得到兩個臺站的DOR信號的表達式:和計算出這兩個臺站DOR信號的相位差，計算公式為：相位差數據被送往后續的數據處理模塊用于探測器的測軌和導航。

技術領域

本發明涉及一種基于稀疏FFT的DOR(差分單向測距)信號數據處理方法。

背景技術

VLBI(甚長基線干涉測量)技術是一種重要的射電天文工具，其把分布于不同地點的射電望遠鏡聯合起來等效成一面大口徑的望遠鏡以提高觀測的分辨率。由于VLBI技術在天體測量方面有很高的精度，因此也被用于深空探測器的高精度測軌和導航。△DOR(相對差分單向測距)是一種專門用于深空探測中測軌和導航的VLBI技術。目前DOR技術已廣泛應用于美國深空探測網(DSN)中，在我國的探月工程中，嫦娥二號，嫦娥三號也在X波段搭載了DOR信號。DOR信號由幾個點頻信號組成，相互之間間隔數MHz，頻譜非常稀疏。針對寬帶連續譜信號的常規VLBI系統采用FX型相關處理技術，處理過程為，首先對每個臺站的數據進行整數比特時延補償，條紋旋轉，FFT以及小數比特時延補償。然后每兩個臺站的數據進行交叉相乘和長期累積。但對于DOR信號，該方法需要很高的譜分辨率才能達到足夠的計算精度，計算效率較低，為此基于本地相關處理技術的DOR信號處理方法被提出。

在本地相關處理中，最核心的步驟是每個臺站提取DOR信號的頻率。由于探測器自身運動造成的多普勒效應(尤其是探測器變軌階段)，星載晶振的不穩定性以及大氣、電離層干擾的影響，臺站收到的DOR信號的頻率與理想頻率相比往往經過了較大且隨時間快速變化的偏移，因此本地相關處理過程中需要快速FFT運算以便快速提取高精度的DOR信號，但是目前針對DOR信號的本地相關處理算法所采用的軟件都是基于蝶形運算的FFTW庫，此算法時間復雜度為O(n*log(n))(n為FFT點數),當頻率精度要求非常高時，需要的FFT點數n非常大，這會導致計算量非常大，且FFTW的并行算法效率不高，因此整個VLBI系統實時性較差。如果能夠減小FFT運算的時間，整個VLBI系統的數據處理速度將會大大提高，這對探測器在頻繁機動或者變軌等特殊階段的快速實時定位非常有利。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提出的一種基于稀疏FFT的DOR信號數據處理方法。該方法包括以下步驟：

(1)令VLBI系統中兩個臺站分別為B1和B2,令這兩個臺站在任一時刻t收到的某DOR信號分別是深空探測器在t₁時刻和t₂時刻發射的。由于DOR信號是由幾個點頻信號組成，頻譜非常稀疏，因此每個臺站使用稀疏FFT對接收到的DOR信號進行傅里葉變換，在給定的搜索頻率范圍內找到DOR信號的頻率分別為f(t₁)和f(t₂)。

(2)臺站B1和B2分別以步驟(1)得到的DOR頻率為基礎建立本地信號模型,并與原始DOR信號數據進行相關運算，得到兩個臺站的DOR信號的表達式，分別為和

(3)把步驟(2)提取的兩個臺站的信號送往△DOR觀測量計算模塊計算這兩個臺站的相位差，相位差計算公式為：相位差數據被送往后續的數據處理模塊用于探測器的定位和導航。

所述的步驟(1)中的稀疏FFT具體計算過程為：

(11)存儲桶排序