[發(fā)明專利]一種基于光子概率的脈沖星信號(hào)降噪方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010534505.1
• 申請(qǐng)日: 2020-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN111649735B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳強(qiáng);謝軍;貝曉敏;趙勇;張新源;林晴晴;王春鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國空間技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01C21/02
• 分類號(hào): G01C21/02
• 代理公司: 北京東方盛凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 謝秀娟

本發(fā)明公開一種基于光子概率的脈沖星信號(hào)降噪方法，包括如下步驟：獲取脈沖星信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)輪廓；對(duì)探測(cè)器歷史觀測(cè)脈沖星信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行歷元折疊，得到其輪廓；基于標(biāo)準(zhǔn)輪廓和歷史觀測(cè)輪廓，獲得該類別探測(cè)器歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)在各相位處的光子概率；對(duì)當(dāng)前觀測(cè)脈沖星信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行周期估計(jì)，并將其相位與相應(yīng)探測(cè)器的標(biāo)準(zhǔn)輪廓相位進(jìn)行對(duì)應(yīng)，結(jié)合相應(yīng)探測(cè)器歷史觀測(cè)的光子概率，確定當(dāng)前觀測(cè)脈沖星信號(hào)數(shù)據(jù)在各相位處的光子概率；基于光子概率，進(jìn)行噪聲篩除；利用篩除噪聲信號(hào)后剩余的光子數(shù)據(jù)，進(jìn)行脈沖星導(dǎo)航或光子信號(hào)關(guān)聯(lián)分析。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地對(duì)脈沖星信號(hào)進(jìn)行降噪處理，且能夠利用降噪后的脈沖星信號(hào)進(jìn)行脈沖星導(dǎo)航或光子信號(hào)關(guān)聯(lián)分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及脈沖星信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于光子概率的脈沖星信號(hào)降噪方法。

背景技術(shù)

X射線脈沖星是一種高速自旋、具有高穩(wěn)定周期并輻射X射線的中子星。其具有穩(wěn)定周期的特點(diǎn)使得X射線脈沖星在天文自主導(dǎo)航領(lǐng)域具有極大的研究?jī)r(jià)值。由于脈沖星距離遙遠(yuǎn)，在地球附近可以接收到的信號(hào)十分微弱，所接收到的信號(hào)為單個(gè)光子，即探測(cè)器記錄信號(hào)為一系列X射線光子到達(dá)時(shí)間，加上宇宙背景噪聲和探測(cè)器自身噪聲的影響，X射線脈沖星信噪比很低。若利用脈沖星信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航，或是對(duì)脈沖星信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度關(guān)聯(lián)分析以測(cè)量脈沖星角位置，需要對(duì)脈沖星信號(hào)進(jìn)行降噪處理。

中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)王奕迪等人提出了一種基于歷元折合的動(dòng)態(tài)脈沖星信號(hào)的處理方法，考慮了航天器運(yùn)動(dòng)對(duì)光子到達(dá)時(shí)間的影響，提高了脈沖星導(dǎo)航的精度，但在獲得脈沖星信號(hào)輪廓時(shí)，采用歷元折疊的方式，沒有對(duì)信號(hào)進(jìn)行降噪處理，導(dǎo)致欲得到脈沖星輪廓需要更長的觀測(cè)時(shí)間。

西安電子科技大學(xué)袁曉光等人提出了一種基于決策信息融合的X射線脈沖星微弱信號(hào)檢測(cè)方法，將探測(cè)器針對(duì)光子的探測(cè)抽象為一個(gè)探測(cè)時(shí)間內(nèi)光子是否到達(dá)的二值化問題，利用多個(gè)傳感器進(jìn)行決策信息融合從而降低噪聲的影響。但在該方法中，存在將相位間隔的中間時(shí)刻作為光子到達(dá)時(shí)間的操作，不可避免的帶來了誤差。這種誤差對(duì)于脈沖星信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度關(guān)聯(lián)分析會(huì)產(chǎn)生較大的影響，極易導(dǎo)致本應(yīng)是關(guān)聯(lián)光子的光子信號(hào)失去關(guān)聯(lián)性；另外，該方法也未給出確定其所提的觀測(cè)間隔時(shí)間段的具體方法。

朱曉明,廖福成,唐遠(yuǎn)炎提出了一種基于小波分析的脈沖星信號(hào)消噪處理方法，將小波分析應(yīng)用于脈沖星信號(hào)降噪，以提高脈沖輪廓的平滑度，但是，如何選擇小波函數(shù)以及如何進(jìn)行閾值處理等問題，都尚未得到很好的解決。

Tan L,Wang W.提出了一種用于弱信號(hào)的改進(jìn)的散斑濾波方法，將經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解應(yīng)用于脈沖星信號(hào)降噪，與小波變換方法相比，更好地去除了脈沖輪廓中的噪聲，保留了細(xì)節(jié)。但這種方法同樣需要先得到折疊輪廓，而且未利用脈沖星標(biāo)準(zhǔn)輪廓等先驗(yàn)信息；更重要的是，由于這種方法同樣是對(duì)脈沖輪廓進(jìn)行處理，因此不能應(yīng)用于光子信號(hào)關(guān)聯(lián)分析。

因此，目前亟需一種能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地對(duì)脈沖星信號(hào)進(jìn)行降噪的方法，從而能夠利用降噪后的脈沖星信號(hào)進(jìn)行脈沖星導(dǎo)航或光子信號(hào)關(guān)聯(lián)分析。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于光子概率的脈沖星信號(hào)降噪方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地對(duì)脈沖星信號(hào)進(jìn)行降噪處理。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種基于光子概率的脈沖星信號(hào)降噪方法，包括如下步驟：

獲取脈沖星信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)輪廓；

對(duì)探測(cè)器歷史觀測(cè)脈沖星信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行歷元折疊，得到該探測(cè)器歷史觀測(cè)脈沖星信號(hào)的輪廓；

對(duì)于相同類別的探測(cè)器，基于脈沖星信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)輪廓和歷史觀測(cè)脈沖星信號(hào)的輪廓，獲得該類別探測(cè)器歷史觀測(cè)脈沖星信號(hào)在各相位處的光子概率；

對(duì)當(dāng)前觀測(cè)脈沖星信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行周期估計(jì)，基于周期估計(jì)結(jié)果，將當(dāng)前觀測(cè)脈沖星信號(hào)的相位與相應(yīng)探測(cè)器的標(biāo)準(zhǔn)輪廓相位進(jìn)行對(duì)應(yīng)，結(jié)合相應(yīng)探測(cè)器歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)在各相位處對(duì)應(yīng)的光子概率，確定當(dāng)前觀測(cè)脈沖星信號(hào)數(shù)據(jù)在各相位處的光子概率；