[發明專利]基于最大后驗估計的X射線脈沖星信號時延估計方法

有效

• 申請號: 202110698119.0
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113375697B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 方海燕;蘇劍宇;張澤葳;高敬敬;張力;張魁
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/24
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;王品華

本發明提出了一種基于最大后驗估計的X射線脈沖星信號時延估計方法，實現步驟為：(1)初始化參數；(2)對X射線脈沖星光子到達航天器的時間序列進行校正；(3)獲取航天器位置預測誤差δr對應的預測相位延遲的均值和方差(4)求解最大后驗估計MAP代價函數的最大值；(5)獲取X射線脈沖星信號的時延估計值本發明通過校正后的時間序列、航天器位置預測誤差對應的預測相位延遲的均值和方差對最大后驗估計MAP代價函數的最大值進行求解，并通過最大后驗估計MAP代價函數的最大值和X射線脈沖星的自轉頻率，避免了現有技術中因僅考慮光子到達時間序列未考慮航天器位置預測誤差對估計精度的影響，在相同觀測時間下提高了時延估計的精度。

技術領域

本發明屬于信號處理技術領域，涉及一種X射線脈沖星信號時延估計方法，具體涉及一種基于最大后驗估計的X射線脈沖星信號時延估計方法，可用于X射線脈沖星導航。

背景技術

X射線脈沖星是高速旋轉并具有超強磁場的中子星，位于遙遠的太陽系以外，距離地球約0.1—30kpc。X射線脈沖星導航XPNAV是一種新型的導航方式，可為航天器提供位置、時間等豐富的導航信息，實現航天器高精度自主導航與精密控制。在XPNAV系統中，通過比較航天器處累積輪廓與太陽系質心SSB處標準輪廓的時延獲取航天器沿X射線脈沖星方向到SSB的距離。X射線脈沖星信號時延是XPNAV的基本觀測量，利用時延估計方法可從脈沖星信號中獲得X射線脈沖星信號的時延估計值。時延估計精度直接決定了導航精度，且通過較短時間的觀測獲得較高精度的時延估計值是XPNAV能夠成功應用的關鍵。

目前的時延估計方法都是基于X射線脈沖星光子到達時間序列聯合概率密度函數或者校正后的時間序列獲得累積輪廓，然后用時域法或頻域法獲得時延估計值。所以在目前的時延估計中，所有的信息都包含在由航天器探測的光子到達時間序列集合中。

Emadzadeh給出了這些時延估計的克拉美羅下界CRLB，CRLB是由所能獲得的信息確定的下界，目前的時延估計方法的估計精度都無法超越由航天器探測的光子到達時間序列集合包含的信息所確定的CRLB。例如申請公布號為CN 111814335A，名稱為“一種基于CE-Adam組合算法的脈沖TOA估計方法”的專利申請，該方法通過對少量的觀測數據實施交叉熵算法，確定全局最優的概略解，而后采用Adma算法進行精確尋優，能夠在保證可靠性的前提下降低計算量，提高求解速度的估計方法，但是該方法也只是利用了光子到達時間序列集合的信息，因此只能提高計算效率，估計精度無法突破光子到達時間序列集合包含的信息所確定的CRLB。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出了一種基于最大后驗估計的X射線脈沖星信號時延估計方法，用于解決現有技術中存在的估計精度較低的技術問題。

為實現上述目的，本發明的技術方案包括如下步驟：

(1)初始化參數：

初始化在太陽系質心坐標系BCRS下航天器的服從正態分布的位置預測誤差為X射線脈沖星的單位方向矢量為n＝(n_x,n_y,n_z)，X射線脈沖星信號處理基準時刻t₀，t₀時刻X射線脈沖星的自轉頻率為f(t₀)，f(t₀)的一階導數、二階導數分別為航天器在觀測時間[t_a,t_b]內所探測的X射線脈沖星光子到達自身的時間序列為其中表示航天器的δr估計值，w表示服從正態分布(0,σ²)的噪聲，σ²表示w的方差，n_x、n_y、n_z分別表示X射線脈沖星的單位方向矢量n在BCRS的三個坐標方向的投影，t_i表示第i個X射線脈沖星光子到達航天器的時刻，I為X射線脈沖星光子的總個數；

(2)對X射線脈沖星光子到達航天器的時間序列進行校正：