[發明專利]脈沖星導航變封裝段的輪廓恢復方法

有效

• 申請號: 202210259696.4
• 申請日: 2022-03-16
• 公開（公告）號: CN114608586B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 李治澤;鄭偉;王奕迪
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24;G06F17/11
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 周曉艷;張勇

本發明提出的輪廓恢復方法不固定歷元折合過程中封裝段的寬度，能以較少的數據量恢復得到信噪比較高的脈沖輪廓，且無需額外的降噪處理，原理及步驟簡單，可以直接應用于在軌信號處理過程。在相同光子到達時間序列的情況下，本方法不固定封裝段的數量，選擇最佳封裝段能避免在輪廓恢復過程中因設置封裝段數過大而加大歷元折合噪聲的方差，分散光子的分布；封裝段數過小則會出現恢復輪廓過擬合的問題。本方法能充分利用觀測數據，恢復輪廓的波峰特征更加明顯，最終提高脈沖到達時間的估計精度。另外，利用本發明恢復的脈沖輪廓可以使后續計算得到的相位差脫離封裝段的限制，可以有效提高相位差估計值的精度，在數據量越少的情況下，提升的效果越明顯。

技術領域

本發明涉及導航方法領域，具體涉及脈沖星導航變封裝段的輪廓恢復方法。

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，具有脈沖星導航適用范圍廣、導航穩定性高、導航精度不會因所處位置的不同而改變等傳統天文導航不具備的優勢，且其導航精度與探測器相關，在未來還有很大的發展空間。同時，脈沖星信號還具有周期穩定度高，在提供導航信息的同時還可以提供時間基準信息的特點。

脈沖輪廓不僅是脈沖星的辨識標準，其作為脈沖星信號處理過程的重要步驟，可以直接應用于脈沖到達時間估計及求解脈沖星導航的基本觀測量，也可通過長時間觀測構建高精度的脈沖星輪廓模板。歷元折合作為目前基本的脈沖輪廓恢復方法已被廣泛應用，利用航天器軌道信息對光子到達時間序列進行修正后，計算每個光子到達時間相對于參考歷元(輪廓折疊基點)的相位，并將其折合到一個脈沖周期內所劃分的各個封裝段(bin)中，并統計每個封裝段中的光子數，即可恢復累積的脈沖輪廓。

脈沖星輪廓恢復是脈沖星導航及信號處理過程中的一項關鍵技術。對于現有方法，由于歷元折合設置的封裝段是不發生變化的，想要恢復高精度的脈沖輪廓，提高輪廓信噪比，需要延長脈沖星的觀測時間以獲取更多的光子到達時間，相應折合到一個脈沖周期內每個封裝段里的光子數也會增多，但太長觀測時間將影響脈沖星導航的實時性和導航精度，還會增加系統的計算負擔。在觀測時間較短時，觀測數據量少，恢復的脈沖輪廓信噪比低，則會影響脈沖到達時間的估計精度，進而影響導航精度。

發明內容

因此，針對上述問題，提出一種能以較短的脈沖星觀測時間恢復得到高精度脈沖輪廓的方法具有重要意義。為了實現上述目的，本發明提供了一種脈沖星導航變封裝段的輪廓恢復方法，具體技術方案如下：

具體的，所述方法步驟如下：

步驟S1：光子數據質心修正，具體是：基于時間轉換模型，將脈沖星觀測間隔內的全部光子到達時間序列轉換為光子傳播到達太陽系質心處的時間；

步驟S2：脈沖星信號周期搜索，具體是：光子數據質心修正之后，變化不同的試驗周期進行歷元折合，通過檢驗函數，得到脈沖星信號的最佳折合周期；

步驟S3：光子數據相位信息計算，具體是：根據脈沖星信號的相位傳播模型，計算觀測間隔內全部光子數據的相位信息，并取余數，保留各光子相位信息的小數部分；

步驟S4：變bin輪廓折疊，得到恢復后的脈沖輪廓，具體是：光子相位信息排序；bin信息計算，設置輪廓恢復bin數，計算每個bin中所包含的光子數，利用各bin中的首尾光子的相位信息計算bin寬度；恢復輪廓坐標取各bin的中值點，并計算相應的輪廓高度系數；根據計算得到的bin信息恢復變bin脈沖輪廓。

進一步地，所述封裝段為在一個脈沖周期內劃分而成在歷元折合過程中的光子存儲空間，通過統計封裝段中的光子數，恢復累積的脈沖輪廓。

優選的，所述步驟S1中的時間轉換模型如下：