【摘要】：脈沖星是一種具有自轉(zhuǎn)頻率可預(yù)測(cè)、周期極其穩(wěn)定等極端物理特性的特殊天體,被稱為“宇宙燈塔”。根據(jù)這些特性,人們提出了一種基于X射線脈沖星的自主導(dǎo)航技術(shù),該技術(shù)能為航天器提供豐富的導(dǎo)航信息。在該導(dǎo)航技術(shù)中,脈沖時(shí)延是其核心測(cè)量量,脈沖時(shí)延估計(jì)(PTDE,Pulsar Time Delay Estimation)的精度與估計(jì)的實(shí)時(shí)性直接影響X射線脈沖星導(dǎo)航的性能。因此,研究快速高精度的PTDE算法是提高X射線脈沖星導(dǎo)航性能的關(guān)鍵。作為一種經(jīng)典時(shí)延估計(jì)算法,基于自適應(yīng)濾波器的時(shí)延估計(jì)算法能根據(jù)外部環(huán)境變化自適應(yīng)調(diào)整自身結(jié)構(gòu),發(fā)揮算法的性能。遞歸最小二乘算法(RLS,Recursive Least Square)是一種收斂速度快、魯棒性能優(yōu)越的自適應(yīng)算法,被認(rèn)為是最小二乘問(wèn)題的最優(yōu)解,然而,其高性能是以很高的計(jì)算復(fù)雜度為代價(jià)來(lái)獲得的。本文在深入研究RLS算法的基礎(chǔ)上,結(jié)合脈沖輪廓的特征,提出了基于RLS算法的自適應(yīng)PTDE算法(RLSPTDE)的改進(jìn)算法,算法的改進(jìn)方法如下:(1)提出基于快速RLS算法的自適應(yīng)PTDE算法。本文分別基于快速橫向?yàn)V波RLS(FTRLS)算法與穩(wěn)定快速橫向?yàn)V波(SFTRLS)算法建立自適應(yīng)PTDE模型進(jìn)行PTDE。其中,快速RLS算法利用快速橫向?yàn)V波算法代替?zhèn)鹘y(tǒng)RLS算法收斂過(guò)程中諸多矩陣運(yùn)算與Riccati方程的計(jì)算,從而降低算法的復(fù)雜度�？焖賀LS算法由前向預(yù)測(cè)、后向預(yù)測(cè)以及聯(lián)合估計(jì)過(guò)程組成,通過(guò)這三個(gè)過(guò)程的參數(shù)互換實(shí)現(xiàn)快速的RLS算法,同時(shí),保持較高的PTDE精度。此外,SFTRLS算法通過(guò)加入負(fù)反饋冗余使算法更加穩(wěn)定,但計(jì)算復(fù)雜度相較FTRLS稍有增大。(2)提出基于小波變換與RLS算法的自適應(yīng)PTDE方法。快速RLS算法通過(guò)降低RLS算法的PTDE性能來(lái)降低算法的復(fù)雜度,為了充分利用RLS算法的PTDE性能,提出利用多級(jí)小波變換對(duì)脈沖輪廓進(jìn)行預(yù)處理獲得脈沖輪廓的低頻信號(hào)部分,再利用兩級(jí)基于RLS算法的自適應(yīng)濾波器的動(dòng)態(tài)組合進(jìn)行PTDE。該算法將PTDE過(guò)程分為:小波變換預(yù)處理、全局PTDE過(guò)程與局部PTDE過(guò)程,相比于RLSPTDE算法,該算法的復(fù)雜度大幅度降低,同時(shí)PTDE精度進(jìn)一步提高。論文中利用歐洲脈沖星網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)(EPN,European Pulsar Network)的仿真數(shù)據(jù)與RXTE(Rossi X-ray Timing Explorer)衛(wèi)星收集到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),分別對(duì)上述兩種方法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),并與RLSPTDE算法進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的兩種算法不僅具有較高的PTDE精度,而且其計(jì)算復(fù)雜度大幅度降低。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN96
【圖文】：

圖 2.1 脈沖星信號(hào)輻射模型波頻段范圍十分廣泛，其中包括可見(jiàn)光，X 射線光子屬于高能粒子，能量在以 X 射線向宇宙空間中輻射，X 射線信因此其在大氣層外具有很強(qiáng)的穿透能力適合在大部分航天器上應(yīng)用，資料顯示 X 射線光子，因此基于 X 射線脈沖星信在 X 射線波段，蟹狀星云脈沖星(PSR X 射線光子流量大且脈沖輻射周期非531+21 被考慮用來(lái)實(shí)現(xiàn)航天器導(dǎo)航任導(dǎo)航集中在兩方面：一是 XNAV 時(shí)空基準(zhǔn)的沖星導(dǎo)航的時(shí)空基準(zhǔn)是指脈沖星信號(hào)到

自主地為航天器提供精確的速度、時(shí)間、姿態(tài)與位置等導(dǎo)航定位信息。XNAV 系統(tǒng)由 X 射線星載探測(cè)器、星載處理設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)等軟硬件設(shè)備組成。如圖 2.2 為 X 射線脈沖星自主天文導(dǎo)航原理框圖。圖 2.2 X 射線脈沖星自主天文導(dǎo)航原理框圖圖 2.2 可以將 XNAV 原理總結(jié)為下面五個(gè)環(huán)節(jié)：

圖 2.3 脈沖星導(dǎo)航示意圖圖 2.3 所示，其中，X 射線脈沖星輻射的 X 射線光子信號(hào)流到達(dá) S tSSB表示，X 射線脈沖星輻射的 X 射線光子信號(hào)流到達(dá)航天器處的，tSC與 tSSB之間的差值為脈沖到達(dá)時(shí)延。其中，tSSB可以通過(guò)長(zhǎng)時(shí)天文觀測(cè)建立起的脈沖星星鐘模型計(jì)算獲得，tSC通過(guò)星載原子鐘據(jù)這兩個(gè)參數(shù)可以獲得如下表達(dá)式 ( ) SSBSCRnctt X 射線屬于一種光子，因此 c 為光速， R 是航天器在太陽(yáng)系質(zhì)心坐矢量，n 是航天器相對(duì)于脈沖星方向的單位矢量，δ表示測(cè)量誤差。， R 必須包含三個(gè)位置矢量才可唯一確定航天器在宇宙中的位置，察 3 顆或 3 顆以上不在同一方向矢量的 X 射線脈沖星，通過(guò)建立如航天器在 SSB 坐標(biāo)系中的位置矢量 R 。 1111() SSBSCRnctt

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2754606