动态Doppler频移下的X射线脉冲轮廓高精度重构方法研究

批准号:
61603287
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
孙海峰
依托单位:
学科分类:
F0303.系统建模理论与仿真技术
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
方海燕、沈方芳、薛梦凡、沈利荣、裴辰星、朱金鹏、李铁
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中文摘要
X射线脉冲星导航(XPNAV)是一种新型的自主导航方式,可以在单一仪器上自主确定航天器的位置、速度、时间和姿态信息。针对航天器在轨动态情形下,探测器接收的X射线脉冲星信号信噪比低且存在动态Doppler频移,使得脉冲轮廓提取困难的问题。本课题拟研究非平稳光子达到时间序列的高精度频率估计方法,以解决航天器在轨动态Doppler频移的高精度估计问题;研究基于压缩感知的低信噪比下脉冲轮廓重构方法,以实现在信号重构中对噪声分量的有效抑制。两种方法结合共同解决在轨动态下的X射线脉冲轮廓高精度重构的难题,为X射线脉冲星导航技术的应用提供理论基础和方法支撑。本课题的创新性在于:1)提出一种光子到达时间的统计尺度与频率估计精度关系的建模方法,揭示统计尺度与频率估计精度之间的耦合关系,为高精度频率估计方法设计提供参考。2)提出一种基于双参数加权l1范数约束方法,实现在低信噪比下脉冲轮廓的高精度重构。
英文摘要
The X-ray pulsar-based navigation (XPNAV) is a promising yet challenging technique in the field of autonomous navigation, which can provide the spacecraft with the information of position, velocity, time, and attitude. In view of the spacecraft is in dynamic situation, since the detected observation signal has low signal-to-noise ratio (SNR) and its frequency is also unknown, the extraction of pulse profile which is an important observation faces a lot of difficulties and challenges. In order to solve this problem, this proposal is going to develop a pulse profile extraction approach that incorporates the advantages of both the wavelet transform and compressive sensing theories, and to focus on the following key issues: 1) the approach of the high-precision frequency estimation for the non-stationary photon arrival time sequence; 2) the pulse profile reconstruction approach based on the compressive sensing method under low SNR. The main contributions of this proposal are: 1) to establish the mathematical model of the statistical time bin of the photon arrival times and the frequency estimation precision, revealing the coupling relationship between them; 2) to put forward a novel method based on the norm constraint of weighted double-parameters under low signal-to-noise ratio, balancing the big and small coefficients to effectively suppress noise.
针对在轨X射线脉冲星观测信号重构和到达时间估计的问题,研究了脉冲星信号辐射特性,明确脉冲星低流量和轨道动态对自转频率估计的影响关系,提出了非平稳随机时间序列的参数估计方法;研究高精度脉冲到达时间估计理论和实验验证方法,构建基于自适应相位谱的动态条件下脉冲到达时间估计模型;开展了在轨X射线脉冲星地面高精度模拟研究,搭建了脉冲星导航地面实验系统,通过实验验证了提出的方法和理论模型。本课题的研究实现了极低流量下非线性区的脉冲星信号估计,突破极低信噪比下时延估计的难题,为深空脉冲星导航和X射线探测器设计提供坚实的基础理论支撑。
期刊论文列表
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Fast simulation of X-ray pulsar signals at a spacecraft
航天器上 X 射线脉冲星信号的快速模拟
DOI:10.1016/j.actaastro.2019.10.016
发表时间:2020
期刊:Acta Astronautica
影响因子:3.5
作者:Su Jianyu;Hai Yan Fang;Bao Weimin;Sun Haifeng
通讯作者:Sun Haifeng
Semiphysical Simulation Technique of X-Ray Pulsar Signals Detected at the Spacecraft
航天器探测X射线脉冲星信号的半物理模拟技术
DOI:10.1109/tie.2016.2613060
发表时间:2017-02
期刊:IEEE Transactions on Industrial Electronics
影响因子:7.7
作者:Li Xiaoping;Xue Mengfan;Fang Haiyan;Liu Bing;Sun Haifeng;Liu Yanming
通讯作者:Liu Yanming
DOI:--
发表时间:2017
期刊:西安电子科技大学学报
影响因子:--
作者:薛梦凡;李小平;方海燕;孙海峰;沈利荣
通讯作者:沈利荣
Ground verification system of X-ray pulsar navigation with multi-physical properties
多物理特性X射线脉冲星导航地面验证系统
DOI:10.7498/aps.68.20182232
发表时间:2019
期刊:Acta Physica Sinica
影响因子:1
作者:Fang Hai Yan;Cong Shao Peng;Sun Hai Feng;Li Xiao Ping;Su Jian Yu;Zhang Li;Shen Li Rong
通讯作者:Shen Li Rong
DOI:10.1016/j.actaastro.2017.11.014
发表时间:2018-02
期刊:Acta Astronautica
影响因子:3.5
作者:Sun Haifeng;S. Xiong;Haiyan Fang;Shen Lirong;Cong Shaopeng;Yanming Liu;Xiaoping Li;Weimin Bao-Weim
通讯作者:Sun Haifeng;S. Xiong;Haiyan Fang;Shen Lirong;Cong Shaopeng;Yanming Liu;Xiaoping Li;Weimin Bao-Weim
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