脈沖星信號特征識別與處理.pdf

1、隨著人類對未知領(lǐng)域探索范圍的擴(kuò)大，深空探測對航天器自主導(dǎo)航提出了越來越高的要求。為了實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航，人類需要構(gòu)建純自然的天體導(dǎo)航系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)的脈沖星，具有穩(wěn)定的周期和合適的天空幾何分布，為人類構(gòu)建航天器自主導(dǎo)航系統(tǒng)提供了可能性。脈沖星導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)是脈沖星信號的探測和識別。針對脈沖星信號的特點(diǎn)，本文設(shè)計了一種新型的脈沖星信號探測器，具有低功耗和小型化的特點(diǎn)。利用脈沖星信號探測器檢測到的信號，對脈沖星信號進(jìn)行識別和分類。本課題

2、引入特征頻率的概念對脈沖星信號進(jìn)行識別，并在識別的基礎(chǔ)上完成對脈沖星信號到達(dá)航天器時間TOA(Time of arrival)的估計。改進(jìn)了傳統(tǒng)脈沖星識別方法中的長期積累性的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時性的檢測。利用脈沖星對航天器進(jìn)行定姿，需要在信號識別的基礎(chǔ)上，完成脈沖星矢量的測量。本文提出一種基于最小二乘法的多傳感器脈沖星矢量測量算法并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　首先，本文對脈沖星信號的特點(diǎn)進(jìn)行介紹，詳細(xì)介紹了脈沖星適用于導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)和可能性。針對

3、脈沖星信號的特點(diǎn)，設(shè)計一種新型的探測器—SEED。對探測器中的一個探測單元做了IC電氣仿真，并建立脈沖星到達(dá)探測器的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行了功能仿真，仿真結(jié)果表明，此種新型的脈沖星探測器可以完成脈沖星探測的功能，并兼具小型化和低功耗的優(yōu)點(diǎn)，從而降低航天器的功耗。
　　脈沖星的自主導(dǎo)航技術(shù)的關(guān)鍵是脈沖星信號的識別和TOA(Time of arrival)的估算。本文引入脈沖星特征頻率的概念，將復(fù)雜的脈沖星的周期信號的處理問題轉(zhuǎn)化為簡單的脈沖

4、星特征頻率信號的處理問題。分別從匹配濾波和窄帶濾波的角度對特征頻率識別法進(jìn)行了理論推導(dǎo)。詳細(xì)分析了脈沖星的周期特性和基頻特性，論證了特征頻率識別法的可行性。為保證脈沖星特征頻率檢測的有效性和準(zhǔn)確性，本文利用特征頻點(diǎn)鄰閾檢測的方法。通過仿真計算，利用特征頻率識別法完成了單顆脈沖星與多顆脈沖星的識別。將本文所用的方法與傳統(tǒng)的方波變換法和倒譜變換法進(jìn)行比較，特征頻率法在相位處理和抗噪性上表現(xiàn)出很好的特性。在進(jìn)行TOA參數(shù)估算時，選擇了相關(guān)延時