X射線脈沖星導(dǎo)航及其增強(qiáng)方法研究.pdf

1、X射線脈沖星導(dǎo)航由于具有全信息、全空域、長(zhǎng)時(shí)間、高精度及自主性等優(yōu)勢(shì)，成為天文導(dǎo)航的一個(gè)研究熱點(diǎn)。它不僅可以作為GPS、北斗等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的輔助，而且還可以實(shí)現(xiàn)深空航天器的絕對(duì)自主導(dǎo)航，是未來航空航天發(fā)展的一個(gè)重要的方向，對(duì)復(fù)雜環(huán)境的導(dǎo)航戰(zhàn)以及深空探測(cè)技術(shù)的發(fā)展都具有重要的意義。論文圍繞國(guó)家“863”課題“X射線脈沖星空間導(dǎo)航定位技術(shù)研究”以及國(guó)家自然科學(xué)基金“X射線脈沖星輔助增強(qiáng)北斗導(dǎo)航定位技術(shù)研究”等項(xiàng)目的研究任務(wù)，對(duì)X射線脈沖星測(cè)

2、相和導(dǎo)航增強(qiáng)方法展開了研究。本研究分為四個(gè)部分：
　　第一部分：研究脈沖星信號(hào)的消噪方法。脈沖星信號(hào)在傳播過程中受星際空間物質(zhì)的干擾以及接收設(shè)備等因素的影響，含有較強(qiáng)的噪聲?；陔p譜對(duì)高斯噪聲不敏感的特性，本文提出了一種基于雙譜的信號(hào)消噪方法。該方法利用?刪減相位濾波器對(duì)信號(hào)的雙譜相位進(jìn)行平滑濾波，同時(shí)設(shè)計(jì)了?刪減中值平均濾波器對(duì)雙譜幅值進(jìn)行濾波處理；然后對(duì)濾波后的雙譜值進(jìn)行脈沖星信號(hào)的功率譜和相位重構(gòu)。重構(gòu)后的信號(hào)不僅可以消除高

3、斯噪聲，而且還對(duì)非高斯噪聲進(jìn)行了有效地平滑處理。考慮到脈沖星信號(hào)噪聲具有顯著脈沖的特性，并不完全符合高斯分布。因此，本文將噪聲分布推廣到?穩(wěn)定分布，研究了?穩(wěn)定分布下的信號(hào)消噪方法，提出了量子協(xié)方差整形估計(jì)方法和變步長(zhǎng)歸一化最小平均 P范數(shù)算法兩種消噪方法，通過仿真實(shí)驗(yàn)，獲得了良好的消噪效果。
　　第二部分：研究了脈沖星TOA測(cè)量方法。為了提高X射線脈沖星TOA的測(cè)量精度，把脈沖星信號(hào)的相位估計(jì)看作是多項(xiàng)式分布下的一個(gè)通用循環(huán)移位

4、參數(shù)估計(jì)問題，提出了一種并行最大似然估計(jì)方法用于估計(jì) X射線脈沖星信號(hào)的相位。該方法給出了X射線脈沖星信號(hào)的泊松模型，利用多元高斯擬合方法確定X射線脈沖星輪廓，采用并行估計(jì)方法提高數(shù)值搜索性能。仿真實(shí)驗(yàn)中利用 CRLB分析最大似然估計(jì)性能，并與常規(guī)最大似然估計(jì)方法和非線性最小二乘法進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，并行最大似然估計(jì)法的運(yùn)算復(fù)雜度顯著的降低。
　　第三部分：研究了脈沖星導(dǎo)航濾波方法。為了降低誤差，提高導(dǎo)航精度，本文利用中心差分K

5、alman算法（CDKF）和魯棒Kalman算法對(duì)X射線脈沖星導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行濾波處理，并將CDKF算法與擴(kuò)展Kalman濾波（EKF）算法、魯棒中心差分Kalman濾波算法（RCDKF）與魯棒擴(kuò)展Kalman濾波（REKF）算法進(jìn)行了仿真比較。仿真結(jié)果表明，CDKF算法的濾波精度優(yōu)于EKF算法，RCDKF算法的濾波精度高于 REKF算法；同時(shí)還表明，濾波算法的精度與脈沖星的個(gè)數(shù)有密切關(guān)系，脈沖星數(shù)目越多，濾波精度也越高。而且，脈沖星觀

6、測(cè)時(shí)間越長(zhǎng)，濾波精度也相對(duì)越高。
　　第四部分：研究了脈沖星導(dǎo)航增強(qiáng)方法。為了提高 XPNAV的導(dǎo)航精度，文中提出了一種新的基于矢量觀測(cè)的導(dǎo)航增強(qiáng)算法。建立了準(zhǔn)直器模型，選擇矢量搜索策略，利用準(zhǔn)直器模型將矢量搜索過程轉(zhuǎn)換成準(zhǔn)直器與脈沖矢量夾角與準(zhǔn)直器有效面積的最優(yōu)化問題，提出基于改進(jìn)的Powell算法的矢量搜索策略，并利用搜索策略獲得的輻射方向矢量及傳統(tǒng)的計(jì)時(shí)觀測(cè)來構(gòu)建觀測(cè)方程，提出了融合卡爾曼濾波和聯(lián)邦卡爾曼濾波兩種濾波算法用于