[发明专利]脉冲星导航变封装段的轮廓恢复方法

说明书

本发明提出的轮廓恢复方法不固定历元折合过程中封装段的宽度，能以较少的数据量恢复得到信噪比较高的脉冲轮廓，且无需额外的降噪处理，原理及步骤简单，可以直接应用于在轨信号处理过程。在相同光子到达时间序列的情况下，本方法不固定封装段的数量，选择最佳封装段能避免在轮廓恢复过程中因设置封装段数过大而加大历元折合噪声的方差，分散光子的分布；封装段数过小则会出现恢复轮廓过拟合的问题。本方法能充分利用观测数据，恢复轮廓的波峰特征更加明显，最终提高脉冲到达时间的估计精度。另外，利用本发明恢复的脉冲轮廓可以使后续计算得到的相位差脱离封装段的限制，可以有效提高相位差估计值的精度，在数据量越少的情况下，提升的效果越明显。

技术领域

本发明涉及导航方法领域，具体涉及脉冲星导航变封装段的轮廓恢复方法。

背景技术

X射线脉冲星导航是一种新兴的航天器自主导航方法，具有脉冲星导航适用范围广、导航稳定性高、导航精度不会因所处位置的不同而改变等传统天文导航不具备的优势，且其导航精度与探测器相关，在未来还有很大的发展空间。同时，脉冲星信号还具有周期稳定度高，在提供导航信息的同时还可以提供时间基准信息的特点。

脉冲轮廓不仅是脉冲星的辨识标准，其作为脉冲星信号处理过程的重要步骤，可以直接应用于脉冲到达时间估计及求解脉冲星导航的基本观测量，也可通过长时间观测构建高精度的脉冲星轮廓模板。历元折合作为目前基本的脉冲轮廓恢复方法已被广泛应用，利用航天器轨道信息对光子到达时间序列进行修正后，计算每个光子到达时间相对于参考历元(轮廓折叠基点)的相位，并将其折合到一个脉冲周期内所划分的各个封装段(bin)中，并统计每个封装段中的光子数，即可恢复累积的脉冲轮廓。

脉冲星轮廓恢复是脉冲星导航及信号处理过程中的一项关键技术。对于现有方法，由于历元折合设置的封装段是不发生变化的，想要恢复高精度的脉冲轮廓，提高轮廓信噪比，需要延长脉冲星的观测时间以获取更多的光子到达时间，相应折合到一个脉冲周期内每个封装段里的光子数也会增多，但太长观测时间将影响脉冲星导航的实时性和导航精度，还会增加系统的计算负担。在观测时间较短时，观测数据量少，恢复的脉冲轮廓信噪比低，则会影响脉冲到达时间的估计精度，进而影响导航精度。

发明内容

因此，针对上述问题，提出一种能以较短的脉冲星观测时间恢复得到高精度脉冲轮廓的方法具有重要意义。为了实现上述目的，本发明提供了一种脉冲星导航变封装段的轮廓恢复方法，具体技术方案如下：

具体的，所述方法步骤如下：

步骤S1：光子数据质心修正，具体是：基于时间转换模型，将脉冲星观测间隔内的全部光子到达时间序列转换为光子传播到达太阳系质心处的时间；

步骤S2：脉冲星信号周期搜索，具体是：光子数据质心修正之后，变化不同的试验周期进行历元折合，通过检验函数，得到脉冲星信号的最佳折合周期；

步骤S3：光子数据相位信息计算，具体是：根据脉冲星信号的相位传播模型，计算观测间隔内全部光子数据的相位信息，并取余数，保留各光子相位信息的小数部分；

步骤S4：变bin轮廓折叠，得到恢复后的脉冲轮廓，具体是：光子相位信息排序；bin信息计算，设置轮廓恢复bin数，计算每个bin中所包含的光子数，利用各bin中的首尾光子的相位信息计算bin宽度；恢复轮廓坐标取各bin的中值点，并计算相应的轮廓高度系数；根据计算得到的bin信息恢复变bin脉冲轮廓。

进一步地，所述封装段为在一个脉冲周期内划分而成在历元折合过程中的光子存储空间，通过统计封装段中的光子数，恢复累积的脉冲轮廓。

优选的，所述步骤S1中的时间转换模型如下：