本文關(guān)鍵詞：X射線脈沖星信號(hào)相位差估計(jì)方法及應(yīng)用

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【摘要】：基于X射線脈沖星的相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)因其自主性好、可靠性高及適用性廣等優(yōu)點(diǎn),與現(xiàn)有的導(dǎo)航系統(tǒng)形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),是一種全新的自主導(dǎo)航方法,正逐漸受到航空航天領(lǐng)域的高度重視和青睞�；赬射線脈沖星的相對(duì)導(dǎo)航主要是通過兩航天器測(cè)量到的脈沖時(shí)延與它們沿脈沖星方向矢量上的距離增量之間的比例關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的估計(jì)。一般地,脈沖到達(dá)時(shí)間延遲量主要通過脈沖信號(hào)間的相位差來(lái)獲得,其精度直接決定了兩航天器相對(duì)導(dǎo)航定位的精度。因此,如何獲得高精度的相位差成為了亟待解決的問題。在X射線脈沖星相對(duì)導(dǎo)航定位系統(tǒng)中,主要將累積脈沖輪廓或測(cè)量得到的脈沖到達(dá)時(shí)間作為相位差估計(jì)的研究對(duì)象。本文給出了一種新的加權(quán)FFT相位差估計(jì)算法,該算法是以對(duì)光子到達(dá)時(shí)間序列進(jìn)行等間隔采樣后得到的光子強(qiáng)度序列為研究對(duì)象,通過對(duì)頻域內(nèi)光子強(qiáng)度序列間的相位差進(jìn)行累積和能量加權(quán)頻域內(nèi)相位差與各頻點(diǎn)的比值來(lái)獲得時(shí)域內(nèi)相位延遲量的過程。該方法不僅可以防止輪廓累積過程中造成的有效信號(hào)損失提高信噪比,相比于脈沖到達(dá)時(shí)間還可減少數(shù)據(jù)對(duì)象加快運(yùn)算速率。此外,本文還結(jié)合三維相對(duì)位置與速度解算方程和相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌道動(dòng)力學(xué)模型給出了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的相對(duì)導(dǎo)航定位系統(tǒng),對(duì)兩航天器間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)做出估計(jì),進(jìn)一步驗(yàn)證加權(quán)FFT算法的可行性和優(yōu)效性。針對(duì)本文給出的加權(quán)FFT相位差估計(jì)算法,將非線性最小均方差法和最大似然法與其在相位差估計(jì)精度和計(jì)算復(fù)雜度方面進(jìn)行了對(duì)比仿真,分析了觀測(cè)時(shí)間與采樣間隔對(duì)加權(quán)FFT算法的影響,并在相對(duì)導(dǎo)航定位系統(tǒng)中運(yùn)用各算法對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了估計(jì)。結(jié)果表明:(1)加權(quán)FFT的計(jì)算復(fù)雜度在ML與NLS之間,且比NLS和ML能夠獲得更高的相位差估計(jì)精度。(2)加權(quán)FFT估計(jì)的相位差均方根誤差關(guān)于觀測(cè)時(shí)間或采樣間隔均呈冪函數(shù)形式變化,隨著觀測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)和采樣間隔的減小,其影響不再顯著。(3)在相對(duì)導(dǎo)航定位系統(tǒng)中,加權(quán)FFT比NLS和ML能夠估計(jì)得到更準(zhǔn)確的相對(duì)位置和速度。
【關(guān)鍵詞】：相對(duì)導(dǎo)航 相位差估計(jì) 加權(quán)FFT 擴(kuò)展卡爾曼濾波
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V448.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符號(hào)對(duì)照表11-12
• 縮略語(yǔ)對(duì)照表12-15
• 第一章 緒論15-21
• 1.1 選題研究背景和意義15-17
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 論文主要工作及各章節(jié)內(nèi)容安排18-21
• 第二章 脈沖星特點(diǎn)及相對(duì)導(dǎo)航應(yīng)用原理21-35
• 2.1 脈沖星的基本特征21-25
• 2.1.1 脈沖星的產(chǎn)生及分類21-23
• 2.1.2 脈沖星的周期23
• 2.1.3 脈沖星的脈沖輪廓23-25
• 2.2 X射線脈沖星相對(duì)導(dǎo)航的基本原理25-27
• 2.3 X射線脈沖星相對(duì)導(dǎo)航的時(shí)間觀測(cè)量27-33
• 2.3.1 X射線脈沖星的脈沖到達(dá)時(shí)間測(cè)量27
• 2.3.2 X射線脈沖星的光子到達(dá)時(shí)間轉(zhuǎn)換27-32
• 2.3.3 兩觀測(cè)脈沖信號(hào)間的時(shí)間差計(jì)算32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-35
• 第三章 X射線脈沖星信號(hào)間的相位差估計(jì)方法35-47
• 3.1 X射線脈沖星信號(hào)的泊松模型35-37
• 3.2 非線性最小均方差相位差估計(jì)37-38
• 3.3 最大似然相位差估計(jì)38-39
• 3.4 加權(quán)FFT相位差估計(jì)39-44
• 3.4.1 加權(quán)FFT相位差估計(jì)的基本原理39-41
• 3.4.2 加權(quán)FFT相位差估計(jì)的分段特性分析41-43
• 3.4.3 分段加權(quán)FFT相位差估計(jì)43-44
• 3.5 NLS、ML及加權(quán)FFT的計(jì)算復(fù)雜度分析44-46
• 3.6 本章小結(jié)46-47
• 第四章 基于X射線脈沖星信號(hào)間相位差的相對(duì)導(dǎo)航應(yīng)用47-57
• 4.1 基于X射線脈沖星信號(hào)間相位差的相對(duì)導(dǎo)航定位方案設(shè)計(jì)47-48
• 4.2 三維相對(duì)位置和速度解算48-49
• 4.3 相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌道動(dòng)力學(xué)模型49-52
• 4.4 擴(kuò)展卡爾曼濾波52-56
• 4.4.1 系統(tǒng)狀態(tài)方程52-53
• 4.4.2 系統(tǒng)測(cè)量方程53-54
• 4.4.3 更新過程54-56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 第五章 仿真測(cè)試及結(jié)果分析57-75
• 5.1 NLS、ML及加權(quán)FFT相位差估計(jì)仿真對(duì)比57-62
• 5.1.1 相位差估計(jì)器的仿真參數(shù)設(shè)置57
• 5.1.2 NLS、ML及加權(quán)FFT算法的仿真流程57-60
• 5.1.3 均方根誤差對(duì)比分析60-61
• 5.1.4 計(jì)算代價(jià)對(duì)比分析61-62
• 5.2 加權(quán)FFT及分段加權(quán)FFT相位差估計(jì)仿真對(duì)比62-66
• 5.2.1 觀測(cè)時(shí)間及采樣間隔對(duì)加權(quán)FFT相位差估計(jì)精度的影響62-65
• 5.2.2 加權(quán)FFT及分段加權(quán)FFT相位差估計(jì)的RMSE和計(jì)算代價(jià)65-66
• 5.3 基于X射線脈沖星的相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)仿真66-74
• 5.3.1 相對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置66-68
• 5.3.2 基于NLS、ML及加權(quán)FFT的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)68-71
• 5.3.3 基于分段加權(quán)FFT的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)71-74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 第六章 結(jié)束語(yǔ)75-77
• 6.1 論文工作總結(jié)75
• 6.2 進(jìn)一步研究與展望75-77
• 參考文獻(xiàn)77-81
• 致謝81-83
• 作者簡(jiǎn)介83-84

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本文編號(hào)：917876