【摘要】：在當(dāng)前導(dǎo)航領(lǐng)域中,以脈沖星為信號(hào)源的X射線脈沖星導(dǎo)航已成為非常具有前景的航天器導(dǎo)航方法。其基本量測(cè)量為脈沖星的脈沖時(shí)延,它通過(guò)比較不同累積時(shí)間下得到的脈沖輪廓相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓的相位得到。如何在短時(shí)間內(nèi)精確進(jìn)行時(shí)延估計(jì)是提高脈沖星自主導(dǎo)航性能的關(guān)鍵。壓縮感知是脈沖星導(dǎo)航中用于估計(jì)脈沖時(shí)延的一種經(jīng)典方法,壓縮感知由以下幾方面的內(nèi)容組成:稀疏字典來(lái)進(jìn)行信號(hào)變換、測(cè)量矩陣采樣和恢復(fù)算法信號(hào)重構(gòu)。一方面考慮到壓縮感知方法中字典的原子數(shù)與估計(jì)精度密切相關(guān),原子個(gè)數(shù)越多則原子間隔越小,估計(jì)越精確,但相應(yīng)的計(jì)算量也越大,另一方面測(cè)量矩陣是一個(gè)影響壓縮感知應(yīng)用的重要因素,測(cè)量矩陣的性能會(huì)影響信號(hào)的估計(jì)效果,測(cè)量矩陣的維度受限會(huì)導(dǎo)致壓縮感知信號(hào)的維度受限且影響存儲(chǔ)內(nèi)存的消耗。因此,從波形字典與測(cè)量矩陣的角度來(lái)考慮,實(shí)現(xiàn)具有高精度、低計(jì)算復(fù)雜度的壓縮感知累積脈沖輪廓時(shí)延估計(jì)方法是一條值得探討的途徑。本文從以下兩個(gè)方面對(duì)基于壓縮感知的時(shí)延估計(jì)方法作了研究:(1)提出了一種基于兩級(jí)壓縮感知的時(shí)延估計(jì)方法。針對(duì)壓縮感知中字典的原子數(shù)增加雖能提高估計(jì)精度但又帶來(lái)計(jì)算量大的問(wèn)題,該方法采用粗估計(jì)與精估計(jì)兩級(jí)字典相結(jié)合,先利用粗估計(jì)字典原子間隔大的特點(diǎn)進(jìn)行累積脈沖輪廓全相位估計(jì),得到預(yù)估時(shí)延值,再利用精估計(jì)字典的原子間隔小且個(gè)數(shù)少適合局部估計(jì)的特點(diǎn)對(duì)累積脈沖輪廓進(jìn)行精確時(shí)延估計(jì)。(2)結(jié)合智能優(yōu)化算法提出了一種基于自適應(yīng)遺傳算法的任意維度哈達(dá)瑪測(cè)量矩陣選擇方法,并在壓縮感知中對(duì)脈沖星時(shí)延進(jìn)行估計(jì)。針對(duì)哈達(dá)瑪矩陣維度受限導(dǎo)致脈沖星信號(hào)長(zhǎng)度受限且?guī)?lái)內(nèi)存消耗大的問(wèn)題,該方法首先將哈達(dá)瑪矩陣進(jìn)行預(yù)處理,然后利于自適應(yīng)遺傳算法適用于組合優(yōu)化的優(yōu)勢(shì),根據(jù)規(guī)則選擇出任意維度的哈達(dá)瑪測(cè)量矩陣,最后利用壓縮感知獲得脈沖星時(shí)延估計(jì)。文中通過(guò)使用數(shù)值模擬與RXTE(Rossi X-ray Timing Explorer)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)上述兩種方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,兩級(jí)字典數(shù)據(jù)量比傳統(tǒng)字典小兩個(gè)數(shù)量級(jí),在相同的時(shí)延估計(jì)精度下,該方法比傳統(tǒng)壓縮感知方法計(jì)算量大幅度減少。測(cè)量矩陣維度有所減小,能與相應(yīng)的脈沖星周期相匹配,且采用自適應(yīng)遺傳算法基于一定規(guī)則選擇出的哈達(dá)瑪測(cè)量矩陣時(shí)延估計(jì)效果優(yōu)于隨機(jī)選擇出的任意維度哈達(dá)瑪測(cè)量矩陣。因此文中提出的這兩種方法在降低計(jì)算量的同時(shí)有效的提高估計(jì)精度,增加了導(dǎo)航的準(zhǔn)確性。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN96
【圖文】：

圖 2.1 脈沖星的輻射模型圖00 慣性坐標(biāo)系里的脈沖星的經(jīng)緯度、自數(shù)。脈沖星的物理參數(shù)有其信號(hào)輪廓、流量單位為 photons/cm2/s 或 ergs/cm2/脈沖星的輻射流量越大，同一時(shí)間探測(cè)具有的這些特殊的優(yōu)良性質(zhì)，使其應(yīng)用間模型知，脈沖星輻射出的脈沖光子信號(hào)有十自轉(zhuǎn)頻率特性，所以可以建立數(shù)學(xué)表達(dá)星星鐘模型也是計(jì)時(shí)模型，用于預(yù)測(cè)脈的時(shí)間。要建立脈沖星的計(jì)時(shí)模型首先場(chǎng)和地球運(yùn)動(dòng)等的影響，需要將到達(dá)時(shí)

圖 2.2 X 射線脈沖星導(dǎo)航處理流程圖.2.2 X 射線脈沖星導(dǎo)航數(shù)學(xué)模型將 SSB 用作導(dǎo)航的參考點(diǎn)，然后根據(jù) 2.2.1 節(jié)所述的 XNAV 導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理，建立時(shí)間相位模型預(yù)測(cè)到 TOASSB，利用航天器上的探測(cè)器探測(cè)某一方位上沖星信號(hào)可得 TOASC，進(jìn)行變換后可得基本量測(cè)量，再估計(jì)航天器與 SSB 的差，則可以確定在這一方向上的距離。通過(guò)脈沖星數(shù)據(jù)庫(kù)可以獲得脈沖星的等信息，如果同時(shí)探測(cè)幾顆不同方位上的脈沖星，就能確定航天器的三維位息。圖 2.3 給出了 XNAV 定位幾何示意圖。

圖 2.3 脈沖星導(dǎo)航定位示意圖天器與太陽(yáng)系質(zhì)心和脈沖星在某一方向上的位置可表示( )SSB SC SC relc t t n r c t為光速，SSBt 是脈沖信號(hào)到達(dá) SSB 的時(shí)間，通過(guò)對(duì)脈沖星模型得到，SCt 是脈沖信號(hào)到達(dá)航天器的時(shí)間，可通過(guò)航 是脈沖星輻射方向的單位矢量，SCr 表示航天器相對(duì)于 S的是測(cè)量誤差。中通過(guò)估計(jì)得到脈沖信號(hào)到達(dá) SSB 與航天器上的時(shí)間差，其距離差值是等于航天器的位置矢量SCr 在脈沖星視實(shí)際傳播過(guò)程中，需要考慮宇宙環(huán)境中多種作用力的影過(guò)觀測(cè)一顆脈沖星獲得在某一個(gè)方向上的航天器相對(duì)于果同時(shí)探測(cè)三顆及以上脈沖星，則可獲得航天器在多個(gè)，就可以確定航天器在 SSB 上的確切位置，航天器的位

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本文編號(hào)：2749011