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脉冲星信号处理与导航算法研究

曲佳伟  
【摘要】:随着近些年来空间技术的发展,脉冲星在航天器自主导航领域受到了广泛关注。作为一种新型的自主导航技术,脉冲星导航能够为近地、深空和星际飞行的航天器提供丰富的导航信息,另外作为一种自然天体,脉冲星距离地球遥远,因此脉冲星自主导航技术具有可靠性强、抗干扰能力强等特点,对于我国航天事业以及国防事业具有巨大的发展潜力和战略意义。本文围绕脉冲星导航中信号处理方法和导航滤波算法两个部分开展研究工作,主要包括如下几个方面的内容:鉴于脉冲星信号的轮廓质量对于导航算法的重要意义,本文使用非参数回归分析的方法对脉冲星信号轮廓进行去噪处理。核回归是非参数回归中的一类常用方法,相对于小波法和经验模态分解,该方法对历元折叠之后的轮廓进行去噪处理可以得到较好的结果,然而带宽选择不当会影响去噪效果,针对这一问题,本文对核回归算法进行改进,降低了去噪效果对带宽的敏感程度。另外,本文还提出利用核密度估计的方法对光子到达时间序列直接进行处理,这种方法相对于核回归方法,尽可能多的利用光子到达时间信息,是一种更有效的估计方法。实验结果表明,改进的核回归以及核密度估计可以提高脉冲星信号的轮廓质量。相位作为脉冲星导航系统中的一个重要测量值,其大小可以反应航天器的位置变化,位置的变化又与速度具有紧密联系。本文在详细分析了相位与多普勒频率关系的基础上,利用数字锁相环从相位时间关系曲线中对多普勒频率信息进行提取,并利用RXTE实测数据进行了仿真验证。在导航滤波算法方面,相位的测量值可以作为扩展卡尔曼滤波器的输入信息,然后根据增量估计法的基本原理,对航天器的运动状态进行修正。本文根据相位与多普勒频率的关系,进一步将多普勒频率信息引入到扩展卡尔曼滤波算法中。由于多颗脉冲星的导航系统具有完全可观测行,因此引入了多普勒频率信息之后,滤波器的输入信息增加,系统仍然是完全可观测的。通过仿真分析,系统可以达到良好的收敛效果。


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1 曲佳伟;脉冲星信号处理与导航算法研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
2 许余云;脉冲星搜索数据处理方法研究[D];贵州师范大学;2017年
3 王治凯;基于天体射电源导航系统研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
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