脉冲星辐射脉冲信号辨识的新算法

为了提高脉冲星辐射脉冲信号辨识的效果和速度,提出了一种基于S变换的脉冲星辐射脉冲信号辨识算法。通过对脉冲星辐射脉冲信号的累积脉冲轮廓进行时频分析得出,在不同观测频率和不同信噪比的条件下,脉冲星累积脉冲轮廓S变换的时频分布图基本不变。基于这种稳定的时频特征,采用最小标准化欧式距离分离器对脉冲星信号进行辨识。实验表明,方法具有良好的抗噪性能,且识别率和运算速度均优于基于小波和双谱算法。     

脉冲星导航轮廓折叠失真与周期估计算法

通过互相关算法对快速折叠算法（FFA）生成的系列折叠轮廓与标准轮廓模板进行比对,评估因真实脉冲周期与理论脉冲周期不一致导致的轮廓折叠失真,实现了脉冲星导航光子序列周期估计。针对在轨信号处理背景,通过采样率与分组模式的选择,确定周期估计搜索范围。通过实验对本文提出的算法进行了分析,证明该算法能够利用较少的观测信息在较低信噪比环境下实现光子序列周期的准确估计。     

基于Daubechies小波的X射线脉冲星信号降噪研究

针对X射线脉冲星弱信号埋没在强噪声中,在短时间内周期叠加的脉冲轮廓的信噪比低,影响脉冲到达时间的估计精度和效率,提出基于Daubechies小波的X射线脉冲星信号降噪的算法。在对RXTE观测数据预降噪处理和周期叠加的基础上,采用Daubechies小波算法做降噪处理,使得较短的时间内仍能获得高信噪比的脉冲轮廓。利用RXTE观测数据进行验证仿真,结果表明,该算法能有效滤除X射线脉冲星信号所包含的设备及空间环境的噪声,在保证脉冲到达时间精度的情况下,缩短了观测时间,提高X射线脉冲星导航的效率。      

一种新的脉冲星累积脉冲轮廓时间延迟测量算法

为提高X射线脉冲星导航系统中累积脉冲轮廓的时间延迟测量精度,分析了X射线脉冲星累积脉冲轮廓的特点和现有时延测量算法的缺陷,提出了一种粗略估计和精确测最相结合的时间延迟测量算法.该算法首先利用三阶互小波累积量进行粗略估计,可抑制尺度伸缩和噪声的影响;然后通过抛物面内插法精确测量时间延迟,避免了小步长的迭代运算,可大幅度降低算法的运算量.利用美国罗希(Rossi)X射线时变探测卫星的实测脉冲星数据进行实验,结果表明:该算法可屏蔽由多普勒效应和相位间隔长度的不同引起的尺度伸缩,能够抑制噪声,测量误差小于现有算法;当相位间隔为0.9°时,该算法的测量精度达到最高;该算法运算量小,不足现有算法的10%,适用于X射线脉冲星导航系统.     

基于双测量模型的多普勒测速及其组合导航

为降低光谱畸变对多普勒测速的影响,提高导航定位精度,提出了一种基于双测量模型的多普勒测速方法,即通过故障检测机制判断太阳光谱是否畸变,以分别采用多普勒差分测速或二维多普勒测速。此外,为减少多普勒测速导航存在的累积误差,将该方法与X射线脉冲星导航相结合进行组合导航。仿真结果验证了该方法的有效性,与其他X射线脉冲星/多普勒组合导航相比,该方法可抗光谱畸变影响,并可获得更高的位置和速度估计精度。     

基于相位差测量的脉冲星时间相对导航方法

针对传统脉冲星导航方法在相位估计时依赖脉冲星信号轮廓,存在整周模糊及不确定星历参数引起的系统共模误差问题,提出基于相位差测量的脉冲星时间相对导航方法。该方法通过对脉冲星光子到达时间序列进行相位估计,以相邻时刻的相位差作为观测量,建立航天器位置增量与相位差的关系,采用广义卡尔曼滤波器处理系统噪声相关问题进行导航,可有效减小系统误差,实现脉冲星导航的应用。通过对导航系统初始定位方法、可观性分析,及基于罗西X射线时变探测器（RXTE）观测的Crab脉冲星的在轨实测数据试验分析,证明了该方法的自主性与可行性。最后,对基于相位差测量的脉冲星时间相对导航系统进行导航滤波仿真,试验结果表明,导航系统完全可观,噪声不累积,位置估计精度可满足实际应用。     

利用X射线脉冲星和多普勒频移的组合导航

为了提高航天器自主导航能力,提出了一种利用X射线脉冲星和多普勒频移的组合导航方法。多普勒导航利用相对于太阳的多普勒径向速度作为量测信息,该方法不能得到所有的状态估计。脉冲星导航系统具有完全可观测性,但是滤波周期较长,不能提供连续的导航信息。因这两种方法具有互补性,利用联邦滤波器来融合脉冲星导航与多普勒导航提供的信息。由于两种方法的量测方程与状态方程都是非线性的,采用无迹卡尔曼滤波器(UKF)作为子滤波器。实验结果验证了该导航方法的可行性和精确性。与脉冲星导航方法相比,该组合导航方法可提供更高的位置估计精度。     

一种新的脉冲星累积脉冲轮廓辨识算法

为解决X射线脉冲星导航系统中脉冲星类型难以准确辨识的问题,本文分析了导航系统中累积脉冲轮廓的特点,提出了一种基于选择Bispectra\|Mellin(BM)谱的脉冲星累积脉冲轮廓辨识算法。该算法首先对累积脉冲轮廓进行双谱变换,提取平移不变特征信息,并抑制噪声;然后通过计算归一化双谱幅值的两维Mellin变换将双谱的尺度伸缩转换为BM谱的相位变化;最后利用简化的Fisher可分离度使BM幅度谱域降维,得到特征向量用于相关辨识。利用美国罗希(Rossi)X射线时变探测卫星的实测X射线脉冲星数据进行辨识实验,结果表明：(1) 该算法能对具有不同相位和尺度因子的累积脉冲轮廓进行有效辨识,辨识效果优于现有辨识算法;(2) 当相位间隔为4.8°时,该算法的辨识效果达到最佳;(3) 运算量小,适用于脉冲星导航系统。     

一种高精度的X射线脉冲星导航TOA估计方法

针对X射线脉冲星导航（XPNAV）系统的基本观测量--脉冲到达时间（TOA）的估计问题,提出一种高精度的TOA估计方法。该方法基于特征子空间分解类算法的高精度的参数估计特性,首先通过细致分析标准轮廓与折叠轮廓之间的互相关结果,构造新的观测方程;然后对该方程进行特征值分解得到两个相互正交的特征矢量;最后利用两个特征矢量之间的正交性完成TOA估计。数值仿真结果有效校验了算法的性能。     

观测轮廓显著性耦合时的轨道根数反演方法

针对脉冲轮廓显著性数据耦合情况下无法直接根据显著性数据反演轨道根数的问题，提出了一种根据脉冲轮廓显著性数据的方差特征进行解耦，并逐步实现轨道六根数估计的方法。利用X射线脉冲星实测数据完成了基于观测轮廓显著性数据方差特征的导航验证，实验结果表明根据显著性数据的方差特征可逐次解耦显著性数据，并以方差最小准则得到轨道根数的估计值，且定位误差为7.31 km。本文方法既不依赖标准脉冲轮廓，同时适用于轨道六根数均存在偏差的实际情况，在X射线脉冲星导航的实际应用中更具优势。     

一种高距离分辨低截获概率雷达信号性能分析

首先分析步进频率雷达信号实现高分辨率的优缺点,在此基础上设计了一种改进的步进频率信号-参差脉冲重复间隔步进频率信号,然后分析了该信号的处理过程.与步进频率信号在高速目标下成像失真相比,参差脉冲重复间隔步进频率信号的多普勒性能有了很明显的改善.最后分析了参差脉冲重复间隔步进频率信号的低截获概率特性.     

双星双频地面快速运动目标成像与参数估计

在多输入多输出合成孔径雷达(MIMO-SAR)的基础上,提出使用双卫星、双工作频率实现地面快速运动目标检测、成像和参数估计的方法。利用广义二阶Keystone变换对提取出的运动目标进行距离徙动校正,针对快速运动目标的多普勒模糊问题,使用修正的离散调频傅立叶变换结合最小波形熵搜索完成目标多普勒参数估计后,利用数值搜索的方法对不同工作频率下的速度集合进行交集求解得到目标真实速度值,并给出了一种运算量较小的快速搜索算法。最后,计算机仿真表明了方法的有效性。     

基于循环互相关的窄带回波多普勒频移估计

针对雷达窄带回波信号的循环互相关估计多普勒频移问题进行了研究。利用信号循环平稳特性,分析了存在多普勒频移条件下雷达窄带回波信号的循环统计特性,在此基础上提出了基于循环互相关变换的多普勒频移估计算法,该方法能有效地估计多普勒频移参数。最后利用计算机进行了仿真实验,验证了该算法的有效性。     

一种改进的频率步进雷达信号性能分析

在分析目标运动对频率步进信号一维距离像影响的基础上,提出了一种改进的频率步进信号,即参差脉冲重复间隔频率步进信号,研究了这种信号的数学模型和处理方法。理论分析和仿真结果表明,与频率步进信号相比,参差脉冲重复间隔频率步进信号的多普勒性能有了很明显的改善,一维距离像不会随目标的运动而产生失真。另外,根据参差脉冲重复间隔频率步进信号的特点,提出了利用距离微分法实现速度粗补偿和利用脉组误差函数法实现速度精补偿的方法和步骤,仿真结果证明,这两种方法是有效、稳健、可靠的。     

基于运动参数估计的高超声速目标检测方法研究

在分析高超声速目标运动对雷达检测影响的基础上,采用参数估计补偿方法进行目标检测。该方法消除了距离走动及多普勒走动的影响,大大提高了高超声速目标的检测性能。在参数估计时,提出一种回波信号分段参数估计方法,分别对前后两段回波信号进行无模糊多普勒频率估计,然后利用两个不同多普勒频率进行多普勒调频率计算。该方法消除了多普勒模糊现象,避免了模糊因子的估计,减少了计算量,同时降低了对输入信噪比的要求。     

电磁涡旋波斜平面旋转目标运动参数估计方法

相较于传统平面电磁波,电磁涡旋波具有螺旋分布的波前相位、特殊的环形天线方向图、独特的涡旋方位维信息等特点。近几年来,得益于其特殊的物理特性,电磁涡旋波在目标运动参数估计领域受到了广泛的关注,其目标多普勒效应具有线性多普勒与旋转多普勒两维多普勒信息。现有参数估计方法实现了运动平面与涡旋天线口面平行时的目标旋转参数测量。然而,目标斜平面旋转下,现有方法将不再适用。基于电磁涡旋波所提供的目标旋转多普勒信息,提出一种斜平面旋转目标运动参数估计方法。该方法推导了一般形式下旋转目标的多普勒信号模型,通过分析斜平面下的多普勒信息特征,建立了目标运动参数表征式,给出了斜平面目标旋转参数的计算方法。最后通过仿真分析,验证了模型及参数计算方法的正确性及有效性。     

卫星导航信号畸变导致的测距偏差的估计方法

为定量评估导航信号的测距性能,本文研究了在轨卫星导航信号畸变导致的测距偏差估计问题。基于Vernier采样原理利用大口径抛物面天线采集在轨卫星导航信号,经数据处理获得一个伪码周期的脉冲波形。在此基础上,对该波形起点位置进行精确估计,然后根据延迟锁定环工作原理产生超前本地波形和滞后本地波形,获得E-L鉴别器曲线,最后估计鉴别器曲线的零交叉点偏差,该偏差即为卫星导航信号畸变导致的测距偏差。利用北斗卫星采集信号,获得了B1频点I支路信号的测距偏差,验证了该估计方法的正确性。     

复杂电磁环境下雷达目标距离像识别效果评估

分析了战场电磁环境复杂性及其对雷达目标高分辨距离像特征提取和目标识别影响,分别以距离像失真和识别率为度量标准,通过对比特征提取和目标识别效果,提出了一种复杂电磁环境下雷达目标距离像识别效能评估方法,并进行了仿真计算。     

基于自适应滤波的光谱畸变误差抑制方法

为降低天文光谱畸变误差对多普勒测速导航精度的影响,设计结合非线性Sage-Husa噪声估计器及抗差扩展卡尔曼滤波器(Robust Extend Kalman Filter,REKF)的自适应滤波算法。当系统模型可靠时,抗差滤波能够通过预测残差判断异常量测并降低其权重;当系统模型噪声先验信息不准确时,通过Sage-Husa噪声估计器估计系统噪声协方差阵Q阵,以保证抗差滤波的效果。此外,结合多普勒测速导航及X射线脉冲星导航进行组合导航,以提高位置估计精度。仿真结果表明,该算法能够在系统模型噪声先验信息不准确的情况下有效控制光谱畸变造成的量测误差对导航精度的影响。