X射線脈沖星導航及其增強方法研究.pdf

1、X射線脈沖星導航由于具有全信息、全空域、長時間、高精度及自主性等優(yōu)勢，成為天文導航的一個研究熱點。它不僅可以作為GPS、北斗等衛(wèi)星導航系統(tǒng)的輔助，而且還可以實現(xiàn)深空航天器的絕對自主導航，是未來航空航天發(fā)展的一個重要的方向，對復雜環(huán)境的導航戰(zhàn)以及深空探測技術的發(fā)展都具有重要的意義。論文圍繞國家“863”課題“X射線脈沖星空間導航定位技術研究”以及國家自然科學基金“X射線脈沖星輔助增強北斗導航定位技術研究”等項目的研究任務，對X射線脈沖星測

2、相和導航增強方法展開了研究。本研究分為四個部分：
　　第一部分：研究脈沖星信號的消噪方法。脈沖星信號在傳播過程中受星際空間物質的干擾以及接收設備等因素的影響，含有較強的噪聲。基于雙譜對高斯噪聲不敏感的特性，本文提出了一種基于雙譜的信號消噪方法。該方法利用?刪減相位濾波器對信號的雙譜相位進行平滑濾波，同時設計了?刪減中值平均濾波器對雙譜幅值進行濾波處理；然后對濾波后的雙譜值進行脈沖星信號的功率譜和相位重構。重構后的信號不僅可以消除高

3、斯噪聲，而且還對非高斯噪聲進行了有效地平滑處理。考慮到脈沖星信號噪聲具有顯著脈沖的特性，并不完全符合高斯分布。因此，本文將噪聲分布推廣到?穩(wěn)定分布，研究了?穩(wěn)定分布下的信號消噪方法，提出了量子協(xié)方差整形估計方法和變步長歸一化最小平均 P范數算法兩種消噪方法，通過仿真實驗，獲得了良好的消噪效果。
　　第二部分：研究了脈沖星TOA測量方法。為了提高X射線脈沖星TOA的測量精度，把脈沖星信號的相位估計看作是多項式分布下的一個通用循環(huán)移位

4、參數估計問題，提出了一種并行最大似然估計方法用于估計 X射線脈沖星信號的相位。該方法給出了X射線脈沖星信號的泊松模型，利用多元高斯擬合方法確定X射線脈沖星輪廓，采用并行估計方法提高數值搜索性能。仿真實驗中利用 CRLB分析最大似然估計性能，并與常規(guī)最大似然估計方法和非線性最小二乘法進行了比較。結果表明，并行最大似然估計法的運算復雜度顯著的降低。
　　第三部分：研究了脈沖星導航濾波方法。為了降低誤差，提高導航精度，本文利用中心差分K

5、alman算法（CDKF）和魯棒Kalman算法對X射線脈沖星導航定位系統(tǒng)進行濾波處理，并將CDKF算法與擴展Kalman濾波（EKF）算法、魯棒中心差分Kalman濾波算法（RCDKF）與魯棒擴展Kalman濾波（REKF）算法進行了仿真比較。仿真結果表明，CDKF算法的濾波精度優(yōu)于EKF算法，RCDKF算法的濾波精度高于 REKF算法；同時還表明，濾波算法的精度與脈沖星的個數有密切關系，脈沖星數目越多，濾波精度也越高。而且，脈沖星觀

6、測時間越長，濾波精度也相對越高。
　　第四部分：研究了脈沖星導航增強方法。為了提高 XPNAV的導航精度，文中提出了一種新的基于矢量觀測的導航增強算法。建立了準直器模型，選擇矢量搜索策略，利用準直器模型將矢量搜索過程轉換成準直器與脈沖矢量夾角與準直器有效面積的最優(yōu)化問題，提出基于改進的Powell算法的矢量搜索策略，并利用搜索策略獲得的輻射方向矢量及傳統(tǒng)的計時觀測來構建觀測方程，提出了融合卡爾曼濾波和聯(lián)邦卡爾曼濾波兩種濾波算法用于