x射线脉冲星信号相位差估计方法及应用

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1、爲麥秦丢斯Ｍ專圓硕±学位论文胃圏．圓Ｘ射线脉冲星信号相位差估计方法及应用作者姓名蓝蓝指导教师姓名、职称许录平教授ｇ？申请学位类别工学硕±Ｉ学校代码１０７０１学号１３０２ｆ２１１３２分类号ＴＮ９６密级公开．西安电子科技大学硕击学位论文Ｘ射线脉冲星信号相位差估计方法及应用作者姓名：张狡一级学科：信息与通信工程二级学科：信号与信息处理学位类别；工学硕±指导教师姓名、职称：许录平教授学院；电子工程学院提交日期；２０１５年１２月

2、EstimationMethodandApplicationofX-rayPulsarSignalPhaseDifferenceAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinSignalandInformationProcessingByZhangJiaoSupervisor:XuLupingProfessorDecember2015西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明

3、秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进巧的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加标注和致谢中所罗列的内容Ｗ外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同事对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一学位论文若有不实之处，本人承担切法律责任。又口＇王／目：誠亦交日期；，味月、Ｔ本人签名西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本

4、人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，目Ｐ；研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交，允许查阅、借阅论文论文的复印件；学校可公布论文的全部或部分内容，允许。采用影印、缩印或其它复制手段保存论文同时本人保证，结合学位论文研究成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。＿＇￣本人签名导师签名：＾：谦拖丫—平￣人Ｕ之／弓月【少１入）日期：５／巧日期；｜：摘要摘要基于X射线脉冲

5、星的相对导航系统因其自主性好、可靠性高及适用性广等优点，与现有的导航系统形成优势互补，是一种全新的自主导航方法，正逐渐受到航空航天领域的高度重视和青睐。基于X射线脉冲星的相对导航主要是通过两航天器测量到的脉冲时延与它们沿脉冲星方向矢量上的距离增量之间的比例关系来实现对相对运动状态的估计。一般地，脉冲到达时间延迟量主要通过脉冲信号间的相位差来获得，其精度直接决定了两航天器相对导航定位的精度。因此，如何获得高精度的相位差成为了亟待解决的问题。在X射线脉冲星相对导航定位系统中，主要将累积脉冲轮廓或测量得到的脉冲到达时间作为相位差估

6、计的研究对象。本文给出了一种新的加权FFT相位差估计算法，该算法是以对光子到达时间序列进行等间隔采样后得到的光子强度序列为研究对象，通过对频域内光子强度序列间的相位差进行累积和能量加权频域内相位差与各频点的比值来获得时域内相位延迟量的过程。该方法不仅可以防止轮廓累积过程中造成的有效信号损失提高信噪比，相比于脉冲到达时间还可减少数据对象加快运算速率。此外，本文还结合三维相对位置与速度解算方程和相对运动轨道动力学模型给出了基于扩展卡尔曼滤波的相对导航定位系统，对两航天器间的相对运动状态做出估计，进一步验证加权FFT算法的可行性和

7、优效性。针对本文给出的加权FFT相位差估计算法，将非线性最小均方差法和最大似然法与其在相位差估计精度和计算复杂度方面进行了对比仿真，分析了观测时间与采样间隔对加权FFT算法的影响，并在相对导航定位系统中运用各算法对相对运动状态进行了估计。结果表明：（1）加权FFT的计算复杂度在ML与NLS之间，且比NLS和ML能够获得更高的相位差估计精度。（2）加权FFT估计的相位差均方根误差关于观测时间或采样间隔均呈幂函数形式变化，随着观测时间的延长和采样间隔的减小，其影响不再显著。（3）在相对导航定位系统中，加权FFT比NLS和ML能够

8、估计得到更准确的相对位置和速度。关键词：相对导航，相位差估计，加权FFT，扩展卡尔曼滤波IABSTRACTABSTRACTAsanewmethodofautonomousnavigationandwithgoodautonomy,highreliabilityandwideapplicab