FX型相关处理方案及野值剔除算法

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1、中国空间科学技术ChineseSpaceScienceandTechn0109y2012年12月第6期FX型相关处理方案及野值剔除算法路伟涛杨文革洪家财史学书(中国人民解放军装备学院，北京101416)摘要分析了甚长基线干涉测量等干涉测量技术中FX型相关处理方案存在的问题，提出了一种新的FX相关处理方案。该方案经过两次整数比特时延补偿将两站接收信号相对时延缩小到1bit内，从而避免了相位卷绕现象的出现，同时省去了原方案中的小数比特时延补偿，接着对新方案的计算量和相关长度做了深入的分析；改进了一种野值剔除算法，使剔除过程不受相位随频率变化趋势的影响。蒙特卡洛仿真

2、和“嫦娥二号”实测数据处理结果验证了改进的准确性和有效性。关键词干涉测量技术相关处理时延估计相位卷绕野值剔除深空探测DOI：10．3780／i．jssn．1000一758X．2012．06．0081引言在探月工程“嫦娥一号”任务中，我国采用联合统一测控系统和甚长基线干涉测量技术(VeryLongBaselineInterferometry，VLBl)完成了对航天器的测控任务nj。作为VLBI等干涉测量技术的核心过程，相关处理产生不同测站问接收信号的互功率谱，进而给出时延、时延率等信息。对射电源信号或宽带数传信号，主要有Fx型和xF型两种相关处理方法心]。根据傅

3、里叶变换理论，两种方法求取的功率谱相同。目前文献中多以FX型相关处理为研究对象，并从多个方面进行了改进。文献[3]对观测时延和相位条纹旋转模型进行了研究，使时延估计更加精确；文献[4]对FX型相关处理机长期累加器做了改进，使该子系统更加稳定和集成。也有研究关注于VLBI、连线干涉测量(ConnectedElementsInterferometry，CEI)等干涉测量体制的应用和误差的消除[5。6J。但是未见对FX型相关处理方案的研究。本文在分析FX型相关处理方案存在问题的基础上，对相关处理方案的改进做了一次尝试。由于测站接收信号传播路径较长，信号受到噪声等的影

4、响较大，在相位求取过程中会出现一些野值。进行野值剔除在一定程度上提高了接收数据品质，对提高时延测量精度和准确度有一定的意义。文献[7]提出先采用前6个非异常点拟合一条曲线，并预测下一点，该点的估计值与实测值满足3d准则。该算法需要人为判断选择前6个非异常点，给算法的实时性和可操作性带来困难。文献[8]的剔除算法是目前较为常用的，该算法在处理均值恒定或者变化缓慢的数据时有较好的结果。考虑时延和条纹率均为互功率谱相位对时间和频率的一次曲线，存在一定的斜率，不能看作均值恒定，那么采用此种算法可能出现问题。本文对此算法做了改进，经过仿真分析验证了改进的有效性。总装试验

5、技术研究项目(2011SY41A7001)收稿日期：201205一07。收修改稿日期：2012一07—152012年12月中国空间科学技术2FX型相关处理方案原理FX型相关处理对处理宽带连续信号非常实用。一般处理流程是在一定时延预测模型的基础上，在数据读取过程中进行整数比特延迟的补偿，然后作条纹反转(FringeStopping，FS)降低条纹率，接着在频域做小数比特补偿，最后求取互功率谱，通过对功率谱相位拟合得到时延和条纹率的估计值‘引，处理流程如图1所示。在相关处理过程中，以测站1为基准，对测站2进行时延补偿，分为整数比特时延补偿(ISTC)和小数比特时延

6、补偿(FSTC)两部分。ISTC部分珀一九T。(T，为采样周期，以为某一正整数，表示整数比特时延数)通过整数比特数据移位完成，完成后的信号表达式为zISTc(￡)一z(f+矗I)一z(￡+规T。)(1)由于多普勒频移现象的存在，在对基频信号而不是射频信号做时延补偿时，会引入相位因子：exp(一j27c，。r7。。)，其中厂。为信号中心频率，r7。t为整数比特延迟补偿。为了消除此相位因子的影响，需要对信号做条纹反转：zFs(￡)一zISTc(￡)exp(j2丁c^r’gI)(2)对z，。(f)做傅里叶变换(FFT)，得到其频谱F0(叫)。然后在频域完成FSTC部

7、分研的补偿：观测站1数据观测站2数据时延预测模型整数比特延迟补偿二二]二条纹反转二二]二傅里叶变换傅亘再菱夏]f小数比特延迟补偿求互功率谱及相位野值剔除，时延提取图lFX相关处理方案流程F嘻lSchemeofFXcorrelation上。(叫)一F’o(缈)exp(j饼gF)(3)设经过上述处理过程后两测站接收数据的频域表达为F，(∞)、F2(cU)，最后可得两测站信号互谱：S(叫)一F1(叫)F；(∞)一Aexp(j西(￡，(U))(4)式中F；(叫)的共轭函数A—IF。(∞)l2，毒(￡，∞)为互谱的相位。那么可得剩余时延△rg：△r。一型去尘(5)a山由

8、式(5)可以知道，通过相位对频率的拟合