在轨X射线脉冲星计时模型构建方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107144274A(43)申请公布日2017.09.08(21)申请号201710501797.7(22)申请日2017.06.27(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号（西电老校区）(72)发明人孙海峰方海燕孙雄包为民李小平刘彦明沈利荣苏剑宇李铁(74)专利代理机构北京挺立专利事务所(普通合伙)11265代理人叶树明(51)Int.Cl.G01C21/02(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图3页(54)发明名称在轨X射线脉冲星计时模型构建方法(57)摘要本发明提供一种在轨X射线脉冲星计时模型构建方法。所述在轨X射线脉冲星计时模型构建方法通过X射线脉冲星光子到达时间预处理、高精度的脉冲星自转频率计算、计时模型的初值区间估计、观测脉冲轮廓重构、高精度的脉冲到达时间估计和鲁棒的计时模型估计几种计算方法有机结合，有效解决了X射线信号强度弱、观测平台动态强所引入的数据问题，可提供X射线脉冲星导航所需的高精度脉冲星位置和时间等星历信息，实现精准导航。本发明适用于地球或其它行星的轨道卫星或星座的自主运控。CN107144274ACN107144274A权利要求书1/3页1.一种在轨X射线脉冲星计时模型构建方法，其特征在于，包括：步骤一，X射线脉冲星光子到达时间预处理：将近地轨道航天器探测的光子到达时间的固有时转换到太阳系质心坐标系下的坐标时，对于航天器处测量的X射线光子到达时间假设用τobs表示，那么相应的SSB处的光子到达时间为tSSB＝τobs+△I+△C+△P+△R+△E+△S公式中，△I为仪器响应延迟，用于修正X射线探测器的硬件响应时间延迟；△C是时钟校正，该项校正由于记录X射线到达时间的原子钟长期稳定度降低而引入的时间误差；△P是周年视差校正，校正地球绕太阳周年运动所产生的视差；△R是Roemer延迟，在真空中传播的同一光脉冲从航天器位置到SSB处的时间差；△E为太阳系Einstein延迟，该项是校正由于地球的运动，以及地球的引力势在卫星位置和SSB处的不同而导致的时延；△SShapiro延迟，该项是校正光在经过太阳系内大质量天体时所引入的时间延迟；步骤二，高精度的脉冲星自转频率计算：假设第i个光子到达时间分别用ti表示，对于假定的自转频率f，那么每个光子相位可以表示为φi＝2πmod(fti,1)mod为取余运算符，那么一种高精度的方法的代价函数表示为其中的和分别为最优的参数M的快速计算方法为式中：为允许的积分平均误差，参数M可以通过给定的直接由该式计算；步骤三，计时模型的初值区间估计：在建模X射线脉冲星计时模型时，需要计算并估计频率参数的初值区间；步骤四，观测脉冲轮廓重构：在获得步骤二中的各数据包的自转频率后，利用历元折叠的方法获取观测脉冲轮廓；步骤五，高精度的脉冲到达时间估计：根据观测脉冲轮廓模型估计初始相位的似然函数，计算脉冲峰值的达到时间。2.根据权利要求1所述的在轨X射线脉冲星计时模型构建方法，其特征在于，在步骤三中，计时模型的初值区间估计给出了一种基于最小二乘法的频率参数初值估计方法，具体为：1)将步骤二估计的m个数据包的脉冲星自转频率参数记为{(△t1,f1),(△t2,f2),…,2CN107144274A权利要求书2/3页(△tm,fm)}，其中△ti＝ti-t0，即观测时间与参考时间t0的时间间隔，那么测量数据可以表T(L)(L-1)(0)示为Y＝[f1,f2,…,fm]，要估计的参数向量表示为β＝[f/L！,f/(L-1)！,…,f/0！]T，根据最小二乘法，有以下关系成立Y＝Xβ+ε其中的X用矩阵的形式展开为2)待估计的参数向量可以表示为其中的R、Q分别是矩阵X进行QR分解的上、下三角矩阵；3)的最小二乘估计协方差矩阵为4)对于中的每个参数相应的参数估计区间为(i)T-1其中，βi＝f/i！，tα/2(m-L-1)为学生氏t分布，置信水平为α，Cii为矩阵(XX)第i行、第i列的元素，方差的无偏估计量3.根据权利要求2所述的在轨X射线脉冲星计时模型构建方法，其特征在于，获取观测脉冲轮廓的方法为：1)选择各数据包的中点时刻tmid作为历元折叠的参考时间；2)计算光子到达时间相对于中点参考时间的相位，对于第i个数据包，其相应的光子到达相位为φj＝fi(tj-tmid)；3)借助历元折叠方法计算观测脉冲轮廓式中：N0为初始相位Φ(t0)引入的相位整数，Nb是历元折叠的bin块数量，NP为积分时间内包含的整周期，Tobs≈NP/f，Ci,k是第i个整相位第k个bin块内的光子数；4)借助具有平移不变性质的小波变换对观测脉冲轮廓进行消噪处理，获得高信噪比观测脉冲轮廓，以进行后续时延估计处理。4