一种高精度的X射线脉冲星信号模拟方法.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CN104567937A(43)申请公布日2015.04.29(21)申请号201510041164.3(22)申请日2015.01.27(71)申请人中国空间技术研究院地址100194北京市海淀区友谊路104号(72)发明人傅灵忠帅平吴耀军陈强张倩贝晓敏(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009代理人安丽(51)Int.Cl.G01C25/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种高精度的X射线脉冲星信号模拟方法(57)摘要本发明公开了一种高精度的X射线脉冲星信号模拟方法，该方法首先确定模拟的起始时刻和结束时刻，并将起始时刻视为一个光子达到时刻，根据脉冲星的相位预测模型计算得到光子相位，再利用反函数法递推得到下一个光子的相位，并将该相位代入脉冲星的相位预测模型中得到方程，求解该方程得到下一个光子的到达时刻，直到模拟过程结束；本发明模拟产生的X射线脉冲星光子信号具有脉冲星自转频率缓慢变化的特性，能够用于构建高精度的脉冲星导航地面试验系统和脉冲星周期搜索、轮廓解算、TOA估计和长时间自主导航算法的验证。CN104567937ACN104567937A权利要求书1/1页1.一种高精度的X射线脉冲星信号模拟方法，其特征在于步骤如下：步骤S1：确定模拟的起始时刻t0，模拟结束时刻tf，记tn为第n个脉冲星光子信号的到达太阳系质心SSB处的时间，令n的初始值为0；步骤S2：根据脉冲星相位预测模型计算得到tn时刻对应的脉冲星相位φ(tn)；步骤S3：由步骤S2得到的tn时刻对应的脉冲星相位φ(tn)，采用反函数法递推得到第n+1个脉冲星光子信号到达SSB处时对应的脉冲星相位φ(tn+1)；步骤S4：将步骤S3中得到的第n+1脉冲星光子信号对应的脉冲星相位φ(tn+1)，代入脉冲星相位预测模型得到方程，求解该方程得到第n+1个脉冲星光子信号到达SSB处的时间tn+1；步骤S5：n的值加1，判断tn是否小于模拟结束时刻tf，当tn<tf时，转步骤S2；当tn≥tf时，结束本次模拟过程，此时得到脉冲星光子信号时间序列{t0,t1,t2,…tn,tn+1,….tf}，即实现了X射线脉冲星信号模拟。2.根据权利要求1所述的一种高精度的X射线脉冲星信号模拟方法，其特征在于在：脉冲星相位预测模型为其中，N是脉冲星相位预测模型的阶次，N取值范围为[2，+∞)，f和分别是脉冲星的自转频率和自转频率的m-1阶倒数值，φ(t)是t时刻脉冲到达SSB处的相位，φ(tref)是tref参考时刻脉冲到达SSB处的相位，t、tref和tn都采用太阳系质心力学时TDB作为时间系统。3.根据权利要求1所述的一种高精度的X射线脉冲星信号模拟方法，其特征在于在：反函数递推公式如下：-1φ(tn+1)＝Λ(Λ(φ(tn))-lnU)其中，U为[0,1]区间上均匀分布随机变量，Λ(·)为X射线脉冲星的累积泊松速率函数，Λ-1(·)为累积泊松速率函数的反函数。2CN104567937A说明书1/5页一种高精度的X射线脉冲星信号模拟方法技术领域[0001]本发明涉及一种高精度的X射线脉冲星信号模拟方法，属于信号模拟和信号处理领域。背景技术[0002]X射线脉冲星导航(XPNAV)是一种全新的自主导航方式，具有隐蔽性好、安全性高、抗干扰能力强，导航精度高等诸多优点，能够为近地轨道、深空和星际空间飞行的航天器提供位置、速度、时间和姿态等丰富的导航信息，具有重要的工程应用价值和战略研究意义，备受国际航天机构关注。2004年，美国国防先进技术发展局启动的“X射线导航与自主定位”(XNAV)研究计划，开展脉冲星仿真方法研究和原理样机研制等工作，该计划目前已完成可行论证、关键技术攻关与地面验证，即将在国际空间站和高轨道卫星上开展空间飞行试验。由于X射线无法穿透稠密的大气层，地面实验室无法观测到X射线脉冲星的辐射信号，因此卫星搭载探测器对X射线脉冲星进行观测。然而搭载试验具有复杂度高，耗时长，技术难度大等缺点，不适用于X射线脉冲星导航系统的研究和算法的验证。因此，目前的研究工作主要采用地面模拟产生的X射线脉冲星信号。[0003]目前涉及X射线脉冲信号模拟方法的文献主要有：(1)“一种基于随机单光子发射机制的X射线脉冲星信号模拟源”(专利号：CN103697908A)，(2)“多脉冲星信号模拟器”(申请号：200910023707.3)，(3)“一种脉冲星频率信号模拟器”(专利号：CN102759884A)，(4)“刘利,郑伟,汤国建,孙守明.基于X射线脉冲星的导航半实物仿真系统[J].国防科技大学学报.2012,34(5)”，(5)“孙海峰,谢楷,李小平等.高稳定度X射线脉冲星信号模拟