基于抗噪快速压缩感知的脉冲星到达时间估计方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于抗噪快速压缩感知的脉冲星到达时间估计方法及系统，包括冗余字典的构建，基于哈达玛矩阵，定义某个行矢量的观测能量为该行矢量与字典各列矢量的乘积变化范围，根据预设的观测能量门限，若某个行矢量的观测能量大于门限，该行矢量被选作观测矩阵的一行；根据观测矢量与各字典列矢量的相关性实现匹配追踪。与传统基于压缩感知的脉冲星到达时间估计方法相比，本发明专利技术技术方案对噪声具有较强的鲁棒性，观测矢量数目较少，并且便于硬件实现，具有重要的应用价值。

Pulsar arrival time estimation method and system based on anti noise fast compressed sensing

The present invention provides a fast pulsar noise based on compressed sensing arrival time estimation method and system, including the construction of redundant dictionary, based on Hadamard matrix, define a row vector observation energy product change range of the line vector and the dictionary for each column vector, according to the energy threshold observed default, if a bank the observation vector energy is greater than the threshold, a line of the vector is selected as the observation matrix; according to the correlation between observation vector with each column vector matching pursuit dictionary. With the traditional pulsar based on compressed sensing arrival time estimation method, the technical scheme of the invention has strong robustness to noise, the observation vector number of small, and easy hardware implementation, which has important application value.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航天器自主导航领域，特别涉及一种基于压缩感知的脉冲星到达时间估计方法及系统。
技术介绍
X射线脉冲星导航是一种新兴的航天器自主导航方法。X射线脉冲星导航是利用脉冲星辐射信号进行导航。X射线脉冲星对外辐射稳定的、周期性的脉冲信号。将这些信号按照周期进行累积，可获得稳定的脉冲轮廓。将该轮廓与标准脉冲轮廓进行比较，就能获得脉冲到达时间(TOA，time-of-arrival)的小数部分，而其整数周期部分则可通过航天器预测位置进行估算。脉冲星到达时间是脉冲星导航系统能正常工作的基础。目前，脉冲星到达时间估计是脉冲星导航领域中的研究热点。近年来，已有学者开始将压缩感知应用于脉冲星信号处理。如：苏哲等人于2011年在《中国科学:物理学力学天文学》上发表了《基于压缩感知的脉冲星轮廓构建算法》；沈利荣等人于2016年在《Optik》上发表了《ArobustcompressedsensingbasedmethodforX-rayPulsarProfileconstruction，鲁棒压缩感知方法在脉冲星信号重构中的应用》。这两种方法主要关注于脉冲星信号重构。其实，脉冲星信号去噪，重构的最终目的都是获得高精度脉冲星到达时间。黎胜亮等人于2014年在《Optik》上发表了《FleetalgorithmforX-raypulsarprofileconstructionandTOAsolutionbasedoncompressedsensing，基于压缩感知的脉冲星轮廓与TOA快速算法》；余航等人于2015年在《aerospacescienceandtechnology》上发表了《Asparserepresentation-basedoptimizationalgorithmformeasuringthetimedelayofpulsarintegratedpulseprofile，采用稀疏表示的脉冲星累积脉冲轮廓时间延迟测量方法》。这两篇文章将压缩感知应用于脉冲星到达时间估计，取得了较好的效果。但是，在测量矢量的选择上都是随机的，某些测量矢量可能无法发挥作用或作用很小。这样，大量无用的观测矢量被选用，而有用的观测矢量则被遗漏。相比于传统压缩感知在其他领域的应用，当前脉冲星到达时间估计方法中的压缩感知有以下几个特点：(1)字典中的各个元素不是正交的，而是冗余的。字典中的元素是拥有不同相位的同一脉冲轮廓。(2)脉冲星轮廓信号被视为1阶稀疏信号。为便于在航天器上实现脉冲星到达时间估计方法，需满足以下几个条件：(1)幅度和相位是脉冲星轮廓的两个参数。由于脉冲星辐射强度不稳定，获得的脉冲星轮廓幅度也是未知的。脉冲星TOA估计重点是获得相位。因此，基于压缩感知的脉冲星TOA估计算法不应受幅度干扰。(2)为了便于硬件实现，观测矩阵系数需为{1,-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于抗噪快速压缩感知的脉冲星到达时间估计方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，冗余字典的构建，实现如下，设脉冲星累积轮廓的冗余字典表示为，其中，n为序号，n＝{0,1,2,…N‑1}，N为脉冲相位子间隔个数，冗余字典ψ为N×N的矩阵；为字典中的第n个列矢量，是N×1的列矢量，表达式如下，其中，s为脉冲星标准轮廓，i为变量，i＝{0,1,2,…N‑1}，为的第i个元素，mod()表示取模；步骤2，设定观测矩阵，实现如下，设H为N阶哈达玛矩阵，H＝[h0；h1；h2；…hn；…hN‑1]其中，hn是哈达玛矩阵中的行矢量，为1*N，n＝{0,1,2,…N‑1}；定义某个行矢量hn的观测能量en为该行矢量与字典各列矢量的乘积变化范围，en表达式如下，en＝max(hn·Ψ)‑min(hn·Ψ)其中，max(hn·Ψ)表示行矢量hn与字典各列矢量的乘积的最大值，min(hn·Ψ)则表示行矢量hn与字典各列矢量的乘积的最小值；根据预设的观测能量门限T，若某个行矢量hn的观测能量en大于T，该行矢量被选作观测矩阵的一行，否则舍弃；设观测矩阵表示为Φ，为m×N的矩阵，m为哈达玛矩阵H中被选中的行数；步骤3，观测矢量的获取，实现如下，y＝Φ·x其中，y为观测矢量，为m×1矢量；x为脉冲星累积轮廓，为1×N矢量；步骤4，匹配追踪，实现如下，先求出观测矢量y与各字典列矢量的相关性，记为n＝{0,1,2,…N‑1}，上标T表示转置；与观测值相关性最大的字典矢量对应序号nτ的表达式如下，脉冲星到达时间估计值表达式为...

【技术特征摘要】
1.一种基于抗噪快速压缩感知的脉冲星到达时间估计方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，冗余字...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘劲，喻子原，吴谨，宁晓琳，康志伟，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42