一种具有关联特性的脉冲星信号模拟系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种具有关联特性的脉冲星信号模拟系统及方法，其中模拟方法包括如下步骤：利用天体热辐射模型及特性，构建脉冲星热光辐射模块，模拟脉冲星热光关联特性辐射信号，获得热光辐射的光子概率；选择需要模拟的脉冲星，利用所述脉冲星的周期性实测光子流量函数，对热光辐射的光子概率进行调制，获得脉冲星信号轮廓的调制，实现脉冲星周期性关联辐射信号模拟；将脉冲星辐射周期性关联辐射信号模拟生成的光子时间序列，随机分配到双通道中，完成航天器实测脉冲星关联信号的模拟。本发明专利技术能够产生具有关联特性、符合度高、适合多情形应用的脉冲星信号。

【技术实现步骤摘要】
一种具有关联特性的脉冲星信号模拟系统及方法
本专利技术涉及信号模拟与信号处理
，特别是涉及一种具有关联特性的脉冲星信号模拟系统及方法。
技术介绍
脉冲星是一类高速自转且自转周期极其稳定的中子星，被誉为自然界最精准的天文时钟。稳定的周期信号可以为航天器以及深空探测器提供精确地导航信息。脉冲星信号可以在射电、可见光、紫外、X射线等电磁波频段产生信号辐射。X射线属于高能光子，因而X射线探测器能够实现小型化，但是X射线难以穿过地球稠密的大气层，航天器只有在空间中才能接收到，因此在地面进行脉冲星导航方法研究时需要设计X射线脉冲星信号模拟技术。当进行脉冲星X射线光子强度关联的角位置测量研究及地面仿真时，所模拟的信号不仅需具有脉冲星的流量特征，还需要具备关联特性，这就为脉冲星信号模拟方法提出了新的要求。目前X射线脉冲星信号模拟方法总体上分为半物理仿真与软件仿真两种。半物理仿真大多采用电机带动光学斩波器的机械调制方法模拟X射线脉冲星信号，并利用该信号进行时间延迟测量和导航算法验证。郑伟等人提出了一种X射线脉冲星动态信号的半实物模拟方法及系统，首先将脉冲星轮廓波形与数据载入计算机，然后利用航天器轨道参数、脉冲星参数、观测时长参数来等时间间隔的计算脉冲星周期，之后利用波形模拟控制器根据周期数据来控制数模转换控制器驱动X射线发生器发射X射线信号；李小平等人提出了一种具有多物理特性的动态脉冲星信号模拟装置，利用轮廓数据生成单元产生具有多物理特性的脉冲轮廓数据，通过信号输出单元转换为电压信号，之后控制电控线性光源产生辐射强度与轮廓电压信号成正比的光信号，通过光衰减器衰减为单光子流，最后光电倍增管将单光子流转换为电脉冲信号输出至电子学读出单元对其进行时间标记，并将光子到达时间数据输出至系统验证单元；胡慧君等人提出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，采用随机数反函数生成实现脉冲星光子达到时间数据的生成及空间在轨动态效应和大尺度时空效应的加载，采用高稳定时间频率综合系统，脉冲周期稳定度为10-13量级，采用光激发X射线发生器，来实现X射线脉冲星辐射信号的模拟。现有技术中关于X射线脉冲星信号软件仿真的方法包括：孙海峰等人提出了一种X射线脉冲双星光子序列仿真方法，仿真产生了航天器处脉冲双星辐射的光子序列，包含了航天器运动特性、相对论效应，将传统的单脉冲星模拟扩展到脉冲双星的模拟，增强了脉冲星导航地面验证系统的模拟能力；傅灵忠等人提出了一种高精度的X射线脉冲星信号模拟方法，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；张华等人提出了一类循环平稳泊松信号快速模拟方法及其硬件系统，利用高斯模型拟合将泊松信号标准累积轮廓分解成子高斯成分轮廓曲线，通过子高斯成分轮廓生成光子序列，并引入泊松模型控制光子序列的信号流量强度，再由所有子成分序列的合成得到拟合轮廓。但是上述这些方法都没有考虑脉冲星信号的符合特性，模拟得到的信号只是单一探测器的单一通道信号，无法满足高精度脉冲星角位置测量地面仿真系统的信号需求。曹阳等人提出了一种辐射相干性的脉冲星X射线模拟源，其采用的是实物的发射源，能够产生具有高符合度的辐射能谱和脉冲周期的X射线，但在实际的学习研究中，实物的发射源无法满足实验的数据要求。因此，目前亟需一种能够产生具有关联特性、符合度高、适合多情形应用的脉冲星信号的脉冲星信号模拟方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有关联特性的脉冲星信号模拟系统及方法，以解决现有技术X射线脉冲星导航研究中仅得到单通道脉冲星信号，没有考虑多通道信号之间存在相关性的问题，能够产生具有关联特性、符合度高、适合多情形应用的脉冲星信号为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种具有关联特性的脉冲星信号模拟方法，包括如下步骤：利用天体热辐射模型及特性，构建脉冲星热光辐射模块，模拟脉冲星热光关联特性辐射信号，获得热光辐射的光子概率；选择需要模拟的脉冲星，利用所述脉冲星的周期性实测光子流量函数，对热光辐射的光子概率进行调制，获得脉冲星信号轮廓的调制，实现脉冲星周期性关联辐射信号模拟；将脉冲星辐射周期性关联辐射信号模拟生成的光子时间序列，随机分配到双通道中，完成航天器实测脉冲星关联信号的模拟。优选地，模拟脉冲星热光关联特性辐射信号的具体步骤包括：输入的仿真时长参数T，计时精度参数t，生成一组长度为T/t的数组；对数组的每个单元取随机数，获得随机数列,记为Rand；计算脉冲星模拟信号电场强度e^2πjRand；对所述电场强度进行傅里叶变换并求模，得到脉冲星热光关联特性辐射信号，记为热光辐射的光子概率。优选地，脉冲星模拟信号轮廓调制的具体步骤包括：选择需要模拟的脉冲星，利用所述脉冲星的周期性实测光子流量函数获取每皮秒脉冲星信号的光子流量；将每皮秒脉冲星信号的光子流量与最小时间单位皮秒相乘，转换得到每皮秒光子的存在概率；将每皮秒光子的存在概率与脉冲星热光辐射的光子概率对应相乘，得到调制后的光子概率，完成脉冲星模拟信号轮廓的调制。优选地，航天器实测脉冲星关联信号模拟的具体步骤包括：生成与调制后的光子概率为等长度且服从0～1之间均匀分布的随机数；将调制后的光子概率与相对应的随机数进行大小比较，若调制后的光子概率大于与其相对应的随机数，则表示有光子生成并记录光子生成的时间；将有光子生成位置所对应的随机数与0.5进行比较，根据比较结果将光子生成时间随机分配到双通道中，完成航天器实测脉冲星关联信号的模拟。本专利技术还提供一种具有关联特性的脉冲星信号模拟系统，包括：脉冲星热光辐射模块、脉冲星轮廓调制模块、光子生成及双通道信号分配模块；其中，所述脉冲星热光辐射模块、脉冲星轮廓调制模块、光子生成及双通道信号分配模块顺次连接；所述脉冲星热光辐射模块利用天体热辐射模型及特性，模拟脉冲星热光关联特性辐射信号，获得热光辐射的光子概率；所述脉冲星轮廓调制模块选择需要模拟的脉冲星，利用所述脉冲星的周期性实测光子流量函数，对热光辐射的光子概率进行调制，获得脉冲星信号轮廓的调制，实现脉冲星周期性关联辐射信号模拟。所述光子生成及双通道信号分配模块将脉冲星周期性辐射关联辐射信号模拟生成的光子时间序列，随机分配到双通道中，完成航天器实测脉冲星关联信号的模拟。本专利技术公开了以下技术效果：(1)不同于其他利用泊松分布模型与指数模型的软件模拟方法，本专利技术创新的先对脉冲星热光辐射进行模拟来获取信号的关联特性，之后再利用所模拟对象的先验观测信息来对脉冲星热光辐射进行调制，能够实现具备关联特性的脉冲星信号模拟，所模拟的脉冲星信号能够用于脉冲星高精度角位置测量的地面仿真系统；(2)本专利技术通过对模拟起始时间后每皮秒是否有光子接收到的概率进行计算，再通过与随机数比较来决定此时刻接收到的光子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有关联特性的脉冲星信号模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：/n利用天体热辐射模型及特性，构建脉冲星热光辐射模块，模拟脉冲星热光关联特性辐射信号，获得热光辐射的光子概率；/n选择需要模拟的脉冲星，利用所述脉冲星的周期性实测光子流量函数，对热光辐射的光子概率进行调制，获得脉冲星信号轮廓的调制，实现脉冲星周期性关联辐射信号模拟；/n将脉冲星辐射周期性关联辐射信号模拟生成的光子时间序列，随机分配到双通道中，完成航天器实测脉冲星关联信号的模拟。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有关联特性的脉冲星信号模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
利用天体热辐射模型及特性，构建脉冲星热光辐射模块，模拟脉冲星热光关联特性辐射信号，获得热光辐射的光子概率；
选择需要模拟的脉冲星，利用所述脉冲星的周期性实测光子流量函数，对热光辐射的光子概率进行调制，获得脉冲星信号轮廓的调制，实现脉冲星周期性关联辐射信号模拟；
将脉冲星辐射周期性关联辐射信号模拟生成的光子时间序列，随机分配到双通道中，完成航天器实测脉冲星关联信号的模拟。


2.根据权利要求1所述的具有关联特性的脉冲星信号模拟方法，其特征在于，模拟脉冲星热光关联特性辐射信号的具体步骤包括：
输入的仿真时长参数T，计时精度参数t，生成一组长度为T/t的数组；
对数组的每个单元取随机数，获得随机数列,记为Rand；
计算脉冲星模拟信号电场强度e^2πjRand；
对所述电场强度进行傅里叶变换并求模，得到脉冲星热光关联特性辐射信号，记为热光辐射的光子概率。


3.根据权利要求1所述的具有关联特性的脉冲星信号模拟方法，其特征在于，脉冲星模拟信号轮廓调制的具体步骤包括：
选择需要模拟的脉冲星，利用所述脉冲星的周期性实测光子流量函数获取每皮秒脉冲星信号的光子流量；
将每皮秒脉冲星信号的光子流量与最小时间单位皮秒相乘，转换得到每皮秒光子的存在概率；
将每皮秒光子的存在概率与脉冲星...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝晓敏，谢军，陈强，项黎明，张新源，林晴晴，王春锋，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11