本发明专利技术公开了一种类微光子源导航体系中的混沌测频系统与方法。主要解决一类光子源先进导航定位与时间同步系统中的低信噪比微光子信号频率难于测量或测量精度不高的问题。该系统主要由光子探测器、取样积分器、混沌检测器、相轨迹分析器、评价单元、参数整定单元等模块组成。本发明专利技术的频率测量方法是将取样积分得到的微光子脉冲轮廓信息输入混沌检测模型，通过分析相轨迹平面，确定临界混沌状态参数，应用混沌测频原理和实现方法获得频率参量，在进行评价。本发明专利技术具有在强噪声环境下对低信噪比微光子源进行频率准确检测与识别的特点。本发明专利技术不仅能用于Ｘ射线脉冲星、量子等一类先进导航系统的信号源频率测量、校准与识别，同时可以扩展到如雷达多基信号接收及其他低信噪比信号检测等应用领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于卫星导航定时定位
，涉及一种在先进导航体系中用微弱光子 信号源进行导航定位与时间同步的混沌测频系统与方法，该系统基于混沌动力学模型进行 系统光子信号频率测量，旨在为类微光子源导航信号提供高精度的频率校准和时间测量， 可以检测光子源的频率、周期等参量，并能用于评价系统信号性能。同时，本专利技术也可扩展 适用于光子源信号的识别。
技术介绍
微弱光子脉冲信号作为新型卫星导航定位系统的信号源，已经应用在一类先进导 航技术的研究和实践中。如X射线脉冲星、量子等新型导航定位思想的诞生与关键技术的 发展，对微弱光子脉冲信号的频率精确估计与检测成为一个难于解决的问题。因此，对微弱 光子信号进行精确的频率测量有着极其重要的理论与现实意义。然而，由于光子信号受到 大气、电磁环境、粉尘、水蒸气等不可预知物质的干扰，航天器接收到的光子信号极其微弱 且湮没在强噪声中。这就要求寻找一种能够在极低信噪比下检测微弱光子信号频率的技术 与方法。为了解决类微光子源导航体系下的频率测量难于估计或估计不准的问题，通过将 混沌理论与现行的微弱信号检测理论相结合，提出一种基于混沌振子的类微弱光子源导航 体系中的信号频率检测系统与方法。该系统通过对观测的一类导航体系中的微光子信号的 处理和分析，利用混沌系统对小信号的敏感性以及对噪声的免疫力来检测，并结合混沌模 型的间歇混沌现象规律，可以检测低信噪比的一类微光子信号的频率。所用方法可以扩展 到其他类型的导航信号频率检测与信号源的识别中，为在卫星导航定位与时间同步中获得 准确的TOA测量提供条件。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对一类先进导航(如X射线脉冲星、量子等)系统中存在卫 星接收到的微弱光子信号频率难于检测或检测精度不高的问题，提出类微光子源导航体系 中的混沌测频系统与方法，旨在为导航信号提供高精度的频率测量，为先进导航关键技术 的研究提供一种新思路和新方法，便于实现对先进导航理论方法的验证和工程技术的应用。为了实现上述目的，本专利技术提供的 包括光子探测器、取样积分器、混沌检测器、相轨迹分析器、评价单元、参数整定单元等 模块。光子探测器探测来自导航发射器的微光子信号，送入取样积分器进行脉冲取样积分， 消除不确定性的随机干扰，将取样积分得到的脉冲轮廓信息作为待检测信号输入混沌检测 器，根据混沌检测器的不同参数配置绘制相轨迹平面，分析相轨迹平面，确定当相轨迹平面 从混沌状态转移到大周期运动状态时的混沌检测器参数，进行系统参数整定，并进行系统性能指标评价，得出最优的混沌系统模型及参数配置，以此便可应用于该类信号机制的卫 星导航定位与定时系统的频率测量。其中的光子探测器用于接收光子器发射的光子，滤除背景日光中干扰光谱成分， 并对接收的光子进行光子计数，主要由光学接收天线、光衰减器、带通滤光器、光子检测计 数器、定时接收机、温补晶振和数字处理芯片等部件和模块组成。系统中的取样积分器是对待测信号进行逐点多次取样并进行同步积累，其中取样 频率应符合取样定理的要求，从而可以从噪声中提取有用信号。所述的混沌检测器包括混沌检测方程和混沌检测模型。混沌检测方程是一个非线 性的混沌系统描述方程，用数学表达式描述系统；混沌检测模型是非线性混沌方程的实现 过程，该过程可以通过组态模块图的搭建完成，模型的硬件结构可以通过混合数模电路实 现。这里的相轨迹分析器是完成对相轨迹从混沌状态过渡到大周期稳定状态的分析 任务，为混沌系统的参数整定提供依据。评价单元是用评价方法评价系统检测微光子信号的测量性能。参数整定单元是根据相轨迹分析器得到的参数固化系统模型的状态。类微光子源导航体系中的混沌测频方法包括(1)取样积分法用于将光子检测器检测的光子数进行周期累积，去除杂波干扰，形 成光子脉冲轮廓的过程。(2)混沌动力学模型是一个用于检测光子累积轮廓的非线性动力学模型，用于检 测类弱光子脉冲信号的频率、周期等参量。(3)相轨迹分析判别方法用来判别检测系统的临界混沌状态的系统参数，该方法 包括Lyapimov指数法和模拟试验法。(4)系统评价方法包括信噪比和信噪改善比，用于评价系统对信号的检测性能。本专利技术具有如下优点1、本专利技术利用混沌振子模型对导航定位与定时用微弱光子信号进行低信噪比信 号检测，并应用于先进导航信号的接收和处理中，增强相应系统的低信噪比信号检测能力。2、本专利技术通过研究强噪声条件下，将混沌振子系统用于光子脉冲周期信号检测时 的输出统计特性分析，提出了平均输出信噪比改善率。采用平均输出信噪比改善率对整个 混沌振子系统运动大周期内的输出统计特性进行描述，比采用周期上个别点处信噪比改善 率能更为准确地反映系统整体输出统计特性，同时可以消除计算步长因素的影响。3、本专利技术不仅能用于X射线脉冲星、量子等一类先进导航微弱光子信号频率测 量，同时可以扩展到其他类型微弱信号检测如雷达多基信号接收及其他低信噪比信号检测 等应用领域。四附图说明图1是本专利技术中的类微光子源导航体系中的混沌测频系统流程框图；图2是本专利技术中的一类光子探测器探测到的原始光子脉冲输入信号；图3是本专利技术中的原始信号经过取样积分后的归一化信号；图4是本专利技术中的混沌检测系统在混沌状态下的相轨迹图5是本专利技术中的混沌检测系统在临界混沌状态下的相轨迹图；图6是本专利技术中的混沌检测系统在大周期稳定状态下的相轨迹图。五具体实施例方式如图1所示，本专利技术包括光子探测器、取样积分器、混沌检测器、相轨迹分析器、评 价单元、参数整定单元等模块。光子探测器探测来自导航发射器的微光子信号，送入取样积 分器进行脉冲取样积分，消除不确定性的随机干扰，将取样积分得到的脉冲轮廓信息作为 待检测信号输入混沌检测器，根据混沌检测器的不同参数配置绘制相轨迹平面，分析相轨 迹平面，确定当相轨迹平面从混沌状态转移到大周期运动状态时的混沌检测器参数，进行 系统参数整定，并进行系统性能指标评价，得出最优的混沌系统模型及参数配置，以此便可 应用于该类信号机制的卫星导航定位与定时系统的频率测量。在图1中，光子探测器用于接收光子器发射的光子数量，滤除背景日光中干扰光 谱成分，并对接收的光子进行光子计数，主要由光学接收天线、光衰减器、带通滤光器、光子 检测计数器、定时接收机、温补晶振和数字处理芯片等部件和模块组成；光学接收天线接收 激光光子，通过光衰减器衰减、带通滤光器滤光后，送入光子计数器对光子进行计数，计数 结果送入数字处理芯片，同时数字处理芯片接收定时接收机和温补晶振的时钟信号对计数 结果进行处理，并将处理结果送入取样积分器。图1中的取样积分器是对待测信号进行逐点多次取样并进行同步积累，其中取样 频率应符合取样定理的要求，从而可以从噪声中提取有用信号。设光子信号为s (t)，噪声信 号为η (t)，信号周期为T，经过N次积累平均，输出为M(i) = 12 X ( + = — 2 ^(i + + — Σ n^t +⑴η οN k=QN k=0当N较大时，有输出为丄坌 +(2)N Ii=OΜ( ) 丄 + 二 s(i)(3)Nfo噪声方差为Κ2ο=ΣΚ· =K +Κ\ +KX⑷/=1信号幅度为η_Ao = Σ Αυ· = Λ, +AS2+AS3+··· + Asn = nAs(5)信噪比SNR= (Ps0本文档来自技高网...
【技术保护点】
类微光子源导航体系中的混沌测频系统与方法，其特征在于包括：光子探测器、取样积分器、混沌检测器、相轨迹分析器、评价单元、参数整定单元等模块。光子探测器探测来自导航发射器的微光子信号，送入取样积分器进行脉冲取样积分，消除不确定性的随机干扰，将取样积分得到的脉冲轮廓信息作为待检测信号输入混沌检测器，根据混沌检测器的不同参数配置绘制相轨迹平面，分析相轨迹平面，确定当相轨迹平面从混沌状态转移到大周期运动状态时的混沌检测器参数，进行系统参数整定，并进行系统性能指标评价，得出最优的混沌系统模型及参数配置，以此便可应用于该类信号机制的卫星导航定位与定时系统的频率测量。
【技术特征摘要】
类微光子源导航体系中的混沌测频系统与方法，其特征在于包括光子探测器、取样积分器、混沌检测器、相轨迹分析器、评价单元、参数整定单元等模块。光子探测器探测来自导航发射器的微光子信号，送入取样积分器进行脉冲取样积分，消除不确定性的随机干扰，将取样积分得到的脉冲轮廓信息作为待检测信号输入混沌检测器，根据混沌检测器的不同参数配置绘制相轨迹平面，分析相轨迹平面，确定当相轨迹平面从混沌状态转移到大周期运动状态时的混沌检测器参数，进行系统参数整定，并进行系统性能指标评价，得出最优的混沌系统模型及参数配置，以此便可应用于该类信号机制的卫星导航定位与定时系统的频率测量。2.根据权利要求1所述的类微光子源导航体系中的混沌测频系统，其特征在于所述 的光子探测器用于接收光子器发射的光子，滤除背景日光中干扰光谱成分，并对接收的光 子进行光子计数，主要由光学接收天线、光衰减器、带通滤光器、光子检测计数器、定时接收 机、温补晶振和数字处理芯片等部件和模块组成。3.根据权利要求1所述的类微光子源导航体系中的混沌测频系统，其特征在于所述 的取样积分器是对待测信号进行逐点多次取样并进行同步积累，其中取样频率应符合取样 定理的要求，从而可以从噪声中提取有用信号。4.根据权利要求1所述的类微光子源导航体系中的混沌测频系统，其特征在于所述 的混沌检测器包括混沌检测方程和混沌检测模型。混沌检测方程是一个非线性的混沌系统 描述方程，用数学表达式描述系统；混沌检测模型是非线性混沌方程的实现过程，该过程可 以通过组态模块图的搭建完成，模型的硬...
【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，许录平，乔鑫，苏哲，张华，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87[]
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