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考虑航天器轨道动态效应的脉冲星信号相位延迟估计方法 0 0

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申请进展

基本信息

申请人信息

代理人信息

摘要

法律状态

权利要求

说明书

专利申请流程有哪些步骤？

申请

申请号：指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。

申请日：提出专利申请之日。

2019-11-19

申请公布

申请公布指发明专利申请经初步审查合格后，自申请日（或优先权日）起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。

申请公布号：专利申请过程中，在尚未取得专利授权之前，国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。

申请公布日：申请公开的日期，即在专利公报上予以公开的日期。

2020-04-24

授权

授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由，授予发明专利权；或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由，授予实用新型专利权或外观设计专利权。

2021-06-01

预估到期

发明专利权的期限为二十年，实用新型专利权期限为十年，外观设计专利权期限为十五年，均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。

2039-11-19

基本信息

有效性	有效专利	专利类型	发明专利
申请号	CN201911136938.5	申请日	2019-11-19
公开/公告号	CN110940332B	公开/公告日	2021-06-01
授权日	2021-06-01	预估到期日	2039-11-19
申请年	2019年	公开/公告年	2021年
缴费截止日
分类号	G01C21/02 、G01C21/20	主分类号	G01C21/02
是否联合申请	独立申请	文献类型号	B
独权数量	1	从权数量	0
权利要求数量	1	非专利引证数量	1
引用专利数量	0	被引证专利数量	0
非专利引证	1、CN 105004338 A,2015.10.28CN 105136139 A,2015.12.09CN 110132286 A,2019.08.16CN 110186464 A,2019.08.30CN 101038169 A,2007.09.19CN 107084726 A,2017.08.22CN 105300386 A,2016.02.03CN 104990548 A,2015.10.21De Jager, O.C.等.A powerful test forweak periodic signals with unknown lightcurve shape in sparse data《.Astronomy andAstrophysics》.1989,第221卷(第1期),Xue Mengfan等.A fast pulse phaseestimation method for X-ray《.ChineseJournal of Aeronautics》.2016,第29卷(第3期),刘劲等.基于星光多普勒的脉冲星脉冲到达时间补偿《.华中科技大学学报(自然科学版)》.2014,第42卷(第1期),;
引用专利		被引证专利
专利权维持	3	专利申请国编码	CN
专利事件	转让	事务标签	公开、实质审查、授权、权利转移

申请人信息

申请人	杭州电子科技大学	第一申请人	杭州电子科技大学
专利权人	杭州电子科技大学	当前专利权人	合肥名龙电子科技有限公司
发明人	薛梦凡、彭冬亮、郭云飞、申屠晗、骆吉安、陈志坤	第一发明人	薛梦凡
地址	浙江省杭州市下沙高教园区2号大街	邮编	310018
申请人数量	1	发明人数量	6
申请人所在省	浙江省	申请人所在市	浙江省杭州市

代理人信息

代理机构

专利代理机构是经省专利管理局审核，国家知识产权局批准设立，可以接受委托人的委托，在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。

杭州君度专利代理事务所

代理人

专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务，取得一定资格的人。

杨舟涛

摘要

本发明公开了考虑航天器轨道动态效应的脉冲星信号相位延迟估计方法，该方法首先利用轨道动力学模型传播轨道，得到航天器在任意光子到达时刻的预估位置和速度，通过大尺度时间转换和SSB处的相位模型得到任意光子到达时刻的预估相位值，估计出由其初始速度误差所引入的多普勒频移；在修正多普勒频移后通过周期折叠获得观测脉冲轮廓，估计出由初始位置误差所引入的相位延迟，由初始位置误差引入的相位延迟加上由多普勒频率引入的累积相位延迟得到航天器在观测量更新时刻的相位延迟。本发明不用假定航天器初始速度已知情况修正其在轨运动特性对X射线脉冲星信号的影响，避免了联合搜索多普勒频率和相位延迟的巨大运算量，可操作性强，易于实现。

摘要附图
说明书附图：图1
说明书附图：图2

法律状态

序号	法律状态公告日	法律状态	法律状态信息
1	2021-09-24	专利权的转移	登记生效日: 2021.09.14 专利权人由杭州电子科技大学变更为合肥名龙电子科技有限公司地址由310018 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街变更为230000 安徽省合肥市蜀山区甘泉路81号沃野花园商办楼B-1015
2	2021-06-01	授权
3	2020-04-24	实质审查的生效	IPC(主分类): G01C 21/02 专利申请号: 201911136938.5 申请日: 2019.11.19
4	2020-03-31	公开

权利要求

权利要求书是申请文件最核心的部分，是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。

1.考虑航天器轨道动态效应的脉冲星信号相位延迟估计方法，其特征在于：
步骤(1)、利于预估轨道信息计算光子到达时间ti所对应的预估相位值
已知航天器在观测初始时刻的预估位置和速度，利用航天器的轨道动力学模型传播轨道，得到航天器在ti时刻相对于太阳系质心SSB的预估位置则ti时刻所对应的预估相位值为：
其中：φSSB为脉冲星在SSB处的相位模型；n为脉冲星的方向向量；c为光速；
和分别为周年视差，夏皮洛延迟以及爱因斯坦延迟；M为观测时段内的
到达光子数目；
步骤(2)、利用式(2)得到多普勒频率估计值
其中：
式(3)中：n为谐波次数；其中q为候选多普勒频率值，ts为该观测时
段的起始观测时刻；
步骤(3)、根据公式(4)计算光子到达时刻ti所对应的相位值φ(ti)：
步骤(4)、已知利用周期折叠获得观测脉冲轮廓其中ci为每个并块内的光子数，Nb为一个相位周期内的并块数；
步骤(5)、利用式(5)估计得到ts时刻的脉冲相位延迟
其中 λ(p)如式(6)所示，其为脉冲星在一个相位周期内的离散化标准流量函数，
其中：α为有效背景X射线流量；β为有效星源流量；h()为脉冲星的标准脉冲轮廓；p为候选相位延迟量；
步骤(6)、利用式(7)得到观测量更新时刻t的脉冲相位延迟

说明书

技术领域

[0001] 本发明属于航天器自主导航领域，特别涉及一种考虑航天器轨道动态效应的在轨脉冲星信号相位延迟估计方法。

背景技术

[0002] X射线脉冲星导航是一种新兴的航天器自主导航方法，其导航精度不受航天器与天体相对位置的影响，是未来最具潜力的深空导航方式。X射线脉冲星导航利用脉冲星辐射的X射线光子信号进行导航，航天器通过将在轨观测的脉冲星信号与太阳系质心(SSB)处的标准信号模型进行比对处理以获取导航的基本观测量，即观测的脉冲星信号与标准信号模型之间的脉冲相位延迟。

[0003] 脉冲相位延迟的估计精度制约着脉冲星导航的精度。脉冲星位于遥远的太阳系以外，其辐射的信号到达航天器时已经衰减为单光子序列，如何从观测到的光子序列中提取出脉冲相位延迟时脉冲星导航的关键技术之一。在不考虑航天器轨道动态效应的前提下，该技术可通过两种方法实现：第一种方法通过周期折叠获得观测脉冲轮廓，再利用互相关，Taylor FFT，非线性最小二乘等方法计算观测轮廓与标准轮廓之间的相位延迟；第二种方法直接利用观测到的光子到达时间序列，通过最大似然方法估计相位延迟。但是，实际导航中，由于航天器动态运动所引起的多普勒效应会使得上述两种方法均失效。因此，提出考虑航天器轨道动态效应的在轨脉冲相位延迟估计方法，对促进脉冲星导航的发展十分必要。

[0004] 文献1(刘劲,曾宪武,房建成,宁晓琳.基于星光多普勒的脉冲星脉冲到达时间补偿[J].2014,42(1):129‑132.)通过引入星光多普勒的测量信息来修正脉冲到达时间，然而该方法未从本质上考虑轨道动态运动对光子到达相位的影响，只是将多普勒效应建模为对整体的脉冲到达时间的影响，而且通过引入辅助信息来实现目的，

[0005] 申请号为201510491219.0的专利提出了一种基于轨道动力学辅助的动态脉冲星信处理方法，然而该方法在建模上忽略了光子在大尺度空间传播时的各种动态的延迟效应，例如夏皮洛延迟，爱因斯坦延迟等，而且该方法使用二维最大似然联合估计脉冲相位和多普勒频率，面临巨大的运算量，也没有办法利用光子序列周期折叠对频率估计误差天然的鲁棒性。综上，该方法仍未较好地解决在轨脉冲星信号的脉冲相位延迟估计问题。

发明内容

[0006] 本发明为解决在轨X射线脉冲星信号的脉冲相位延迟估计这一技术问题，提出一种考虑航天器轨道动态效应的在轨脉冲星信号相位延迟估计方法。

[0007] 本发明方法包括以下步骤：

[0008] 步骤(1)、利于预估轨道信息计算光子到达时间ti所对应的预估相位值[0009] 已知航天器在观测初始时刻的预估位置和速度，利用航天器的轨道动力学模型传播轨道，得到航天器在ti时刻相对于太阳系质心SSB的预估位置则ti时刻所对应的预估相位值为：

[0010]

[0011] 其中：φSSB为脉冲星在SSB处的相位模型；n为脉冲星的方向向量；c为光速；和分别为周年视差，夏皮洛延迟以及爱因斯坦延迟；M为观测时段内的
到达光子数目。

[0012] 步骤(2)、利用式(2)得到多普勒频率估计值

[0013]

[0014] 其中：

[0015]

[0016] 式(3)中：n为谐波次数；其中q为候选多普勒频率值，ts为该观测时段的起始观测时刻。

[0017] 步骤(3)、根据公式(4)计算光子到达时刻ti所对应的相位值φ(ti)：

[0018]

[0019] 步骤(4)、已知利用周期折叠获得观测脉冲轮廓其中ci为每个并块内的光子数，Nb为一个相位周期内的并块数。

[0020] 步骤(5)、利用式(5)估计得到ts时刻的脉冲相位延迟

[0021]

[0022] 其中 λ(p)如式(6)是所示，其为脉冲星在一个相位周期内的离散化标准流量函数，

[0023]

[0024] 其中：α为有效背景X射线流量；β为有效星源流量；h()为脉冲星的标准脉冲轮廓；p为候选相位延迟量。

[0025] 步骤(6)、利用式(7)便可得到观测量更新时刻t的脉冲相位延迟

[0026]

[0027] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0028] (1)本发明对航天器在轨接收到的与X射线脉冲星信号具有类似周期性非齐次泊松分布特性的信号具有普适性。

[0029] (2)本发明所提相位延迟估计方法在不需要假定航天器初始速度已知的情况下修正了航天器在轨运动特性对X射线脉冲星信号的影响，更具有实用性。

[0030] (3)本发明所提方法避免了联合搜索多普勒频率和相位延迟的巨大运算量，可操作性强，易于实现。

实施方案

[0033] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

[0034] 本实施例以一个处于巡航段的深空探测器为例，假设航天器在观测时段[ts,te]内探测到的光子到达时间序列为在利用所提的考虑航天器轨道动态效应的在轨脉冲星信号相位延迟估计方法进行相位延迟估计时包括以下步骤，如图1和图2所示：

[0035] 步骤(1)、利于预估轨道信息计算光子到达时间ti所对应的预估相位值[0036] 已知航天器在观测初始时刻的预估位置和速度，利用航天器的轨道动力学模型传播轨道，得到航天器在所有ti时刻相对于太阳系质心SSB的预估位置则ti时刻所对应的预估相位值为：

[0037]

[0038] 其中：φSSB为脉冲星在SSB处的相位模型；n为脉冲星的方向向量；c为光速；和分别为周年视差，夏皮洛延迟以及爱因斯坦延迟；M为观测时段内的
到达光子数目。

[0039] 步骤(2)、利用式(9)估计得到多普勒频率估计值

[0040]

[0041] 其中：

[0042]

[0043] 式(10)中：n为谐波次数；其中q为候选多普勒频率值。

[0044] 步骤(3)、根据公式(11)计算光子到达时刻ti所对应的相位值φ(ti)：

[0045]

[0046] 其中ts为该观测时段的起始观测时刻。

[0047] 步骤(4)、已知利用周期折叠获得观测脉冲轮廓其中ci为每个并块内的光子数，Nb为一个相位周期内的并块数。

[0048] 步骤(5)、利用式(12)估计得到ts时刻的脉冲相位延迟

[0049]

[0050] 其中 λ(p)如式(13)是所示，其为脉冲星在一个相位周期内的离散化标准流量函数，

[0051]

[0052] 其中：α为有效背景X射线流量；β为有效星源流量；h()为脉冲星的标准脉冲轮廓；p为候选相位延迟量。

[0053] 步骤(6)、利用式(14)便可得到观测量更新时刻t的脉冲相位延迟[0054]

[0055] 上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

[0056] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

附图说明

[0031] 图1为本发明考虑航天器轨道动态效应的在轨脉冲星信号相位延迟估计方法的流程图。

[0032] 图2为本发明考虑航天器轨道动态效应的在轨脉冲星信号相位延迟估计方法的原理图。

1具有可调相位的信号发生器 2一种基于相位谱特征的BPSK信号处理结果可信性评估方法 3一种产生、接收相位偏振调制信号的方法、装置和系统 4一种基于复信号相位的快速抗比特反转快速捕获方法 5光信号处理方法和基于相位调制-直接解调的光电振荡器 6基于DP-MZM的双频段相位编码脉冲信号的产生方法及系统 7一种基于相位同步的多类别运动想象脑电信号分类方法 8考虑航天器轨道动态效应的脉冲星信号相位延迟估计方法