[发明专利]基于最大后验估计的X射线脉冲星信号时延估计方法

说明书

本发明提出了一种基于最大后验估计的X射线脉冲星信号时延估计方法，实现步骤为：(1)初始化参数；(2)对X射线脉冲星光子到达航天器的时间序列进行校正；(3)获取航天器位置预测误差δr对应的预测相位延迟的均值和方差(4)求解最大后验估计MAP代价函数的最大值；(5)获取X射线脉冲星信号的时延估计值本发明通过校正后的时间序列、航天器位置预测误差对应的预测相位延迟的均值和方差对最大后验估计MAP代价函数的最大值进行求解，并通过最大后验估计MAP代价函数的最大值和X射线脉冲星的自转频率，避免了现有技术中因仅考虑光子到达时间序列未考虑航天器位置预测误差对估计精度的影响，在相同观测时间下提高了时延估计的精度。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，涉及一种X射线脉冲星信号时延估计方法，具体涉及一种基于最大后验估计的X射线脉冲星信号时延估计方法，可用于X射线脉冲星导航。

背景技术

X射线脉冲星是高速旋转并具有超强磁场的中子星，位于遥远的太阳系以外，距离地球约0.1—30kpc。X射线脉冲星导航XPNAV是一种新型的导航方式，可为航天器提供位置、时间等丰富的导航信息，实现航天器高精度自主导航与精密控制。在XPNAV系统中，通过比较航天器处累积轮廓与太阳系质心SSB处标准轮廓的时延获取航天器沿X射线脉冲星方向到SSB的距离。X射线脉冲星信号时延是XPNAV的基本观测量，利用时延估计方法可从脉冲星信号中获得X射线脉冲星信号的时延估计值。时延估计精度直接决定了导航精度，且通过较短时间的观测获得较高精度的时延估计值是XPNAV能够成功应用的关键。

目前的时延估计方法都是基于X射线脉冲星光子到达时间序列联合概率密度函数或者校正后的时间序列获得累积轮廓，然后用时域法或频域法获得时延估计值。所以在目前的时延估计中，所有的信息都包含在由航天器探测的光子到达时间序列集合中。

Emadzadeh给出了这些时延估计的克拉美罗下界CRLB，CRLB是由所能获得的信息确定的下界，目前的时延估计方法的估计精度都无法超越由航天器探测的光子到达时间序列集合包含的信息所确定的CRLB。例如申请公布号为CN 111814335A，名称为“一种基于CE-Adam组合算法的脉冲TOA估计方法”的专利申请，该方法通过对少量的观测数据实施交叉熵算法，确定全局最优的概略解，而后采用Adma算法进行精确寻优，能够在保证可靠性的前提下降低计算量，提高求解速度的估计方法，但是该方法也只是利用了光子到达时间序列集合的信息，因此只能提高计算效率，估计精度无法突破光子到达时间序列集合包含的信息所确定的CRLB。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种基于最大后验估计的X射线脉冲星信号时延估计方法，用于解决现有技术中存在的估计精度较低的技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

(1)初始化参数：

初始化在太阳系质心坐标系BCRS下航天器的服从正态分布的位置预测误差为X射线脉冲星的单位方向矢量为n＝(n_x,n_y,n_z)，X射线脉冲星信号处理基准时刻t₀，t₀时刻X射线脉冲星的自转频率为f(t₀)，f(t₀)的一阶导数、二阶导数分别为航天器在观测时间[t_a,t_b]内所探测的X射线脉冲星光子到达自身的时间序列为其中表示航天器的δr估计值，w表示服从正态分布(0,σ²)的噪声，σ²表示w的方差，n_x、n_y、n_z分别表示X射线脉冲星的单位方向矢量n在BCRS的三个坐标方向的投影，t_i表示第i个X射线脉冲星光子到达航天器的时刻，I为X射线脉冲星光子的总个数；

(2)对X射线脉冲星光子到达航天器的时间序列进行校正：