[发明专利]一种高精度星间距离观测数据的降速率滤波方法

说明书

本发明涉及一种高精度星间距离观测数据的降速率滤波方法，属于卫星星间测量技术领域；步骤一、设置采样率为10Hz的原始距离测量值输入数据为步骤二、计算归一化因子F^Norm；步骤三、计算用于产生距离测量值的滤波器系数F_n；步骤四、计算用于产生速度测量值的滤波器系数步骤五、计算用于产生加速度测量值的滤波器系数步骤六、获得数字低通滤波器的表达式；本发明具备降速和差分运算两种功能，具有良好的频率截止特性，最大程度保留了重力场信息的同时减少了高频噪声的干扰，有利于星间距离数据在高精度重力场反演计算中的应用。

技术领域

本发明属于卫星星间测量技术领域，涉及一种高精度星间距离观测数据的降速率滤波方法。

背景技术

在以重力测量卫星微米级精度测距系统(KBR)、导航卫星高精度信号处理以及其他科学测量领域，观测数据的高精度滤波处理十分重要，在保留有效观测信息的同时也要降低高频噪声干扰，需要针对性的算法来实现。

本项目来源于我国低低跟踪重力测量卫星的工程研制。地球重力场信息分布在0.1Hz～0.0001Hz之间，属于极低频的信息。有效载荷输出的KBR测量数据速率为10Hz，为了降低高频噪声、满足重力场测量频带需求，需要对10Hz数据进行降速率滤波，同时实现一次和二次变率的提取。

针对上述应用背景，现有典型的方法可分为两类：

(1)基于不同窗函数的FIR滤波器，可实现典型的数字低通滤波功能，根据不同的阶数，可以实现一定的幅频截止特性，适应性比较广泛。比如专利CN201710858438.7《低通滤波器的滤波方法、低通滤波器及伺服驱动器》公开了一种低通滤波器的滤波方法、低通滤波器及伺服驱动器。本发明中，一种低通滤波器的滤波方法，包括：周期性采样数据，得到低通滤波器的滤波输入值；根据采样到的数据进行滤波计算，输出滤波后的数据。

(2)基于CIC抽取的滤波器，一般应用在信号处理、降速率运算，常见于基于FPGA的软件无线电设备，比如导航接收机。该方法结构简单，设计灵活，适应性比较广泛。典型的比如北京宇航系统工程研究所田园园等发表的论文《积分清零与积分梳状滤波器在抽取滤波中的应用研究》主要论述了选择合适的抽取滤波器可以使得效率和资源达到最佳的平衡。积分清零和积分梳状滤波器是两种实现简单、滤波性能较好的数字抽取滤波器.这两种滤波器在中频数字接收机中都有重要的应用。

分析现有方法可以总结出如下几个不足之处：

(1)没有一种能够同时融合降速率采样和差分运算两种功能的算法结构，要么仅涉及低通滤波，要么仅涉及降速率抽取算法；

(2)相关方法在应用于极低频信号处理中，在有限的资源和运算量下，很难获得良好的幅频截止特性，抗干扰和抗混叠效能略差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种高精度星间距离观测数据的降速率滤波方法，具备降速和差分运算两种功能，具有良好的频率截止特性，最大程度保留了重力场信息的同时减少了高频噪声的干扰，有利于星间距离数据在高精度重力场反演计算中的应用。

本发明解决技术的方案是：

一种高精度星间距离观测数据的降速率滤波方法，包括如下步骤：

步骤一、设置采样率为10Hz的原始距离测量值输入数据为

步骤二、计算归一化因子F^Norm；

步骤三、计算用于产生距离测量值的滤波器系数F_n；

步骤四、计算用于产生速度测量值的滤波器系数

步骤五、计算用于产生加速度测量值的滤波器系数