[发明专利]一种基于稀疏FFT的DOR信号数据处理方法

说明书

VLBI(甚长基线干涉测量)是一种重要的射电天文工具，也被用于深空探测器的高精度测轨和导航。本发明涉及一种基于稀疏FFT的DOR信号数据处理方法。令VLBI系统中有B1和B2两台站,且这两个台站在时刻t接收的某DOR(差分单向测距)信号分别是探测器在t₁和t₂时刻发射的。每个台站使用稀疏FFT对DOR信号进行处理，在给定的频率范围内找到DOR信号的精确频率：f(t₁)和f(t₂)。台站B1和B2分别以上述DOR频率为基础建立本地信号模型，并与原始DOR信号数据进行相关，得到两个台站的DOR信号的表达式:和计算出这两个台站DOR信号的相位差，计算公式为：相位差数据被送往后续的数据处理模块用于探测器的测轨和导航。

技术领域

本发明涉及一种基于稀疏FFT的DOR(差分单向测距)信号数据处理方法。

背景技术

VLBI(甚长基线干涉测量)技术是一种重要的射电天文工具，其把分布于不同地点的射电望远镜联合起来等效成一面大口径的望远镜以提高观测的分辨率。由于VLBI技术在天体测量方面有很高的精度，因此也被用于深空探测器的高精度测轨和导航。△DOR(相对差分单向测距)是一种专门用于深空探测中测轨和导航的VLBI技术。目前DOR技术已广泛应用于美国深空探测网(DSN)中，在我国的探月工程中，嫦娥二号，嫦娥三号也在X波段搭载了DOR信号。DOR信号由几个点频信号组成，相互之间间隔数MHz，频谱非常稀疏。针对宽带连续谱信号的常规VLBI系统采用FX型相关处理技术，处理过程为，首先对每个台站的数据进行整数比特时延补偿，条纹旋转，FFT以及小数比特时延补偿。然后每两个台站的数据进行交叉相乘和长期累积。但对于DOR信号，该方法需要很高的谱分辨率才能达到足够的计算精度，计算效率较低，为此基于本地相关处理技术的DOR信号处理方法被提出。

在本地相关处理中，最核心的步骤是每个台站提取DOR信号的频率。由于探测器自身运动造成的多普勒效应(尤其是探测器变轨阶段)，星载晶振的不稳定性以及大气、电离层干扰的影响，台站收到的DOR信号的频率与理想频率相比往往经过了较大且随时间快速变化的偏移，因此本地相关处理过程中需要快速FFT运算以便快速提取高精度的DOR信号，但是目前针对DOR信号的本地相关处理算法所采用的软件都是基于蝶形运算的FFTW库，此算法时间复杂度为O(n*log(n))(n为FFT点数),当频率精度要求非常高时，需要的FFT点数n非常大，这会导致计算量非常大，且FFTW的并行算法效率不高，因此整个VLBI系统实时性较差。如果能够减小FFT运算的时间，整个VLBI系统的数据处理速度将会大大提高，这对探测器在频繁机动或者变轨等特殊阶段的快速实时定位非常有利。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提出的一种基于稀疏FFT的DOR信号数据处理方法。该方法包括以下步骤：

(1)令VLBI系统中两个台站分别为B1和B2,令这两个台站在任一时刻t收到的某DOR信号分别是深空探测器在t₁时刻和t₂时刻发射的。由于DOR信号是由几个点频信号组成，频谱非常稀疏，因此每个台站使用稀疏FFT对接收到的DOR信号进行傅里叶变换，在给定的搜索频率范围内找到DOR信号的频率分别为f(t₁)和f(t₂)。

(2)台站B1和B2分别以步骤(1)得到的DOR频率为基础建立本地信号模型,并与原始DOR信号数据进行相关运算，得到两个台站的DOR信号的表达式，分别为和

(3)把步骤(2)提取的两个台站的信号送往△DOR观测量计算模块计算这两个台站的相位差，相位差计算公式为：相位差数据被送往后续的数据处理模块用于探测器的定位和导航。

所述的步骤(1)中的稀疏FFT具体计算过程为：

(11)存储桶排序