[发明专利]X射线脉冲星短时观测高信噪比轮廓获取方法

说明书

本发明公开了一种X射线脉冲星短时观测高信噪比轮廓获取方法，主要解决现有脉冲星轮廓获取中需要长时间观测脉冲星的问题。其实现方案是：1)选用(2¹¹，∞)个bin块对光子到达时间序列或者相位进行折叠，获取时域波形；2)对时域波形进行傅里叶变换获得频谱，通过确定合适的频域截断点截取频谱的低频段频谱，在频域实现信号与噪声的分离；3)对截取的频谱中的零次频率分量频谱及其他频率分量的单边频谱分别作傅里叶逆变换，得到直流分量和时域复信号；取时域复信号实部的两倍并加上直流分量，即可获得高信噪比时域观测轮廓。本发明能通过短时观测脉冲星获取高信噪比脉冲轮廓，提高了脉冲星导航效率，可用于对天文数据的处理。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，特别涉及是一种短时观测获取高信噪比脉冲轮廓的方法，可用于对天文数据的处理。

背景技术

X射线脉冲星导航是未来最具潜力的深空自主导航，现阶段正在向工程应用发展，美国国家航空航天局NASA在2017年11月开展的在轨实验中，选取4颗毫秒脉冲星作为信标，对每个脉冲星信标大约观测5～15min，然后自主旋转至下一个脉冲星信标，为期2天的实验表明，该全自动导航系统实现了世界上首次脉冲星三维定位验证，且实现了精度为16km以内的预定目标，最高精度约4.8km。高信噪比脉冲轮廓是实现脉冲星导航应用的关键之一。目前在脉冲星观测数据中获取脉冲轮廓的方法有以下两种：

第一种方法是周期折叠，该方法是将每个光子到达时间按时间周期折叠到一个脉冲周期内等分的bin块中，统计每个bin块中的光子数，以获得累积脉冲轮廓。

第二种方法是历元折叠，该方法是先计算每个光子到达时间相对于参考历元的相位，并将其归算到一个相位周期内的各个bin块中，再统计每个bin块中的光子数，以获得累积脉冲轮廓。

以上这两种方法，由于航天器收到的光子包含脉冲星信号和噪声，需要长时间的观测脉冲星来获取高信噪比脉冲轮廓，而长观测时间将影响X射线脉冲星导航XPNAV的实时性、准确性和增加计算量，且增加了导航难度，很难满足实际工程要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种X射线脉冲星短时观测高信噪比轮廓获取方法，以减少脉冲观测时间，并获得高精度的脉冲轮廓。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

(1)对光子到达时间序列进行折叠，获取时域波形：

1a)选取一段观测时间T的光子到达时间t_i，i＝1,2,3...，根据脉冲星星历的自转频率参数，通过脉冲星计时模型计算光子到达时间t_i所对应的相位Φ(t_i)；

1b)选用(2¹¹，∞)个bin块对光子到达时间t_i进行周期折叠或对t_i对应的相位Φ(t_i)进行历元折叠，获得时域波形；

(2)对时域波形进行傅里叶变化获得频谱；

(3)对频谱进行信号与噪声的分离：

3a)选用代价函数，计算频谱的截断点；

3b)根据信号的频域主要集中在低频，而噪声分布在整个频域且幅值较小的不同频域特性，利用截断点对频谱进行截断，选取0点至截断点之间的频谱，使得信号与噪声分离；

(4)恢复高信噪比时域观测轮廓：

4a)对截取的频谱去掉直流分量，即去掉零次频率分量的值；

4b)对去掉零次频率分量的频谱进行傅里叶逆变换得到不包含直流分量的时域复信号，对不包含直流分量的时域复信号取实部得到不包含直流分量的时域观测轮廓；