针对X射线脉冲星导航这一重大课题,本书在总结多年科研成果的基础上,全面、系统、深入地论述了射线脉冲星导航中的信号处理方法,为我国X射线脉冲星导航提供理论基础和技术支持。本书按照对线脉冲星信号流的顺序,构建X射线脉冲星信号处理框架。全书共八章,主要内容包括:射线脉冲星导航的基本原理、射线脉冲星到达时间估计、X射线脉冲星周期估计、X射线脉冲星导航滤波与组合导航,以及X射线脉冲星候选体选择方法等。本书面向工程实际,结合压缩感知、量子信息处理、深度学习等新兴信号处理方法,研究实用性与先进性兼具的X射线脉冲星信号处????
深空探测是人类探索宇宙奥秘、寻求支撑人类社会长远发展的必由之路,也是衡量一个国家综合实力和科技发展水平的重要标志。中国事业历经60多年的努力和发展,取得了辉煌的成就,达到了世界水平。年7月23日,“天问一号”火星探测器发射升空,其搭载的“祝融”火星着陆。此次任务实施,是我国事业发展中里程碑式的新跨越。正如《16中国的》白皮书中所说:“探索浩瀚宇宙,发展事业,建设强国,是我们不懈追求的梦。”《21中国的》白皮书指出,未来五年,中国将继续实施月球探测工程、行星探测工程、新技术的工程化应用、开展空间科学探索和空间环境下的科学实验等。
在深空探测任务中,器自航技术具有重要作用。随着在轨器的增多、空间任务的日益复杂以及人类对空间探测的不断深入,器自航技术的重要性也越加凸显。各大国也都在积极研发各种不依赖地面设备的天文自航技术。X射线脉冲星导航是一种新兴的天文导航方式来已成为一个研究热点。X射线脉冲星导航利用X射线脉冲星,以其的特点和优势为不同的空间探测任务提供高自主性、高精度、高性和实时的导航服务,并且易于工程实现,极有可能成为未来天文导航的主要方式之一。
本书针对X射线脉冲星导航这一重大课题,面向工程实际,全面、系统、深入地研究了面向X射线脉冲星导航的兼具实用性与性的信号法。本书按照X射线脉冲星信号流的顺序,构建X射线脉冲星信号处理框架。全书共八章。第1章综述了国内外深空探测发展现状,以及X射线脉冲星导航的基本原理。第2章介绍了本书涉及的信号法括压缩感知、经验模态分解、遗传方法、分数阶傅立叶变换、自归一化神经网络、小二乘法、卡尔曼滤波等。第3章和第4章分别研究时域和变换域的X射线脉冲星到达时间估计方法。第5章专门研究脉冲星周期估计以及脉冲星TOA和周期联合估计方法。第6章专门研究脉冲星导航滤波,以及测角/脉冲星组合导航与多普勒/脉冲星组合导航。第7章专门研究脉冲星候选体选择方法。第8章,对X射线脉冲星导航的发展趋行展望。
本书是作者及其所在科研团来在国家自然科学(61772187、61873196、61501336)、科技创新30-“量子通信与量子计算机”重大项目(21ZD0303400)等的支持下,对所取得的科研成果的梳理和提炼,可为未来X射线脉冲星导航技术的发展和工程应用提供理论依据与指导,也可供从事深空探测工程的科研工作者和高等院校相关师生参考。
本书于21年冬开始筹划,历时一年,几易其稿,终在22年冬完稿。在本书付梓之际,感谢房建成院士、田金文教授、马杰教授多年来的悉心培养与指导,感谢吴伟仁院士、宁晓琳教授、吴谨教授、张伟研究员、方宝东研究员、杨照华教授、孙海峰副教授、桂明臻副教授、马辛助理教授、陈晓研究员、尤伟研究员、李连升研究员、石永强副研究员等多年来的关怀、指导与帮助,感谢贺鸿才、吴春艳、饶源、吴杨坤、刘兰兰、徐星满、刘拓、喻子原、冯园、贾运泽、陈俭锋、彭浩宇、张洹梓等研究生在本书编写过程中付出的辛勤劳动,感谢湖南大学出版社的大力支持与帮助,感谢出版社编辑付出的辛勤劳动与努力。
由于作者水平所限,书中不足之处在所难免,敬请读者批评指正。
第1章绪论
1.1深空探测
1.1.1国外深空探测活动
1.1.2国内深空探测活动
1.2X射线脉冲星导航基本原理
1.2.1X射线脉冲星的基本物理特性
1.2.2X射线脉冲星信号的模型和轮廓恢复
1.2.3X射线脉冲星的计时模型
1.2.4X射线脉冲星定位和定速的基本原理
1.3X射线脉冲星导航空间实验
1.4本章小结…
第2章信号法
2.1压缩感知
2.1.1压缩感知基本思想·
2.1.2压缩感知数学模型
2.2经验模态分解·
2.3遗传方法・
2.4分数阶傅立叶变换
2.4.1分数阶傅立叶变换发展历程
2.4.2分数阶傅立叶变换定义·
2.4.3分数阶傅立叶变换性质
2.5人工神经网络
2.5.1基本原理
2.5.2自归一化神经网络
2.6快速小二乘法・
2.6.1自适应滤波器
2.6.2快速横向滤波递归小二乘法
2.6.3稳定快速横向滤波递归小二乘法
2.7小波变换…
2.7.1连续小波变换
2.7.2离散小波变换…
2.7.3小波基函数的特点
2.8卡尔曼滤波器·
2.8.1标准卡尔曼滤波器
2.8.2扩展卡尔曼滤波器
2.8.3无迹卡尔曼滤波器
2.8.4无迹RTS平滑器
2.8.5H无穷滤波器…
2.8.6联邦滤波器…
2.9 本章小结
第3章 脉冲星到达时间的时域估计
3.1基于固有模态函数一压缩感知的脉冲星到达时间估计
3.1.1固有模态函数一压缩感知·
3.1.2遗传算法优化·
3.1.3计算复杂度分析
3.1.4实验与结果分析
3.2基于快速小二乘法的脉冲星到达时间估计
3.2.1脉冲星到达时间估计的方法流程·
3.2.2计算复杂度分析
3.2.3实验与结果分析…
3.3基于小波与递归小二乘法的脉冲星到达时间估计…
3.3.1 基于小波与递归小二乘法的脉冲星到达时间估计
3.3.2实验与结果分析
3.4 基于两级压缩感知的脉冲星到达时间估计
脉冲星轮廓稀疏表示
3.4.1月
3.4.2观测矩阵选取·
3.4.3脉冲星到达时间估计的流程
3.4.4计算复杂度分析
3.4.5实验与结果分析
3.5本章小结
第4章 脉冲星到达时间的变换域估计
4.1基于分数阶傅立叶变换的脉冲星到达时间估计
……
7.2.2参数设置
7.2.3结果分析
7.3本章小结
第8章X射线脉冲星导航的展望
参考文献