一种地外天体探测器信号的频谱检测估计方法技术

本发明专利技术提供一种地外天体探测器信号的频谱检测估计方法，包括以下步骤：预先估计地面站需采集的探测器信号的频率范围和频率变化率范围；对地面站的信号采集参数进行配置；将采集信号单元的频带宽度等间距连续划分为多个子频带，将频率变化率范围等间距连续划分为多个频率变化率估计值子区间；将每个子频带的频带宽度进一步等间距连续划分为多个子频率区间；搜索到的功率峰值对应的信号，即为目标信号。本发明专利技术将地面天线接收到的地外天体采集信号，按照频带范围划分多个子频带、多个子频率区间和多个频率变化率估计值子区间，从而开展快速的信号的分析处理，降低计算资源，实现信号快速分析处理。信号快速分析处理。信号快速分析处理。

【技术实现步骤摘要】
一种地外天体探测器信号的频谱检测估计方法


[0001]本专利技术属于航天器测控
，具体涉及一种地外天体探测器信号的频谱检测估计方法。

技术介绍

[0002]地外天体探测器飞行的距离越来越远，其下行信号的强度越来越弱。目前，火星探测器到地面的最远距离达到4亿公里，而木星、土星及天王星等行星探测器到地面的距离更远，探测器到地面距离的平方与信号的衰减程度成正比，因此，随着距离的增大，探测器下行信号的强度显著减弱。此外，对于上述的行星探测任务，探测器将经历行星捕获的过程，部分探测器还将实现在行星上的着陆，探测器的速度变化快，由此造成下行信号的动态非常大。
[0003]传统方式中，地面站对探测器信号采用锁相环技术进行闭环的信号估计，完成对探测器信号的检测。当探测器信号强度相对较强、信号动态相对不大，可以有效的完成探测器信号的闭环检测。然而，对于上述探测器大动态、微弱信号，闭环信号估计方法不能够很好的适应，探测器信号检测估计难度大，信号失锁的概率显著增大。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种地外天体探测器信号的频谱检测估计方法，可有效解决上述问题。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]本专利技术提供一种地外天体探测器信号的频谱检测估计方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，预先估计地面站需采集的探测器信号的频率范围和频率变化率范围；
[0008]步骤2，根据步骤1预先估计的地面站需采集的探测器信号的频率范围和频率变化率范围，对地面站的信号采集参数进行配置；
[0009]步骤3，地面站采用配置的信号采集参数，对探测器信号进行采集，得到原始采集信号；
[0010]步骤4，将原始采集信号，以时间长度T为周期，划分为多段采集信号单元；
[0011]对于每段采集信号单元d
T
，均执行步骤5
‑
步骤8，搜索采集信号单元d
T
中的目标信号：
[0012]步骤5，将采集信号单元d
T
的频带宽度等间距连续划分为M个子频带，第m个子频带的采集信号表示为：d
T
(m),m＝1，2，3，
…
，M；
[0013]步骤6，将步骤1估计得到的频率变化率范围等间距连续划分为N个频率变化率估计值子区间；
[0014]对第m个子频带的采集信号d
T
(m)，分别计算其在每个频率变化率估计值子区间的频率与频率变化率二维补偿值，由此得到N个二维补偿后的采集信号g
T
(m,n)，其中，n＝1,2,3...,N；
[0015]步骤7，将第m个子频带的频带宽度进一步等间距连续划分为Q个子频率区间；
[0016]对第m个子频带在第n个频率变化率估计值子区间的二维补偿后的采集信号g
T
(m,n)，分别计算其在每个子频率区间的傅里叶变换结果，由此得到Q个傅里叶变换后的信号，即为三维采集信号G
T
(m,n,q)；
[0017]步骤8，因此，对于采集信号单元d
T
，在M个子频带、N个频率变化率估计值子区间和Q个子频率区间进行精细搜索计算，得到M*N*Q个三维采集信号G
T
(m,n,q)；
[0018]比较M*N*Q个三维采集信号G
T
(m,n,q)的功率，功率峰值对应的子频带序号、频率变化率估计值子区间序号和子频率区间序号，即为搜索到的目标信号的位置，进而搜索到目标信号；
[0019]步骤9，根据搜索到的目标信号，估计其频谱检测估计值。
[0020]优选的，步骤1中，探测器信号的频率范围表示为[f
min
,f
max
]，频率变化率范围表示为[f
′
min
,f
′
max
]：
[0021]其中：
[0022]f
min
为需采集的探测器信号的频率最小值估计值；
[0023]f
max
为需采集的探测器信号的频率最大值估计值；
[0024]f
′
min
为需采集的探测器信号的频率变化率最小值估计值；
[0025]f
′
max
为需采集的探测器信号的频率变化率最大值估计值；
[0026]步骤2中，配置的地面站的信号采集参数包括地面站的频带宽度B0和中心频率f
B
，通过以下公式得到：
[0027]B0＝f
max
‑
f
min
[0028][0029]优选的，步骤5中，采集信号单元d
T
的频带宽度，与地面站配置的频带宽度B0相等。
[0030]优选的，步骤5中，每个子频带的采集信号d
T
(m)表示为：
[0031][0032]其中：n0为噪声，s(f(t))为目标信号；
[0033]含义为：
[0034]在M个子频带中，只有一个子频带具有目标信号，假设在第z个子频带具有目标信号，此处z为未知值；其他M
‑
1个子频带均为噪声；
[0035]步骤6具体为：
[0036]将步骤1估计得到的频率变化率范围[f
′
min
,f
′
max
]等间距连续划分为N个频率变化率估计值子区间，表示为：E(n)，n＝1,2,3...,N；因此，每一个频率变化率估计值子区间的宽度Δf
′
＝E(n)/N；
[0037]对第m个子频带的采集信号d
T
(m)，采用以下方式，进行频率与频率变化率二维补偿，得到二维补偿后的采集信号g
T
(m,n)：
[0038][0039]其中：
[0040]j代表虚数单位；
[0041]f
c
(m)代表第m个子频带的下边界频率补偿值；
[0042]f
′
c
(n)代表第n个频率变化率估计值子区间的下边界频率变化率补偿值；
[0043]其中，f
c
(m)和f
′
c
(n)采用下式得到：
[0044]f
c
(m)＝(m
‑
1)Δf+f
min
[0045]f
′
c
(n)＝(n
‑
1)Δf
′
+f
′
min
[0046]其中：Δf＝B0/M，代表每一个子频带的频带宽度。
[0047]优选的，步骤7具体为：
[0048]对第m个子频带在第n个频率变化率估计值子区间的二维补偿后的采集信号g
T
(m,n)，采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地外天体探测器信号的频谱检测估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，预先估计地面站需采集的探测器信号的频率范围和频率变化率范围；步骤2，根据步骤1预先估计的地面站需采集的探测器信号的频率范围和频率变化率范围，对地面站的信号采集参数进行配置；步骤3，地面站采用配置的信号采集参数，对探测器信号进行采集，得到原始采集信号；步骤4，将原始采集信号，以时间长度T为周期，划分为多段采集信号单元；对于每段采集信号单元d
T
，均执行步骤5
‑
步骤8，搜索采集信号单元d
T
中的目标信号：步骤5，将采集信号单元d
T
的频带宽度等间距连续划分为M个子频带，第m个子频带的采集信号表示为：d
T
(m),m＝1，2，3，
…
，M；步骤6，将步骤1估计得到的频率变化率范围等间距连续划分为N个频率变化率估计值子区间；对第m个子频带的采集信号d
T
(m)，分别计算其在每个频率变化率估计值子区间的频率与频率变化率二维补偿值，由此得到N个二维补偿后的采集信号g
T
(m,n)，其中，n＝1,2,3...,N；步骤7，将第m个子频带的频带宽度进一步等间距连续划分为Q个子频率区间；对第m个子频带在第n个频率变化率估计值子区间的二维补偿后的采集信号g
T
(m,n)，分别计算其在每个子频率区间的傅里叶变换结果，由此得到Q个傅里叶变换后的信号，即为三维采集信号G
T
(m,n,q)；步骤8，因此，对于采集信号单元d
T
，在M个子频带、N个频率变化率估计值子区间和Q个子频率区间进行精细搜索计算，得到M*N*Q个三维采集信号G
T
(m,n,q)；比较M*N*Q个三维采集信号G
T
(m,n,q)的功率，功率峰值对应的子频带序号、频率变化率估计值子区间序号和子频率区间序号，即为搜索到的目标信号的位置，进而搜索到目标信号；步骤9，根据搜索到的目标信号，估计其频谱检测估计值。2.根据权利要求1所述的地外天体探测器信号的频谱检测估计方法，其特征在于，步骤1中，探测器信号的频率范围表示为[f
min
,f
max
]，频率变化率范围表示为[f
′
min
,f
′
max
]：其中：f
min
为需采集的探测器信号的频率最小值估计值；f
max
为需采集的探测器信号的频率最大值估计值；f
′
min
为需采集的探测器信号的频率变化率最小值估计值；f
′
max
为需采集的探测器信号的频率变化率最大值估计值；步骤2中，配置的地面站的信号采集参数包括地面站的频带宽度B0和中心频率f
B
，通过以下公式得到：B0＝f
max
‑
f
min
3.根据权利要求2所述的地外天体探测器信号的频谱检测估计方法，其特征在于，步骤5中，采集信号单元d
T
的频带宽度，与地面站配置的频带宽度B0相等。4.根据权利要求3所述的地外天体探测器信号的频谱检测估计方法，其特征在于，步骤
5中，每个子频带的采集信号d
T
(m)表示为：其中：n0为噪声，s(f(t))为目标信号；含义为：在M个子频带中，只有一个子频带具有目标信号，假设在第z个子频带具有目标信号，此处z为未知值；其他M
‑
1个子频带均为噪声；步骤6具体为：将步骤1估计得到的频率变化率范围[f
′
min
,f
′
max
]等间距连续划分为N个频率变化率估计值子区间，表示为：E(n)，n＝1,2,3...,N；因此，每一个频率变化率估计值子区间的宽度Δf
′
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈少伍，李海涛，张娅楠，徐得珍，李赞，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：