脉冲星信号的模糊阈值小波降噪算法

为了提高脉冲星辐射脉冲信号的信噪比，提出了基于模糊阈值的小波降噪算法．该算法的核心思想为：引入模糊理论，通过建立隶属度函数，计算出每个采样点信号幅值的隶属度，再利用小波阈值消噪的方法设定门限来分析隶属度，将隶属度大于门限的采样值划归为信号，反之为噪声，从而达到压抑噪声、保留信号的目的．实验结果表明，与基于极大极小原理和Stein无偏似然原理的降噪方法相比，基于模糊阈值的小波降噪算法将脉冲信号的信噪比提高了大约5～6dB，同时可以保留信号的细节．新算法为脉冲星信号处理与应用提供了一个行之有效的算法．

一种新的X射线脉冲星信号模拟方法

由于无法在地面直接观测到X射线脉冲星信号,且空间飞行探测耗时长,成本高,模拟具有真实物理特征的X射线脉冲星信号对X射线脉冲星信号处理方法及导航方案的验证具有重要意义.本文提出了一种利用太阳系质心处脉冲星信号模型和航天器轨道信息,建立航天器处实时光子到达速率函数,再利用尺度变换法产生光子到达时间序列的脉冲星信号模拟新方法.该方法真实还原了脉冲星信号的频率缓变特性,考虑了动态探测环境下的相对论效应,且避免了现有模拟航天器处光子序列方法中的迭代过程,产生非齐次泊松光子到达时间序列的运算量也低于常用的齐次泊松过程筛选法和反函数递推法.数值仿真从频率特性、流量特性、轮廓相似度及与实测数据的接近程度四个方面验证了该模拟方法的正确性.

基于Daubechies小波的X射线脉冲星信号降噪研究

针对X射线脉冲星弱信号埋没在强噪声中,在短时间内周期叠加的脉冲轮廓的信噪比低,影响脉冲到达时间的估计精度和效率,提出基于Daubechies小波的X射线脉冲星信号降噪的算法。在对RXTE观测数据预降噪处理和周期叠加的基础上,采用Daubechies小波算法做降噪处理,使得较短的时间内仍能获得高信噪比的脉冲轮廓。利用RXTE观测数据进行验证仿真,结果表明,该算法能有效滤除X射线脉冲星信号所包含的设备及空间环境的噪声,在保证脉冲到达时间精度的情况下,缩短了观测时间,提高X射线脉冲星导航的效率。

基于小波Fisz变换的X射线脉冲星信号降噪研究

针对X射线脉冲星信号信噪比低,难以获取精确脉冲星信号相位的问题,提出了基于WaveletFisz变换的X射线脉冲星信号的估计方法.根据X射线脉冲星信号特性建立了信号模型,推导了Wavelet-Fisz变换理论,利用该变换将X射线脉冲星信号逼近于高斯分布,对变换后的信号数据进行估计.对大量RXTE的实测数据进行分析,结果表明在Wavelet-Fisz变换下能获得较好的估计性能,且耗时小,有利于X射线脉冲星导航的工程应用.

基于小波包阈值法的脉冲星信号去噪方法研究

小波变换去噪只对信号的低频部分进行分解和处理,忽略了信号的高频部分,无法对信号的整个频段进行有效的信息提取,进而影响脉冲星信号去噪的效果。提出利用小波包阈值法对脉冲信号进行分析,针对小波包分解后的系数选用不同的阈值函数处理。实验结果表明,脉冲星信号的去噪效果明显提高,其中,脉冲星信号的信噪比、峰值信噪比与平滑度指标都有相应的改善,为脉冲星信号去噪提供了一种新的思路。

基于可变滑动窗口与3σ准则的脉冲星信号去噪算法

针对地面接收射电观测脉冲星信号较弱、信噪比较低的问题,提出了基于可变滑动窗口与两层3σ准则的信号去噪算法。该算法引入可变滑动窗口,对信号进行分步连续处理,同时在筛选噪声时使用两层3σ准则算法,解决了噪声遗漏及过度去噪问题。为证明算法可靠性与实用性,利用佳木斯66 m观测站实测数据进行算法验证,针对J1939+2134与J1744—1134脉冲星的实测数据进行分析处理。结果表明,该算法能够对脉冲星数据进行有效去噪,普遍提高信噪比约10dB。

基于小波域可导阈值函数与自适应阈值的脉冲星信号消噪

脉冲星辐射信号具有极低的信噪比,传统降噪方法难以在抑制噪声的同时保留其细节信息.为此,提出了一种小波域脉冲星信号消噪方法.在小波域,利用一种可导的阈值函数和一种自适应阈值选取方法,对含噪脉冲星信号进行小波域阈值去噪处理,并利用信噪比(SNR)、均方根误差(RMSE)、峰值相对误差(REPV)以及峰位误差(EPP)四项指标来对去噪效果进行评价.实验结果表明,与软阈值与硬阈值法相比,该方法能在有效去除含噪脉冲星信号中的噪声、显著提高其信噪比的同时,更有效地保留原始信号中的有用信息,同时可以获得更小的均方根误差、脉冲峰值相对误差与峰位误差.

脉冲星信号的经验模态分解模态单元比例萎缩消噪算法

针对脉冲星信号的消噪问题,提出了一种基于模态单元比例萎缩的经验模态分解(EMD)消噪方法.利用经验模态分解将含噪脉冲星信号分解为一组内蕴模态函数(IMF),将IMF中两个过零点间的部分定义为模态单元,以模态单元为基本单位构造最优比例萎缩因子,对IMF中的每个模态单元进行比例萎缩去噪,进而建立基于模态单元比例萎缩的脉冲星信号滤波模型.对含噪脉冲星信号进行了消噪实验分析,实验结果表明,与小波硬阈值消噪法、比例萎缩小波消噪法和基于模态单元阈值的EMD消噪法相比,该方法可以更有效地去除脉冲星信号中的噪声,同时更好地保留了原信号中的有用细节信息.

噪声模态单元预判的经验模态分解脉冲星信号消噪

为了改善脉冲星辐射脉冲信号的消噪效果,提出了一种基于噪声模态单元预判的经验模态分解(EMD)消噪声方法.该方法首先利用EMD将含噪辐射脉冲信号分解为一组内蕴模态函数(IMF),根据IMF系数的统计特性采用局部均方误差准则进行噪声模态单元预判,并将噪声模态单元置零;然后对噪声模态单元预判处理后的IMF以模态单元为基本单位进行最优比例萎缩消噪,从而达到抑制噪声、保留信号的目的.实验结果表明:与Sure Shrink小波阈值法、Bayes Shrink小波阈值法和EMD模态单元比例萎缩法相比,基于噪声模态单元预判的EMD消噪方法可以更有效地去除脉冲辐射信号中的噪声,同时更好地保留信号突变处的细节信息特征,在信噪比、均方误差、峰值相对误差。

基于Laplace分布的非下采样小波包脉冲星信号消噪

为了提高脉冲星信号的去噪效果,提出了一种基于非下采样小波包(NWP)分解的局部Laplace模型消噪方法。首先对真实脉冲星信号进行NWP分解,统计真实脉冲星信号NWP系数的分布特性,建立真实脉冲星信号小波包系数的Laplace分布模型;然后在Laplace先验概率分布的基础上,根据最大后验概率(MAP)估计准则,利用含噪脉冲星信号的小波包系数对真实脉冲星信号的小波包系数进行有效估算;最后对估算出的小波包系数进行NWP重构,得到消噪后的脉冲星信号。采用不同的脉冲星信号进行实验分析的结果表明,与经典的基于高斯分布的非下采样小波(NSW)消噪和NWP消噪相比,本文方法可以更有效地去除噪声,同时更好地保留信号中的微脉冲等细节信息,在信噪比(SNR)、均方根误差(RMSE)、相关系数(CC)和峰值相对误差(REPV)等都有较好的改善。

航天器处X射线脉冲星观测信号模拟方法

航天器处X射线脉冲星观测信号模拟对脉冲星信号处理方法及导航方案的验证具有重要意义.通过建立航天器处光子到达时间与相位之间的关系,可显著提高脉冲星信号模拟算法的效率.目前建立的航天器处光子到达时间与相位之间关系模型并未考虑接收信号频率变化,模拟精度较低.针对这一问题,本文建立了考虑频率一、二阶导数时的光子到达时间与相位关系模型,并基于该模型给出航天器处观测信号模拟方法,提高了脉冲星观测信号模拟算法精度.仿真实验证明,相比于迭代法或实时计算航天器处光子到达速率函数的方法,利用推导的光子到达时间与相位关系模型,仿真速度最高可提高3个数量级,保证了信号模拟算法的高效率;且相比于未考虑频率变化的情况,由包含频率一、二阶导数的模型得到的Pearson相关系数最高可提高350.0%,显著提高了计算精度.

X射线脉冲星导航空间试验进展与展望

X射线脉冲星导航(XNAV)技术作为一种新型的航天器自主导航技术,是目前深空探测巡航段最有潜力的自主导航技术之一。X射线脉冲星导航的概念提出于20世纪80年代,经过数十年的发展,该技术已逐渐从理论研究走向空间试验。介绍了近些年国内外完成的脉冲星导航空间试验,系统梳理和分析了当前脉冲星导航空间试验使用的信号处理方法、导航方法和X射线探测终端。根据国内外脉冲星导航空间试验的特点,总结了目前国内脉冲星导航试验在在轨解算和X射线探测终端方面的不足。最后,结合空间试验的现状及工程应用的实际需要,对未来脉冲星导航空间试验进行了展望。

脉冲星特征频率信号的到达时间处理方法

脉冲星导航是具有发展潜力的深空探测技术之一,然而极低的能流密度限制了脉冲星信号的信噪比,对高精度导航应用提出了极大的挑战。只有在脉冲星信号处理技术方面取得突破,才能使脉冲星导航系统小型化、实用化。本文综合分析了脉冲星导航应用存在的问题,探讨了脉冲星导航应用的技术途径,从深空应用的角度提出了脉冲星导航系统的可行方案,提出了一种脉冲星特征频率信号处理方法,分析了该方法的克拉美-罗界,利用Crab脉冲星数据进行了仿真验证。仿真结果表明:脉冲星特征频率信号处理方法可实现Crab脉冲星矢量方向3 km的定位精度,符合理论预期。

一种基于DSPSR和GPU的脉冲星相干消色散基带数据处理技术

相比于非相干消色散,相干消色散具有色散消除更彻底、可保留原始数据相位、时间分辨率信息等优势,但同时具有运算量大、数据处理耗时长等问题。为实现脉冲星基带数据相干消色散处理,对数据处理流程进行加速,开发一种以DSPSR(digital signal processing software for pulsar)和GPU(graphics processing unit)为数据处理核心的脉冲星数据处理技术。利用高速共享内存实现对环形缓存区两路极化基带数据的读取,结合图形处理器高性能计算技术,使用DSPSR对基带数据进行相干消色散处理。数据处理结果表明,相比于多线程非相干消色散系统,此数据处理技术在数据处理速度方面具有更好的优越性,并可获得更精细的脉冲轮廓。

以好奇心助力基础研究

像潺潺雨声,像汽船鸣笛,像心脏跳动……中国科学院大学在寄送本科生录取通知书时附赠一张黑胶光盘,其中刻录着一组“来自宇宙深处的声音”。这段声音是“中国天眼”FAST捕获的脉冲星信号,经过处理转换成音频。这种为学子寄送“宇宙声音”的方式,点燃了他们探索科学奥秘的好奇心。

教育的力量在于点亮人生

随着高考录取工作的进行,各地考生陆续收到录取通知书,其中最具科技含量的莫过于中国科学院大学。随录取通知书寄送过来的还有一张黑胶光盘,光盘上刻录着由该校师生通过“中国天眼”FAST捕获的15颗脉冲星信号,这些脉冲星信号在经过该校学生的转换和小限度处理后,以音频的形式呈现。其中的13颗脉冲星信号,还是通过此次录取通知书首次向全世界发布。

教育的力量在于点亮人生

随着高考录取工作的进行,各地考生陆续收到录取通知书,其中最具科技含量的莫过于中国科学院大学。随录取通知书寄送过来的还有一张黑胶光盘,光盘上刻录着由该校师生通过“中国天眼”FAST捕获的15颗脉冲星信号,这些脉冲星信号在经过该校学生的转换和小限度处理后,以音频的形式呈现。其中,13颗脉冲星信号还是通过此次录取通知书首次向全世界发布。