阅读说明：本技术 一种吸收型谱线目标源遴选方法 (A kind of absorption-type spectral line target source method of selecting ) 是由 张嵬 尤伟 陈晓 张恒 张伟 于 2019-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种吸收型谱线目标源遴选方法,按照深空探测实施任务需求,密切结合天文测速方案特点,从导航目标源空间分布入手,完成与目标源参数相关的指标分析及分解,对备选体辐射通量选择、备选体特征谱线带宽选择、备选体特征谱线线宽选择、备选体特征谱线线心频点选择、备选体特征谱线吸收深度选择、备选体特征谱线隔离度选择及备选体特征谱线稳定性选择等进行筛选和比较,最终确定与指标需求及方案匹配度最高的备选体作为导航基准。本发明可用于非对称空间外差式天文干涉测速新型导航测速仪及导航系统的设计与研制。(The invention discloses a kind of absorption-type spectral line target source method of selecting, implement mission requirements according to deep space exploration, astronomy is intimately associated to test the speed Scheme Characteristics, start with from the distribution of navigation target source space, complete index analysis relevant to target source parameter and decomposition, alternative body radiation flux is selected, alternative body characteristics spectral bandwidth selection, alternative body characteristics line width selection, alternative body characteristics spectral line line heart frequency point selection, alternative body characteristics line absorption depth selection, alternative body characteristics spectral line isolation selection and alternative body characteristics spectral line stability selection etc. are screened and are compared, final determination and the highest alternative body of index demand and scheme matching degree are as navigation benchmark.The present invention can be used for the design and development that asymmetric space heterodyne formula astronomy interferes test the speed novel navigation tachymeter and navigation system.)

一种吸收型谱线目标源遴选方法

技术领域

本发明属于航天导航领域，特别涉及了一种吸收型谱线目标源遴选方法。

背景技术

导航基准的研究及获取是利用恒星辐射光谱开展天文自主测速导航，确保导航精度的首要环节。

事实上，无论是天文导航、GPS导航或地面导航，导航源的精确证认及控制均是其开展导航定位的先决条件。通过地基及天基观测手段可获取天体精确星历，对于其辐射特性、质量、体积等物理参数也可通过直接观测及反演方式获取，以上信息是开展天文导航的物理基础。

本说明书提出了一种以非对称空间外差式干涉测速为目的的吸收型谱线目标源遴选方法，是以非对称条件下的空间外差干涉法为基础，对导航目标源辐射信号进行采集处理，基于采集信号提取相对运动作用下辐射频谱的移动量，进而解算相对运动速度，实现为天文测速导航方法提供观测量的方法。其中对于吸收型谱线导航目标源，结合测速方案自身将对其相关性能指标提出要求，形成该方法下吸收型谱线导航目标源的遴选准则。

为了对天文测速自主导航全过程误差产生、传递、补偿及抑制的机理及方法进行确认，达到并满足测速导航精度以指导工程设计研制，需要从导航目标源头对其特性及要求进行分析和研究。从非对称空间外差式干涉测速方法原理着手，梳理面向吸收型谱线导航目标源影响测速精度的源端因素，并针对指标需求对源端各项影响因素指标进行合理分配，最终形成吸收型谱线导航目标源的遴选准则。

发明内容

针对上述技术需求，本发明提供了一种以非对称空间外差式干涉测速为目的的吸收型谱线目标源遴选方法，该方法适用于利用非对称空间外差式干涉测速导航方法的深空及近地航天器设计。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：一种吸收型谱线目标源遴选方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在深空探测任务背景下开展天文导航任务的需求分析，结合导航指标需求，在非对称空间外差式干涉测速方法体系下完成针对导航目标源的误差指标分配；

S2、查阅参考星库，粗选出部分吸收型备选体，按照天区方位分布、备选体辐射通量、备选体特征谱线带宽、备选体特征谱线线宽、备选体特征谱线线心频点、备选体特征谱线吸收深度、备选体特征谱线隔离度及备选体特征谱线稳定性开展遴选；

S3、待各指标完成测量及统计后，给出综合指标遴选结论，与非对称空间外差式干涉测速方法精度分配指标进行比对，若能满足则确定为可用导航目标源，若不满足则更换目标源天体开展新一轮遴选。

进一步地，所述步骤S2具体包括如下步骤：

S21、在步骤1基础上，根据测速导航系统目标源观测条件及特点，在同一时刻开展空间三个以上备选体的观测，并据此观测方程完成状态的求解；三个备选体于航天器本体参考坐标系下的方位矢为两两正交；

S22、对于初步遴选出的备选体，从能量感知角度对其辐射通量进行分析，以匹配测速精度指标所对应的信噪比要求；

S23、考虑如何备选体辐射信号特点，重点考察系统信噪比指标对输入信号的需求，兼顾干涉系统信号质量对入射带宽的限制，完成辐射信号带宽的遴选，匹配系统测速精度指标；

S24、基于非对称空间外差干涉测速原理，分析比较吸收谱线廓形对干涉条纹质量的影响；其中，对于谱线线宽的需求，应采用相同条件下窄线宽为首选条件，以获得更优的相干长度，提升测速精度；

S25、依据干涉图像所加载的多普勒相移量与备选体特征吸收谱线频点关系，对其具***置进行选择；较高的波数(频点波长的倒数)将对应较高的测速精度。

S26、考察备选体特征吸收谱线的吸收深度；吸收深度越高，则吸收谱线廓线特征越明显，所对应的干涉条纹相干长度越长，越有利于测速精度的提升；

S27、兼顾信噪比与干涉图像质量，考察备选体线宽范围内多吸收线的情况；谱线间隔离度(波数间隔)越大，特征越明显，所对应的干涉条纹相干长度越长，越有利于测速精度的提升。

S28、对吸收型备选体谱线物理特征进行筛选分析。结合工程应用背景，仪器的时间稳定性表现严格认定。上述6个步骤所涉及参数的稳定性表现是遴选并最终确定非对称空间外差式干涉测速吸收型导航目标源及其特征谱线的重要因素。

本发明所提出的一种以非对称空间外差式干涉测速为目的的吸收型谱线目标源遴选方法，充分遵循自然天体存在及运行的客观性，以实际工程任务为牵引，在可开展遴选的范围内按照误差最小思路进行择优。本方法可作为非对称空间外差式干涉测速导航系统全过程误差控制的首要组成部分。

本发明原理清晰，过程明确，是以深空探测任务为背景的航天器新型天文自主导航方法的重要组成部分，与工程应用需求及实现过程密切结合，增强了开展非对称空间外差式干涉测速导航系统设计的可行性及指导性，规避了系统设计的颠覆性，具有广泛且重要的实际意义。

与现有的其他天文自主导航方法针对目标源的遴选要求相比，本发明具备如下特点和优势：本发明基于光波的Doppler效应，通过测量航天器与导航目标源间相对运动所引起的谱线移动量，解算获得航天器与导航目标源间相对速度，是该测速导航方法实施的基本前提。同时，本发明密切结合天体辐射实际特性，面对吸收线作为备选体特征谱线存在的普遍性，对天文测速自主导航方法的工程实施提供了直接参考。

本发明提出以后，将有力地促进以吸收型目标源谱线作为测量对象的新型测速导航方法的实验研究及工程研制，是开展深空探测导航工作必不可少的过程和要求，将填补国际及国内在天文测速导航方案实施过程中的技术空白。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种以非对称空间外差式干涉测速为目的的吸收型谱线目标源遴选方法，包括如下步骤：

S1、在深空探测任务背景下开展天文导航任务的需求分析，结合导航指标需求，在非对称空间外差式干涉测速方法体系下完成针对导航目标源的误差指标分配。

S2、查阅参考星库，粗选出部分吸收型备选体，按照天区方位分布、备选体辐射通量、备选体特征谱线带宽、备选体特征谱线线宽、备选体特征谱线线心频点、备选体特征谱线吸收深度、备选体特征谱线隔离度及备选体特征谱线稳定性开展遴选。

S3、待各指标完成测量及统计后，给出综合指标遴选结论，与非对称空间外差式干涉测速方法精度分配指标进行比对，若能满足则确定为可用导航目标源，若不满足则更换目标源天体开展新一轮遴选。

其中，对于步骤S2中针对目标源天体物理特性的遴选原则如下：

1)天区方位分布：在相对运动速度测速精度存在测量误差的情况下，为了通过观测方程解算获得航天器运行速度误差控制在最低，三个导航目标源于航天器本体参考坐标系下的方位矢为两两正交；

2)备选体辐射通量：由于非对称空间外差式干涉测速方法属于能量探测方法，系统信噪比将作为重要指标加以控制。由此，在观测时间一定，系统更新率保证的前提下，备选体辐射通量应取其高值为遴选要求；

3)备选体特征谱线带宽：

由于恒星吸收谱线普遍存在，发射谱线较难获得的客观现实，需要加强对吸收谱线线型及其主要参数的分析。在备选体辐射通量一定的情况下，适当增大谱线带宽可有效提升系统的信噪比，但是宽带会带来干涉图像相干长度劣化，因此需要权衡。在信噪比阈值范围内，带宽不宜取得过高。

4)备选体特征谱线线宽：

根据恒星辐射谱生成机制及谱线致宽机理，其连续谱中吸收谱线线型普遍存在且高斯线型占绝大多数。因此需要在归一化条件下，研究高线线型函数与线宽及线心频点的关系。在暂不考虑其他物理参量情况下，分析可知窄线宽较之宽线宽对于干涉图像品质更有利。

5)备选体特征谱线线心频点：

根据非对称空间外差式干涉测速方法，线心频点位置与测速精度关系，在以高斯线型作为线型特征，暂不考虑其他物理参量情况下，可知线心频点波数较高时，对于干涉图像的品质更有利。

6)备选体特征谱线吸收深度；

根据非对称空间外差式干涉测速方法，在以高斯线型作为线型特征，暂不考虑其他物理参量情况下，可知更深的吸收深度对于干涉图像的品质更有利，同时需考虑吸收深度增大对能量削弱的影响，进行响应补偿调整。

7)备选体特征谱线隔离度；

谱线隔离度是基于一定带宽内存在多根吸收谱线的形态。在以高斯线型作为线型特征，暂不考虑其他物理参量情况下，可知谱线的频率隔离度越高对于干涉图像的品质更有利。

8)备选体特征谱线稳定性：作为测量仪器，系统内外参数的时变特性及稳定性需要控制一定的范围以保证相对速度测量的精度及有效性。对于备选体的遴选从工程角度提出了具体要求，宜选择表现更为稳定的特征谱线作为遴选对象。

本发明直观实现了以非对称空间外差式干涉测速为目标的吸收型目标源遴选方法，可在系统论证过程中为系统参数的最终确定及测速精度的保证提供参考和输入，满足系统设计所需前后端参数匹配及在轨适应性。

实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。