專利名稱：基于決策信息融合的x射線脈沖星微弱信號檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多傳感器決策信息融合領(lǐng)域，具體涉及一種基于決策信息融合理論的X射線脈沖星微弱信號檢測方法。
背景技術(shù)：
X射線脈沖星是一種具有超高溫、超高壓、超強(qiáng)磁場和超高穩(wěn)定周期的中子星，X射線脈沖星(XP: X-ray Pulsar)以其抗干擾能力強(qiáng),可靠性高的特點(diǎn),在天文自主導(dǎo)航領(lǐng)域，具有極大的研究價值和應(yīng)用潛力。針對X射線脈沖星的應(yīng)用，必須進(jìn)行針對X射線脈沖星信號的脈沖輪廓捕獲，通常使用安裝在航天器上的X射線探測器，對脈沖星輻射的X射線光子進(jìn)行探測，然后通過多周期累積形成脈沖星的脈沖輪廓，從而完成對X脈沖星信號脈沖輪廓的捕獲。
現(xiàn)有方法存在的問題在于由于脈沖星信號通過長時間遠(yuǎn)距離傳輸會受到背景噪聲的嚴(yán)重干擾，其信噪比很低，為了能夠有效的捕獲其脈沖輪廓，降低背景噪聲的干擾，通常需要對成百個探測器觀測到的光子進(jìn)行上千個周期的積累，同時還要加入其他一些可以降低噪聲干擾的輔助算法；同時考慮到在自主導(dǎo)航條件下，通常要求對脈沖輪廓進(jìn)行實(shí)時捕獲，這就要求信號處理系統(tǒng)需要同時具備很大的存儲空間和極高的處理速度，整個系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)代價高昂。要解決上述問題就需要提高針對脈沖星光子的檢測性能，而近些年來受到廣泛那就的決策信息融合理論為實(shí)現(xiàn)這一目的提供了良好的解決思路，這是因?yàn)橥ㄟ^決策信息融合可以有效的對不同探測器所探測到的結(jié)果的加以融合處理，通過一定的融合手段，較好的降低背景噪聲對脈沖星信號的影響，提高對脈沖星光子的檢測性能，在與傳統(tǒng)方法相當(dāng)?shù)募夹g(shù)條件情況下，相對于傳統(tǒng)脈沖輪廓捕獲方法，顯著降低脈沖輪廓捕獲所需的累積周期，降低信號處理對系統(tǒng)的存儲空間和處理速度的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供一種解決現(xiàn)有的脈沖星信號處理方法存在的積累周期長、存儲空間大、處理能力要求高的缺點(diǎn)，可以用較少的積累周期獲得與原有方法相同的脈沖星信號脈沖輪廓的基于決策信息融合理論的X射線脈沖星微弱信號檢測方法。為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案
一種基于決策信息融合理論的X射線脈沖星微弱信號檢測方法，其特殊之處在于通過選擇光子探測時間區(qū)間，將各個光子探測器針對光子的探測活動抽象為一個二值化問題，即光子是否到達(dá)，然后使用決策信息融合規(guī)則對各個光子探測器得到的光子是否到達(dá)的二值化結(jié)論進(jìn)行融合處理，最終得到脈沖星光子是否到達(dá)的全局結(jié)論，最終對不同時間區(qū)間的上述全局結(jié)論進(jìn)行積累，最終得到脈沖星信號的脈沖輪廓。上述的檢測方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)
(I)、通過給定時間間隔內(nèi)，X射線光子到達(dá)個數(shù)的概率密度函數(shù)，確定X射線探測器組觀測X射線光子到達(dá)的觀測間隔時間；
(2)、通過決策信息融合方法有效處理X射線探測器組觀測到的X射線光子到達(dá)事件的決策信息并最終確定X射線脈沖星光子是否到達(dá)的全局決策；
(3)根據(jù)步驟(I)已確定的觀測間隔時間，使用X射線探測器組對X射線光子進(jìn)行觀測，并將獲得的觀測數(shù)據(jù)存儲在采樣存儲器中；
(4)將采樣存儲器中的觀測數(shù)據(jù)，使用決策信息融合方法獲取X射線脈沖星光子到達(dá)時間的全局決策信息。上述的觀測間隔時間通過以下方法確定
在任意時間段內(nèi)，檢測器接收到t個光子的概率服從非齊次泊松過程
(Itl (, 、⑴
其中，>0是NHPP的時變速率函數(shù)，表示光子到達(dá)的瞬時流量，其表達(dá)式為
= p(i) (2)
巧和Jr分別為脈沖星方向上光子輻射流量和背景輻射流量，MO為歸一化的累積脈
沖輪廓，根據(jù)式(I)可以假設(shè)，當(dāng)時間段(Gt)取得足夠小的時候，則檢測器接收到I個光子
或沒有接收到光子的概率和將趨近于1，把檢測器的檢測結(jié)果簡單的歸納為二值化的決策，即接收到光子或是沒有接收到光子。上述的根據(jù)(I)式假設(shè)當(dāng)時間段取得足夠小的時候，則檢測器接收到I個
光子或沒有接收到光子的概率和將趨近于1，把檢測器的檢測結(jié)果簡單的歸納為二值化的決策，即接收到光子或是沒有接收到光子，根據(jù)相應(yīng)的稀疏度確定隨機(jī)稀疏采樣的平均頻率。上述的決策信息融合方法的確定方法為在對光子到達(dá)時間進(jìn)行二值化處理后，若存在ΛΖ個X射線探測器同時進(jìn)行檢測，則可以使用這些檢測器共同構(gòu)成一個典型的分布式?jīng)Q策信息融合系統(tǒng)；存在有脈沖星光子到達(dá)而沒接收到，或是沒有脈沖星光子到達(dá)而誤認(rèn)為檢測到，將上述兩種情況使用概率來表示，則任意檢測器SCs=I, 2，…N)的上述兩種情況下的概率分別為1-/\和/、，和/%分別代表檢測器的發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率，在進(jìn)行決策信息融合處理時，使用表決決策信息融合規(guī)則，即A/#決策信息融合規(guī)則，其定義為在#個檢測器中若有A個接收到光子則最終認(rèn)為接收到了脈沖星的光子，則整個系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率可以表示為
τα ..... I IJ η π — Π — I* ΛΛ
iIiO ―1 Λ' 1ιΙ2 - '- —I* 1Ol)
+VQIPl (3)
權(quán)利要求
1.一種基于決策信息融合理論的X射線脈沖星微弱信號檢測方法，其特征在于通過選擇光子探測時間區(qū)間，將各個光子探測器針對光子的探測活動抽象為一個二值化問題，即光子是否到達(dá)，然后使用決策信息融合規(guī)則對各個光子探測器得到的光子是否到達(dá)的二值化結(jié)論進(jìn)行融合處理，最終得到脈沖星光子是否到達(dá)的全局結(jié)論，最終對不同時間區(qū)間的上述全局結(jié)論進(jìn)行積累，最終得到脈沖星信號的脈沖輪廓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于決策信息融合理論的X射線脈沖星微弱信號檢測方法，其特征在于所述的檢測方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn) (1)、通過給定時間間隔內(nèi)，X射線光子到達(dá)個數(shù)的概率密度函數(shù)，確定X射線探測器組觀測X射線光子到達(dá)的觀測間隔時間； (2)、通過決策信息融合方法有效處理X射線探測器組觀測到的X射線光子到達(dá)事件的決策信息并最終確定X射線脈沖星光子是否到達(dá)的全局決策； (3)根據(jù)步驟(I)已確定的觀測間隔時間，使用X射線探測器組對X射線光子進(jìn)行觀測，并將獲得的觀測數(shù)據(jù)存儲在采樣存儲器中； (4)將采樣存儲器中的觀測數(shù)據(jù)，使用決策信息融合方法獲取X射線脈沖星光子到達(dá)時間的全局決策信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于決策信息融合理論的X射線脈沖星微弱信號檢測方法，其特征在于所述的觀測間隔時間通過以下方法確定 在任意時間段(％ )內(nèi)，檢測器接收到個光子的概率服從非齊次泊松過程 辦從)]= ((r) atpKiH⑴ 其中，_>0是NHPP的時變速率函數(shù)，表示光子到達(dá)的瞬時流量，其表達(dá)式為 A{i} = Bx+(Fx BT) p{t)(2) 巧和鳥分別為脈沖星方向上光子輻射流量和背景輻射流量，PiO為歸一化的累積脈沖輪廓，根據(jù)式(I)可以假設(shè)，當(dāng)時間段(匕4)取得足夠小的時候，則檢測器接收到I個光子或沒有接收到光子的概率和將趨近于1，把檢測器的檢測結(jié)果簡單的歸納為二值化的決策，即接收到光子或是沒有接收到光子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于決策信息融合理論的X射線脈沖星微弱信號檢測方法，其特征在于所述的根據(jù)(I)式假設(shè)當(dāng)時間段CMf)取得足夠小的時候，則檢測器接收到I個光子或沒有接收到光子的概率和將趨近于1，把檢測器的檢測結(jié)果簡單的歸納為二值化的決策，即接收到光子或是沒有接收到光子，根據(jù)相應(yīng)的稀疏度確定隨機(jī)稀疏采樣的平均頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于決策信息融合理論的X射線脈沖星微弱信號檢測方法，其特征在于所述的決策信息融合方法的確定方法為在對光子到達(dá)時間進(jìn)行二值化處理后，若存在#個X射線探測器同時進(jìn)行檢測，則可以使用這些檢測器共同構(gòu)成一個典型的分布式?jīng)Q策信息融合系統(tǒng)；存在有脈沖星光子到達(dá)而沒接收到，或是沒有脈沖星光子到達(dá)而誤認(rèn)為檢測到，將上述兩種情況使用概率來表示，則任意檢測器·5(5=1，2，…AO的上述兩種情況下的概率分別為1-/\和/、，和/%分別代表檢測器的發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率，在進(jìn)行決策信息融合處理時，使用表決決策信息融合規(guī)則，即々/#決策信息融合規(guī)則，其定義為在#個檢測器中若有A個接收到光子則最終認(rèn)為接收到了脈沖星的光子，則整個系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率可以表示為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于決策信息融合理論的X射線脈沖星微弱信號檢測方法。本發(fā)明通過選擇光子探測時間區(qū)間，將各個光子探測器針對光子的探測活動抽象為一個二值化問題，即光子是否到達(dá)，然后使用決策信息融合規(guī)則對各個光子探測器得到的光子是否到達(dá)的二值化結(jié)論進(jìn)行融合處理，最終得到脈沖星光子是否到達(dá)的全局結(jié)論，最終對不同時間區(qū)間的上述全局結(jié)論進(jìn)行積累，最終得到脈沖星信號的脈沖輪廓。本發(fā)明提高了對光子到達(dá)事件的觀測準(zhǔn)確性，降低了噪聲對信號的影響，有助于使用更少的觀測周期完成對X射線脈沖星脈沖輪廓的積累。
文檔編號G01C21/02GK102829780SQ201210312838
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者袁曉光, 蘇哲, 何曉川, 馮冬竹, 許錄平 申請人:西安電子科技大學(xué)