CN107766291B - 一种获取甚长基线干涉测量中残余时延的方法及计算机设备 - Google Patents

一种获取甚长基线干涉测量中残余时延的方法及计算机设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种获取甚长基线干涉测量中残余时延的方法及计算机设备，该方法包括：获取甚长基线干涉测量VLBI相关处理机对输入的信号数据进行处理时得到的N个初始子积分功率谱、初始残余时延和初始残余时延率；根据信号数据、初始残余时延和初始残余时延率获取每个初始子积分功率谱对应的修正子积分功率谱；对获取的所有修正子积分功率谱进行相干积分，获取修正积分周期功率谱；根据修正积分周期功率，确定VLBI中的残余时延。本发明通过利用相关处理过程中存留的子积分功率谱，进行单一的相位修正、相干积分处理得到相位修正的积分周期功率谱，进而获取残余时延，从而提升了获取残余时延时的数据处理效率。

Description

一种获取甚长基线干涉测量中残余时延的方法及计算机设备
技术领域
本发明涉及天文、地学领域，尤其涉及一种获取甚长基线干涉测量中残余时延的方法及计算机设备。
背景技术
甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry，VLBI)技术广泛应用于深空探测器导航测轨以及空间大地测量。
在VLBI数据处理过程需要利用先验时延模型作为相关处理的辅助信息，时延模型包括由测站站址和目标位置计算出的几何时延，测站钟差，传播介质时延，以及系统链路时延等先验信息。由于受限于目标先验信息的精度，特别是系统链路时延的不可预知性，造成先验引导模型的精度有限，通常会表现为获取的单通道干涉相位存在若干整周期相位模糊，造成相关后处理计算得到的残余时延、残余时延率观测量精度恶化。
针对上述整周相位模糊的缺陷，现有技术中常规处理方法为：基于相关处理获取的干涉条纹，计算残余时延观测量，将残余时延观测量叠加到相关处理模型，应用更新后的相关处理引导模型，重新进行相关处理计算；常规处理方法效率较低,相当于进行了2次相关处理计算，特别是对面向大地测量应用的多天线VLBI观测，严重制约了数据处理的效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的数据处理效率低的缺陷，提供一种获取甚长基线干涉测量中残余时延的方法及计算机设备。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种获取甚长基线干涉测量中残余时延的方法，包括：
步骤1、获取甚长基线干涉测量VLBI相关处理机对输入的信号数据进行处理时得到的N个初始子积分功率谱、初始残余时延和初始残余时延率，其中N为大于1的整数；
步骤2、根据所述信号数据、所述初始残余时延和所述初始残余时延率获取每个初始子积分功率谱对应的修正子积分功率谱；
步骤3、对获取的所有修正子积分功率谱进行相干积分，获取修正积分周期功率谱；
步骤4、根据所述修正积分周期功率，获取VLBI中的残余时延。
采用上述方案的有益效果是：本方案通过利用相关处理过程中存留的子积分功率谱，进行单一的相位修正、相干积分处理得到相位修正的积分周期功率谱，进而获取残余时延，从而提升了获取残余时延时的数据处理效率。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，在步骤1中，获取的所述N个初始子积分功率谱在一个积分周期内。
进一步地，在步骤2中，所述信号数据中携带有信号频率、参考频率、子积分周期时间，则步骤2包括：
根据所述信号数据、所述初始残余时延和所述初始残余时延率获取每个所述初始子积分功率谱的相位修正角；
根据所述相位修正角获取对应的所述修正子积分功率谱。
进一步地，所述相位修正角具体根据以下公式获取：
Figure GDA0002637729830000021
i在0，1…N-1中任取一值；
其中，θi为相位修正角，f为信号频率，fref为参考频率，T为子积分周期时间，τ为初始残余时延，
Figure GDA0002637729830000022
为初始残余时延率。
进一步地，所述修正子积分功率谱具体通过以下公式获取：
Fi'(f)＝Fi(f)·exp{-j2πθi}；
其中，Fi(f)为初始子积分功率谱，i为初始子积分功率谱序号，i在0，1…N-1中任取一值，Fi'(f)为修正后的子积分功率谱。
采用上述进一步方案的有益效果是：本方案通过信号数据、初始残余时延、初始残余时延率获取初始子积分功率谱的相位修正角，确定对应的修正子积分功率谱，优化了初始子积分功率谱。
进一步地，在步骤3中，所述修正积分周期功率谱具体通过以下公式获取：
Figure GDA0002637729830000031
F(f)为修正积分周期功率谱。
采用上述进一步方案的有益效果是：本方案通过将修正后的子积分功率谱代入公式，进而优化了积分周期功率谱。
进一步地，在步骤4中，包括：对所述积分周期功率谱的干涉相位进行最小二乘拟合，确定所述VLBI中的残余时延。
采用上述进一步方案的有益效果是：本方案通过最小二乘拟合方法，解算出了甚长基线干涉测量中的残余时延。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种计算机设备，包括处理器和存储器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述计算机程序，以实现上述各技术方案所述的方法。
本发明的有益效果是：本系统方案通过存储器存储第一个技术方案的程序，使处理器执行这些程序。提高了获取残余时延时的数据处理效率。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种获取VLBI中残余时延的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种获取修正子积分功率谱示意图；
图3为本发明实施例提供的采用现有技术方案获取的干涉条纹示意图；
图4为本发明实施例提供的采用本发明方案获取的干涉条纹示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一、如图1给出了本发明实施例提供的一种获取VLBI中残余时延的流程示意图，该方法包括以下步骤：
S101，获取甚长基线干涉测量VLBI相关处理机对输入的信号数据进行处理时得到的N个初始子积分功率谱、初始残余时延和初始残余时延率，其中N为大于1的整数。
S102，根据所述信号数据、所述初始残余时延和所述初始残余时延率获取每个初始子积分功率谱对应的修正子积分功率谱。
S103，对获取的所有修正子积分功率谱进行相干积分，获取修正积分周期功率谱。
S104，根据所述修正积分周期功率，获取VLBI中的残余时延。
上述步骤中，本方案采用两台相关处理机接收到信号进行处理，在相关处理过程中会存储子积分功率谱信号数据，此处子积分功率谱数据是初始的未经处理的，这里命名初始子积分功率谱，本步骤就是充分利用这些存储的子积分功率谱，为了更准确的提高残余时延的精度，获取一个积分周期内的初始子积分功率谱。并且在经过相关处理机初次相关处理得到初始残余时延和初始残余时延率。此处的始残余时延和初始残余时延率也是未经过处理后的，且初始残余时延和初始残余时延率正是本方案中要解算的，这就是现有技术中提到的单通道干涉相位存在若干整周期相位模糊造成相关后处理计算得到的残余时延和残余时延率。
尽管通过步骤S103本发明已经计算出修正积分周期功率谱，但仍需对修正积分周期功率谱进行处理，才可获取到本方案要解算的残余时延。
在本方案中，上述处理采用对所述积分周期功率谱的干涉相位进行最小二乘拟合的方式，确定所述VLBI中的残余时延。
需要注意的是，最小二乘拟合过程，F(f)的幅值即为Y，信号频率f为X，根据X、Y值最小二乘拟合求取残余时延。
与现有技术相比，本申请方案的有益效果是：
1、本方案避免了应用更新的时延模型进行二次相关处理计算。
2、本方案只采用单一的相位修正、相干积分计算，计算效率明显提升。
实施例二、在实施例一的步骤2中，可选地，如图2给出了本发明实施例提供的一种获取修正子积分功率谱的示意图。
S1021、根据信号数据、初始残余时延和初始残余时延率获取每个初始子积分功率谱的相位修正角。
在上述步骤中，初始残余时延和初始残余时延率获取方式详见实施例一，该信号数据中携带有信号频率、参考频率、子积分周期时间。
另外对N个初始子积分功率谱逐次计算相位修正角θi。
相位修正角具体根据以下公式获取，如公式1：
Figure GDA0002637729830000051
其中，i在0，1…N-1中任取一值，θi为相位修正角，f为信号频率，fref为参考频率，T为子积分周期时间(单位为秒)，τ为初始残余时延，
Figure GDA0002637729830000061
为初始残余时延率。
也就是说信号频率、参考频率、子积分周期时间、初始残余时延和初始残余时延率通过上述公式处理后求取得到每个子积分功率谱的相位修正角θi。
S1022、根据每个所述相位修正角获取对应的所述修正子积分功率谱。
此处修正子积分功率谱可以应用相位修正角θi逐次修正得到，具体通过下面的公式获取，如公式2：
Fi'(f)＝Fi(f)·exp{-j2πθi} 公式2
其中，Fi(f)为初始子积分功率谱，i为初始子积分功率谱序号，i在0，1…N-1中任取一值，Fi'(f)为修正后的子积分功率谱。
可选地，针对S1022步骤中获取到的N个修正后的子积分功率谱，对其进行相干积分以获取修正积分周期功率。
所述修正积分周期功率谱具体通过以下公式获取，如公式3：
Figure GDA0002637729830000062
其中，F(f)为修正积分周期功率谱。
上述公式对修正子积分功率谱进行叠加的方式就是进行相干积分过程。
与现有技术相比，本方案的有益效果是：本方案只采用单一的相位修正、相干积分计算，计算效率明显提升。
实施例三、本发明实施例提供的一种计算机设备，该系统包括处理器和存储器。该存储器用于存储计算机程序；该处理器用于执行所述计算机程序，以实现实施例一、二中的步骤。
在该实施例中，当上述计算机设备接收到数据信号后，计算机设备进行初次相关处理后，采集初始子积分功率谱、初始残余时延、初始时延残余率，计算机设备内部处理器对初始子积分功率谱、初始残余时延、初始时延残余率进行运算，该运算过程可见实施例一、二，最终得到优化后的残余时延。
上述实施例，通过在存储器中存储一些执行实施例一、二的指令，使数据处理效率明显提升。
为了更清楚的了解本方案与现有技术方案的差异，本发明通过以下试验数据进行分析。
表1为实验数据信息。
参数 量值
采样率 4MHz
信噪比 40dB
理论时延 1ms
理论时延率 1ps/s
引导模型时延 999100ns
表1
在进行该实验时，本方案采用在同一计算机上，首先应用了现有技术方案中更新引导模型，迭代相关处理的方法。然后应用了本方案的基于子积分功率谱修正的方法。先后通过处理两种方法以获取数据。具体实验结果如表2所示。
Figure GDA0002637729830000071
表2
另外本申请通过试验获取到采用现有技术方案获取的干涉条纹图示例和采用本方案获取的干涉条纹图示例，详见图3和图4。
通过以上试验数据分析现有技术和本技术方案，可以清楚看出：
1、两者的干涉条纹图几乎相同，无明显差异。
2、采用现有技术方案数据处理的时间明显高于本方案数据处理时间。本发明数据处理效率改进了接近2个量级。
在试验中，本申请依据理论公式，如公式4所示，获取时延残余观测量理论值。
Figure GDA0002637729830000081
另外通过时延残余观测量理论值获取残余时延理论可信度为0.9，本试验采用现有技术方案和本发明方案，获取到的处理结果均落于观测量置信区间，两者的精度相当。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种获取甚长基线干涉测量中残余时延的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、获取甚长基线干涉测量VLBI相关处理机对输入的信号数据进行处理时得到的N个初始子积分功率谱、初始残余时延和初始残余时延率，其中N为大于1的整数；
步骤2、根据所述信号数据、所述初始残余时延和所述初始残余时延率获取每个初始子积分功率谱对应的修正子积分功率谱；
在步骤2中，所述信号数据中携带有信号频率、参考频率和子积分周期时间，则步骤2包括：
根据所述信号数据、所述初始残余时延和所述初始残余时延率获取每个所述初始子积分功率谱的相位修正角；
所述相位修正角具体根据以下公式获取：
Figure FDA0002637729820000011
i在0，1…N-1中任取一值；
其中，θi为相位修正角，f为信号频率，fref为参考频率，T为子积分周期时间，τ为初始残余时延，
Figure FDA0002637729820000012
为初始残余时延率；
根据每个所述相位修正角获取对应的所述修正子积分功率谱；
所述修正子积分功率谱具体通过以下公式获取：
Fi'(f)＝Fi(f)·exp{-j2πθi}；
其中，Fi(f)为初始子积分功率谱，i为初始子积分功率谱序号，i在0，1…N-1中任取一值，Fi'(f)为修正后的子积分功率谱；
步骤3、对获取的所有修正子积分功率谱进行相干积分，获取修正积分周期功率谱；
步骤4、根据所述修正积分周期功率，获取VLBI中的残余时延。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，
获取的所述N个初始子积分功率谱在一个积分周期内。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3中，
所述修正积分周期功率谱具体通过以下公式获取：
Figure FDA0002637729820000021
F(f)为修正积分周期功率谱。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在步骤4中，包括：
对所述积分周期功率谱的干涉相位进行最小二乘拟合，获取所述VLBI中的残余时延。
5.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述计算机程序，以实现权利要求1-4中任一项所述的方法。
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