基于循环平稳信号相干统计量的脉冲星周期估计新方法

讨论了脉冲星的周期估计在脉冲星搜索中的重要性.将脉冲星观测信号建模为二阶循环平稳模型,仿真验证了其合理性.在此基础上,提出了一种基于双谱相干统计量的周期估计新方法,并给出了稳健有效的周期搜索策略以消除其对数据量的敏感性.分别对单脉冲脉冲星(PSR J0437-4715)的实测信号和双脉冲脉冲星(PSR B1821-24)的仿真信号进行了周期估计,实验表明,相比较于常用的傅里叶频谱法,该时域方法直观、有效,在低信噪比情况下仍具有很好的性能,且适用于非连续观测数据.尽管方法运算量较大,但仍然可为微弱脉冲星的周 关键词： 脉冲星 脉冲星搜索 周期估计 循环平稳信号     

基于TOA信息的脉冲星信号周期估计方法

针对脉冲星信号周期估计需逐步搜索、计算量大等问题,提出脉冲星信号周期直接估计算法.根据周期不确定误差对时域上脉冲到达时间(Pulse Time of Arrival,TOA)估计方法的影响,推导了基于TOA信息的脉冲星信号周期估计方法的数学模型.该方法将一组观测到的脉冲光子到达时间序列(Photon Time of Arrivals,TOAs)进行等时间间隔分段,在时域上对每段TOAs进行相位估计获得相应的TOA信息,并根据建立的TOA信息与周期误差的关系采用最小二乘原理估计脉冲星信号周期.对周期准确性的评价不同于传统的依赖折叠轮廓的好坏,而是以TOA与时间图像的斜率作为依据,这一依据更直观、易于理解.理论分析与物理、计算机仿真数据结果表明,本文所提的周期估计方法能够根据短时间脉冲光子到达时间序列获得高精度和高分辨率的脉冲信号周期,有利于X射线脉冲星导航的工程应用.     

基于TOA信息的脉冲星信号周期估计方法（英文）

针对脉冲星信号周期估计需逐步搜索、计算量大等问题,提出脉冲星信号周期直接估计算法.根据周期不确定误差对时域上脉冲到达时间(Pulse Time of Arrival,TOA)估计方法的影响,推导了基于TOA信息的脉冲星信号周期估计方法的数学模型.该方法将一组观测到的脉冲光子到达时间序列(Photon Time of Arrivals,TOAs)进行等时间间隔分段,在时域上对每段TOAs进行相位估计获得相应的TOA信息,并根据建立的TOA信息与周期误差的关系采用最小二乘原理估计脉冲星信号周期.对周期准确性的评价不同于传统的依赖折叠轮廓的好坏,而是以TOA与时间图像的斜率作为依据,这一依据更直观、易于理解.理论分析与物理、计算机仿真数据结果表明,本文所提的周期估计方法能够根据短时间脉冲光子到达时间序列获得高精度和高分辨率的脉冲信号周期,有利于X射线脉冲星导航的工程应用.     

基于Bayesian估计的X射线脉冲星微弱信号检测

累积轮廓、流量和周期是X射线脉冲星辐射信号的三个重要特征,将其应用于X射线脉冲星信号检测中,提出了一种基于Bayesian估计的X射线脉冲星周期辐射信号时域检测方法.该方法以非脉冲区噪声观测为先验知识,利用X射线脉冲星辐射信号的泊松分布模型推导了信号概率密度分布函数,以该函数的累积分布函数为判据,对X射线脉冲星微弱信号进行检测,并提取位相偏移量.利用仿真数据和RXTE卫星的实测数据进行实验验证,结果表明:本文方法性能优于同类的基于高斯分布模型的检测方法,在检测信号的同时能在一定精度下给出信号位相偏移值. 关键词： 脉冲星 Bayesian估计 位相测量 时域检测     

多谐波脉冲星信号时延估计方法

针对脉冲星导航技术中延时估计这一关键问题, 提出了频域上直接使用脉冲星信号测量到达时间集合进行时延估计的方法——多谐波脉冲星信号时延估计(MHSPE)方法. 该方法建立在频域上相位时延的极大似然估计的基础上, 通过高次谐波对脉冲星观测信号提取出各谐波相位的极大似然估计, 然后取频谱上各谐波的幅值进行归一化作为各谐波相位的权值, 最后取各谐波相位的加权平均作为该时刻的相位估计. 理论上证得MHSPE算法对相位的估计是无偏、一致的, 相比于频域上一次谐波的极大似然估计, MHSPE方法的信噪比随谐波数m的增加而增加, 当各谐波幅值相同时, 信噪比可提高m_1/2倍; 与脉冲星信号时延的克拉美罗界比较, 脉冲星信号时域的导数在频域上的反映就是各谐波分量的数量, 因此随着谐波次数的增加脉冲星信号时延估计可极大趋近克拉美罗界. 采用RXTE航天器对Crab脉冲星的实测数据检验MHSPE方法的性能, 实验结果表明, 针对低信噪比的脉冲星信号, MHSPE可获得高精度的相位估计, 随观测时间增加, 估计精度快速收敛于克拉美罗界.     

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.     

非等间隔计时数据的X射线脉冲星周期快速搜索算法

利用X射线脉冲星信号的计时信息实现航天器深空导航具有重要意义,精确的时间模型(周期及周期导数)是获得高精度自主导航的基础.针对X射线光子并非等间隔地到达探测器的特点,在对比分析两种非等间隔数据处理方法(x2量评估方法和Lomb算法)的基础上,提出了用Lomb算法估计脉冲星周期初值,进一步使用x2量评估方法精化周期值的方法.同时运用快速傅里叶变换算法的思想对Lomb算法进行改进,较大地提高了程序的运算效率.最后利用X射线源仿真系统的计时数据对算法进行试验分析,搜索出准确的脉冲星周期和折叠出正确的脉冲轮廓.     

X射线脉冲星自主导航的观测方程

在分析脉冲时间相位模型(pulse timing model)的意义和研究已有观测方程结论的基础上, 对脉冲到达时间(TOA)所含各种效应进行了解析,推导建立了一阶后牛顿近似下光子到达时间转换方程, 与一些作者的结果进行比较讨论; 同时推导出航天器在三种类型轨道下质心坐标时与航天器原时转换公式. 通过程序实现了推导的观测方程对X射线脉冲星空间观测数据处理的功能, 并利用RXTE卫星观测数据进行验算,搜索出正确的脉冲星周期, 折叠出准确的脉冲轮廓,验证了本文观测方程的正确性, 并与Heasoft软件计算结果进行对比分析, 最后分析了脉冲星位置误差与行星历表误差对数据处理的影响. 关键词： 太阳系质心 时间相位模型 Crab脉冲星 引力时延     

小样本时皮尔森X2量概率分布的讨论

以高能γ天文数据分析中寻找周期信号的相位折迭法为例,详细研究了小样本时皮尔森X²量的概率分布,指出通常所用的皮尔森X²量分布的渐近表达式低估了大X²量事件的统计涨落概率,给出了严格的计算皮尔森X²量的概率分布式,并讨论了这一修正对超高能γ天文观测结果的影响.同时给出一些蒙特卡罗计算的数值表格,以便实际应用.     

一种基于最优频段的X射线脉冲星累积轮廓时延估计方法

为提高X射线脉冲星导航中累积脉冲轮廓的时间延迟估计精度, 分析了X射线脉冲星累积脉冲轮廓的频谱特性和现有Taylor快速傅立叶变换时延估计算法的缺陷, 提出了一种基于最优频段的累积轮廓时延估计算法, 并通过建立不同信噪比下时延估计误差与所采用频段之间的关系以确定最优频段. 数值及实测数据实验结果表明: 在短时观测或光子流量较小时, 该算法优于常用的近似最大似然 (FAML)、相关 (CC)、最小二乘 (NLS) 及加权最小二乘 (WNLS) 方法; 在观测时间较长或光子流量较大时, 该算法的估计精度与CC及NLS方法相当, 但其运算量低于NLS, FAML 及WNLS方法. 本文所提算法适用于短时观测脉冲轮廓或低流量脉冲星的高精度时延估计.     

Constraints on the kinetic energy of type-Ic supernova explosion from young PSR J1906+0746 in a double neutron star candidate

So far among the nineteen pairs of detected double neutron star (DNS) systems, it is a usual fact that the first-born recycled pulsar is detected, however the youngest DNS system PSR J1906+0746, with the characteristic age of 113 kyr, is one of the three detected DNS as a non-recycled and second-born NS, which is believed to be formed by an electron capture or a low energy ultra-stripped iron core-collapse supernova (SN) explosion. The SN remnant around PSR J1906+0746 is too dim to be observed by optical telescopes, then its x-ray flux limit has been given by Chandra. A reference pulsar PSR J1509-5850 with the young characteristic age of 154 kyr was chosen as an object of comparison, which has an SN remnant observed by Chandra and is believed to be formed by iron core SN explosion. We impose a restriction on the maximum kinetic energy of electron-capture (EC) SN explosion that induces the formation of PSR J1906+0746. The estimated result is (4-8)×10⁵⁰ erg (1 erg=10^-7 J), which is consistent with that of the published simulations of the EC process, i.e., a lower value than that of the conventional iron core SN explosion of (1-2)×10⁵¹ erg. As suggested, EC process for NS formation is pertained to the subluminous type Ic SN by the helium star with ONeMg core, thus for the first time we derived the kinetic energy of EC SN explosion of DNS, which may be reconciled with the recent observation of type Ic SN 2014ft with kinetic energy of 2×10⁵⁰ erg.     

Relaxation phenomena at accelaration of rotation of a spherical vessel with helium II and relaxation in pulsars

Measurements of the rotational speed of the PSR 0833 pulsar in Vela and PSR 0531 in the Crab nebula have shown that after a sudden speed-up of their rotation a considerably long relaxation process is observed. According to Pines [1] it is associated with the neutron star's superfluidity predicted by Migdal [2]. The present paper is devoted to an attempt of modelling these processes observing the relaxation motions of liquid helium after sharp changes in the rotational speed of a spherical vessel filled with superfluid liquid.     

First results of millisecond pulsar 1937+21 timing by TNA-1500 radio telescope of Special Research Bureau of Moscow Power Engineering Institute

Regular timing observations of the millisecond pulsar PSR 1937+21 at a frequency of 610 MHz by means of the TNA-1500 radio telescope with a fully steerable 64-m antenna have begun at the Bear Lakes Radio Observatory of the Special Research Bureau of the Moscow Power Engineering Institute. A 40-channel spectrum analyzer and a system for high-speed recording and acquisition of observation data are connected to a reference clock by means of CAMAC interfaces and an 80286 control computer. The reception band is 1.6 MHz (40 channels of 40 kHz each). The total noise temperature of the system is on the order of 160 K. The signal-to-noise ratio is on the order of 50 for a 30-min observation of the pulsar. The mean-square error of measurement of the pulse arrival time is 400 nsec. Data on pulsar 1937+21 along with timing results for normal reference pulsars PSR 0834+06 and PSR 1919+21 obtained at the Pushino Radio Observatory of the Lebedev Physics Institute over a period of 13 years will be used to construct a pulsar time scale.Scientific-Research Radio-Physics Institute. Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Radiofizika, Vol. 37, No. 11, pp. 1388–1398, November, 1994.     

高稳定度X射线脉冲星信号模拟

X射线脉冲星导航是一种完全自主的导航方式, 在深空乃至行星际空间具有潜在的工程应用价值.由于空间飞行试验系统复杂, 成本巨大, 在实验室环境下高精度地模拟X射线脉冲星信号对数据处理方法和导航方案的验证具有重要意义. 针对当前机械转盘式模拟系统中时间稳定度和轮廓精度的不足, 提出了一种通过产生的轮廓电压信号直接控制可见光光源, 再利用衰减获得光子流, 最后经单光子探测和处理电路输出光子到达时间序列的模拟新方法.该方法实现成本低, 支持任意X射线脉冲星信号的模拟, 且具有高时间稳定度和轮廓精度. 详细地讨论了该方法的原理和涉及的关键技术, 搭建了X射线脉冲星信号模拟系统, 并进行了实验. 实验结果表明: 该系统大幅提高了X射线脉冲星信号的模拟效果, 将模拟脉冲星自转周期的稳定度从现有的10^-4提高到10^-9; 当探测器面积为1 m², 探测能谱范围为2–10 keV, 积分时间为1200 s时, 模拟的PSR B1509-58 观测脉冲轮廓与标准脉冲轮廓的相关系数达到了0.993. 关键词： X 射线光子信号 时间稳定度 观测脉冲轮廓 导航算法     

脉冲星脉冲轮廓累积的最小熵方法

获取脉冲星辐射信号累积轮廓的传统方法是先识别信号周期,再按周期对信号进行折叠累加,这种方法依赖于周期识别的准确性,对累积轮廓质量也无评价标准.本文分析了脉冲星累积轮廓和周期的强相关性,提出了周期未知时直接进行轮廓累积的最小熵方法,并对其进行证明,在此基础上,讨论了该方法在周期识别中的作用.利用仿真数据和RXTE卫星的实测数据实验验证了该方法的有效性. 关键词： 脉冲星 最小熵 累积轮廓 周期识别     

基于S变换的脉冲星辐射脉冲信号检测

为了提高脉冲星辐射脉冲信号的检测速度和在低信噪比下的检测效果, 提出了一种基于S变换的脉冲星辐射脉冲信号检测算法. 文中证明了高斯白噪声S变换域功率谱服从自由度为2的卡方分布, 基于此对累积信号S变换域功率谱进行阈值处理,累加阈值处理后的时频功率谱作为统计量进行检测. 此外阈值处理后的功率谱也可用来测量脉冲星信号的时间延迟. 仿真实验验证了本文算法的有效性,其检测性能优于同类的基于高斯分布模型的检测算法, 同时还可以在一定精度下给出脉冲星信号的时间延迟值. 关键词： 脉冲星 卡方分布 S变换域检测 时延测量