X射线脉冲星频率搜索及计时模型研究

发布时间：2020-03-19 15:47

【摘要】：脉冲星是高速自转的中子星,以稳定的周期辐射脉冲信号,被誉为自然界最稳定的时钟。脉冲星极高的自转稳定性为脉冲星计时的研究创造了条件,根据脉冲星的自转能损机制,可以建立脉冲星的自转减慢模型,即脉冲星计时模型。理想的脉冲星计时模型能准确预测某一时刻下的脉冲星自转频率及相位信息,为X射线脉冲星导航提供准确的相位预报信息。本文针对X射线脉冲星深空导航的需求,研究了X射线脉冲星计时模型的建立方法。在X射线脉冲星计时模型建立的过程中,对于单次观测数据的自转频率搜索是至关重要的一环。本文针对自转频率搜索进行了以下研究,(1)基于RXTE对Crab脉冲星实测数据的?~2检验代价函数中普遍存在的“毛刺”现象做了深入研究。解释了“毛刺”现象的成因,设计了具有“非脉冲星光子TOA特征”的光子TOA序列的仿真方案,仿真结果显示“毛刺”重现率高达77.5%;(2)研究了利用K-T法“中断规则”估计脉冲星光子TOA序列的频域截断点,并进行了仿真实验,结果表明K-T法“中断规则”的估计值与预测值一致,为Z_m~2检验中平滑参数m的选取提供了可靠的参考;(3)本文提出了一种基于FFT的功率谱积分频域搜索算法,对于大流量的观测数据,估计性能与Z_m~2检验相当,并且具有较高的计算效率。计时模型的研究中,首先对X射线脉冲星计时模型建模框架进行了讨论,总结并分析了计时残差中的两类相位跳变现象,给出了相应的跳变消除及无法识别跳变点时的解决方案。然后基于X射线脉冲星实测数据,进行了计时模型建模研究。一方面研究了短期计时模型,利用XPNAV-1对Crab脉冲星约一个月的计时观测数据,提出了一种不依赖于射电初始参数的建模方法;实验结果表明,相较于其它现有模型,本文所建立的模型具有最大的轮廓?~2值,说明在观测区间内此模型是最佳的。另一方面研究了长期计时模型的建模和计时噪声,利用RXTE十五年的观测数据,对脉冲星PSR B1509-58长期计时模型中普遍存在的低频红噪声进行了分析,研究了计时噪声“白化”的方法,并提出了一种利用预“白化”拟合后残差的均方根误差搜索脉冲星位置的方法。
【图文】：

射电望远镜

但积分时间的增加必然导致时间分辨率降低，而对于短周期的脉冲星信号则要求较高的时间分辨率。为了进行高分辨率的观测，可以按周期折叠以提高灵敏度。图2.2 射电望远镜射电信号经射电望远镜的抛物面天线和副反射面反射被溃源吸收，再经前端接收机传输到数字后端对信号进行滤波处理并记录。接收机系统是射电望远镜的核心部分，其决定了脉冲星观测的频段，并负责信号的采集，包括双频接收机、多波束接收机和消色散接收机。多波束接收机用于脉冲星巡天观测，允许同时观测多片天区；双频接收机可以移除由于脉冲星视线改变而产生的依赖于时间的色散延迟；由式(2-4)可以看出，增加观测带宽可以提高灵敏度，而消色散接收机则可以在宽带宽下观测，而不用

射电望远镜

但积分时间的增加必然导致时间分辨率降低，而对于短周期的脉冲星信号则要求较高的时间分辨率。为了进行高分辨率的观测，可以按周期折叠以提高灵敏度。图2.2 射电望远镜射电信号经射电望远镜的抛物面天线和副反射面反射被溃源吸收，，再经前端接收机传输到数字后端对信号进行滤波处理并记录。接收机系统是射电望远镜的核心部分，其决定了脉冲星观测的频段，并负责信号的采集，包括双频接收机、多波束接收机和消色散接收机。多波束接收机用于脉冲星巡天观测，允许同时观测多片天区；双频接收机可以移除由于脉冲星视线改变而产生的依赖于时间的色散延迟；由式(2-4)可以看出，增加观测带宽可以提高灵敏度，而消色散接收机则可以在宽带宽下观测，而不用
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P145.6;P172.2

【参考文献】