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综合脉冲星时算法及脉冲星时应用

仲崇霞  
【摘要】: 脉冲星是高速自转的中子星,有着极其稳定的自转周期,尤其是毫秒脉冲星,有些自转周期变化率达到10 ?1 9 ~10?21,被誉为自然界最稳定的钟,使得它们可用于计时,并可用于监测原子钟的长期稳定度。由单颗脉冲星定义的脉冲星时受多种噪声源的影响,为了削弱这些噪声源的影响,对多个单脉冲星时采取合适的综合算法得到综合脉冲星时,从而提高综合脉冲星时的长期稳定度。本文采用四种算法对Arecibo天文台观测的两颗毫秒脉冲星PSR B1855+09和PSR B1937+21的计时残差进行综合计算。 研究了Petit等人提出的综合脉冲星时的经典加权算法,此算法是对每一颗毫秒脉冲星定义的脉冲星时在整个观测时间间隔内取单一权重进行综合,取权的标准是依据单脉冲星时的稳定度σz2 (τ)。 研究了小波多分辨率分析和小波包分析的理论知识,并在此基础上提出了综合脉冲星时的小波和小波包分析算法,此算法能把脉冲星的观测计时残差在小波域分解,提取出不同频率范围的分量,然后用小波方差表征脉冲星在不同频率范围的稳定度来对单脉冲星时进行加权平均。 研究了滤波器方面的相关理论,提出了综合脉冲星时的维纳滤波算法,利用维纳滤波的特点,将单脉冲星计时残差中互不相关的原子时误差和其他噪声源的影响分离开。消除掉原子时误差影响,并以剩下的部分作为脉冲星的计时残差进行加权平均,取权的标准是依据剩余计时残差的均方根。 对小波分解算法和维纳滤波算法进行结合研究,提出了小波域中的维纳滤波算法:先对含噪声的脉冲星计时信号进行小波变换,分解为不同的频率成分,然后在小波域中将不同的频率成分经过维纳滤波器,消除掉各频率成分中原子时误差的影响,再经过小波反变换得到综合脉冲星时。 计算结果表明,后三种算法都比经典加权算法好得多,而小波域中的维纳滤波算法又优于前面任一种算法。 最后对美国等一些发达国家正在做的X射线脉冲星导航的发展现状做了初步研究,X射线脉冲星自主导航研究具有广阔的应用前景。


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