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综合脉冲星时算法及脉冲星时应用

作　者: 仲崇霞
导　师: 杨廷高；刘次沅
学　校: 中国科学院研究生院（国家授时中心）
专　业: 天体测量与天体力学
关键词: 脉冲星脉冲星时频率稳定度综合脉冲星时经典加权小波分析维纳滤波小波域中的维纳滤波自主导航
分类号: P127.1
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 337次
引　用: 5次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-12
第一章绪论  12-22
  1.1 历史背景  12-14
  1.2 国内外研究现状及相关领域研究成果  14-17
  1.3 本论文的研究目的、方法和结果  17-18
  1.4 本论文主要研究内容  18-19
  1.5 论文结构与内容安排  19-22
第二章毫秒脉冲星计时观测  22-32
  2.1 引言  22-23
  2.2 脉冲星的物理特征  23-24
  2.3 脉冲星计时观测  24-25
  2.4 计时原理  25-27
  2.5 脉冲星时间特征  27-29
    2.5.1 脉冲星时的短期和长期特征  28-29
  2.6 影响脉冲星计时的主要误差分析  29-31
    2.6.1 原子时误差  29
    2.6.2 星际介质传播误差  29-30
    2.6.3 行星历表的误差  30
    2.6.4 毫秒脉冲星本身的自转不稳定性  30
    2.6.5 引力波背景辐射的影响  30-31
  2.7 本章小结  31-32
第三章脉冲星脉冲到达时间分析模型  32-44
  3.1 引言  32
  3.2 脉冲到达时间的分析模型  32-34
  3.3 脉冲到达时间的各种分析模型  34-35
  3.4 TOA 归算参考的原子时系统的影响  35-36
  3.5 TOA 归算采用的行星历表的影响  36-38
  3.6 多星观测的数据分析  38-42
    3.6.1 脉冲星参数的测定  39-40
    3.6.2 全局性参数的探测  40-42
  3.7 本章小结  42-44
第四章脉冲星时稳定度算法及脉冲星时可能应用  44-56
  4.1 引言  44-45
  4.2 σ_y (τ) 估计方法  45-46
  4.3 σ_z (τ) 估计方法  46-48
  4.4 实际计算结果与分析  48-51
  4.5 脉冲星时稳定度的改进  51-53
    4.5.1 增加计时观测  51
    4.5.2 多频观测  51-52
    4.5.3 计时观测软硬件的改进  52
    4.5.4 平方公里望远镜  52-53
  4.6 脉冲星时的可能应用  53-55
    4.6.1 脉冲星与原子钟结合守时  53
    4.6.2 综合脉冲星时  53-54
    4.6.3 检测原子时误差  54-55
  4.7 本章小结  55-56
第五章综合脉冲星时的经典加权算法  56-66
  5.1 引言  56-57
  5.2 综合原子时计算的基本方法  57-58
  5.3 综合脉冲星时的经典加权算法  58-60
  5.4 计算结果与分析讨论  60-64
  5.5 本章小结  64-66
第六章综合脉冲星时的小波及小波包分析算法  66-82
  6.1 引言  66
  6.2 综合脉冲星时的小波分解算法  66-70
    6.2.1 小波分析的理论基础  67-68
    6.2.2 小波多分辨率综合的方法  68-70
  6.3 综合脉冲星时的小波包分析算法  70-73
    6.3.1 小波包的定义  70-71
    6.3.2 小波包算法  71-72
    6.3.3 用小波包分解算法对脉冲星时进行综合  72-73
  6.4 计算结果与分析讨论  73-81
  6.5 本章小结  81-82
第七章综合脉冲星时的维纳滤波算法  82-90
  7.1 引言  82
  7.2 脉冲星计时  82-84
  7.3 维纳滤波算法  84-86
  7.4 计算结果及分析讨论  86-89
  7.5 本章小结  89-90
第八章小波域中维纳滤波在综合脉冲星时算法中的应用  90-98
  8.1 引言  90-91
  8.2 小波域中的维纳滤波算法  91
  8.3 计算结果及分析讨论  91-96
  8.4 本章小结  96-98
第九章 X 射线脉冲星导航技术与应用  98-108
  9.1 引言  98-99
  9.2 X 射线脉冲星导航技术研究概况  99-102
  9.3 脉冲星导航系统框架结构  102
  9.4 X 射线脉冲星导航原理  102-107
    9.4.1 X 射线脉冲星导航定位原理及算法简述  103-107
  9.5 X 射线脉冲星导航的应用前景分析  107
  9.6 本章小结  107-108
第十章结束语  108-112
  10.1 全文内容总结  108-109
  10.2 本论文的创新点和不足之处  109-111
  10.3 展望  111-112
参考文献  112-119
硕博连读期间发表的文章  119-120
致谢  120-121

综合脉冲星时算法及脉冲星时应用

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