Crab脉冲星X射线计时观测数据分析

论文摘要

目前,有关脉冲星导航与脉冲星时间尺度的研究成为了我国及世界天文学界的一个热点研究方向。为早日成功实现脉冲星导航的实际应用,除进行理论探究与长期地面观测外,我国于近年先后发射了多颗可用于脉冲星计时与脉冲星导航试验的卫星,获得了大量的数据。通过对卫星获得的脉冲星观测数据进行分析与处理,可以对计时精度进行评价,为日后更深层次的天基脉冲星计时及导航试验提供参考。鉴于此,本文阐明了X射线脉冲星计时和脉冲星导航之间的关系。通过对脉冲星导航试验卫星（XPNAV-1）先期发布数据进行计时分析的途径,间接检验了导航精度。同前人的结果相比,本文不仅计时残差精度提高了一个数量级,而且还对可能影响计时精度的几种因素进行了细致的分析。同时,本文在对观测得到的光子数据进行了分组处理后,深入探讨了光子能量对该卫星计时精度的影响结果。上述结果除了提高了计时精度,还可以侧面印证该卫星观测数据符合理论预期。与此同时,分析得到的结论与遇到的问题,可以供我国今后的脉冲星导航试验进行参考。首先,本文介绍了脉冲星计时及脉冲星导航的背景、流程,回顾其发展过程与现状,论证了对X射线脉冲星观测数据进行计时分析的必要性。同时,对X射线脉冲星计时的原理与方法进行了详细的描述。其次,本文处理了XPNAV-1先期公布的35组Crab脉冲星的观测数据。在得到XPNAV-1卫星各次观测的积分脉冲轮廓后,得到标准脉冲轮廓。利用英国Jordrell Bank台发布的Crab脉冲星星历与美国JPL发布的太阳系历表,进一步得到了拟合前计时残差及其测量精度σTOA,其结果不存在系统趋势项。本文还对影响计时残差及其测量精度的因素进行了初步的探究。随后,在获得该数据全部光子的计时残差及其测量精度后,本文将数据按照光子数比例与光子能量分组。重复前述过程,分别得到了相应的积分脉冲轮廓与标准脉冲轮廓,并最终得到了各组光子各次观测的拟合前计时残差及σTOA。通过比较各组标准脉冲轮廓的形状特征、计时残差、σTOA等统计特征,分析了光子能量对脉冲星计时精度的影响。最后,本文根据上述的分析结果,提出了可供XPNAV-1卫星今后的观测方案参考的改进措施。同时,对尚待解决的问题进行了总结,以期对今后我国脉冲星计时与导航的后续试验提供有益的参考。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 引言
•   1.1 研究背景介绍
•     1.1.1 正常脉冲星与毫秒脉冲星
•     1.1.2 Crab脉冲星
•     1.1.3 脉冲星计时与导航
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•   1.3 论文研究的意义与本人贡献
•   1.4 论文结构与本文安排
• 第2章 脉冲星观测数据的处理方法
•   2.1 射电脉冲星观测
•     2.1.1 射电脉冲星观测的基本流程与特点
•     2.1.2 射电脉冲星观测数据的处理平台
•   2.2 X射线脉冲星观测
•     2.2.1 X射线脉冲星观测的基本原理与特点
•     2.2.2 X射线脉冲星观测数据的处理平台
•   2.3 脉冲星观测数据处理的基本方法
•     2.3.1 光子到达时刻转换
•     2.3.2 脉冲轮廓折叠
•     2.3.3 获得观测TOA及其测量精度
•   2.4 本章小结
• 第3章 XPNAV-1 卫星先期发布数据全部光子的计时分析
•   3.1 XPNAV-1 卫星与其先期发布数据
•   3.2 数据的光子到达时刻转换与脉冲轮廓折叠
•   3.3 数据的观测TOA与计时残差
•   3.4 影响计时残差及其测量精度的因素研究
•     3.4.1 折叠轮廓时考虑光子能量
•     3.4.2 bin的取值N与计时残差的关系
•     3.4.3 星历参数与光子到达时刻准确度对计时残差的影响
•   3.5 本章小结
• 第4章 光子能量对计时精度影响的统计分析
•   4.1 观测光子的能量统计
•   4.2 按光子数比例分组分别归算计时残差
•   4.3 按光子能量分组分别归算计时残差
•   4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 朱鸿旭

导师: 童明雷

关键词: 脉冲星计时,脉冲星导航,卫星,脉冲星,计时残差

来源: 中国科学院大学(中国科学院国家授时中心)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学,天文学

单位: 中国科学院大学(中国科学院国家授时中心)

分类号: P145.6;P128.4

总页数: 76

文件大小: 3510K

下载量: 66