建立脉冲星钟的观测策略和噪声分析研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院国家授时中心) | 被引量 : 0次 | 上传用户:d102169104
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毫秒脉冲星具有高度稳定的自转,因而可以作为一种频率源构建脉冲星时。对单颗毫秒脉冲星进行计时观测,可以获得脉冲到达时间序列,从而建立脉冲星钟。由于脉冲星自转以及脉冲信号的传播受到多种因素的影响,脉冲星钟存在各种噪声,这些噪声不仅降低了脉冲星钟自身的准确度和稳定度,也限制了脉冲星钟在其它领域的应用。噪声的存在使得建立脉冲星钟的观测策略,如观测频次,时间跨度等成为影响脉冲星钟稳定度的一个因素。现实中射电望远镜任务的多样性,也导致在脉冲星钟的建立中存在观测策略的问题。研究观测策略对脉冲星钟的影响,对现实中建立脉冲星钟而言,具有重要的指导意义。本文以国际脉冲星计时阵(International Pulsar Timing Array,IPTA)第一批发布的数据为基础,通过数据筛选的方法,研究了观测策略对IPTA第一批数据中计时精度最高的四颗毫秒脉冲星建立的脉冲星钟的稳定度以及计时模型参数的影响。分析结果显示,除了观测频次很小的情况外,脉冲星钟的稳定度和计时模型参数受观测频次改变的影响较小。另一方面,由于红噪声的存在,脉冲星钟的稳定度与数据跨度的关系较为复杂。据此可知,如果建立脉冲星钟所使用的毫秒脉冲星数据的噪声水平与文中所用数据相当,那么在无法保证观测频次的情况下,可以适当将其减小。观测策略除了能对脉冲星钟自身产生影响外,同时也会制约利用已有计时模型预报未来观测数据的准确度和稳定度。将上述IPTA四颗脉冲星的后期数据作为被预报观测数据,使用前期数据建立脉冲星钟,可以研究观测策略对预报的影响。分析结果表明,当不同观测策略下建立脉冲星钟的数据紧邻被预报数据时,如果观测频次不是很小或数据跨度不是很短,则预报最后1年数据的准确度和稳定度差异较小;而当建立脉冲星钟的数据与被预报数据间存在较大间隔时,预报效果不好。另一方面,延长被预报数据虽然会使预报的残差加权均方根增加,但预报得到的残差稳定度并未因此降低。通过选取拟合参数,本文还指出当建立脉冲星钟的数据与被预报数据间隔较大时,色散参数会明显影响预报结果,因而现实观测中这种情形下需要考虑利用观测数据对色散参数进行实时改正。除此之外,本文还使用模拟数据分析了计时噪声的模型参数对脉冲星钟稳定度的影响,并使用IPTA数据研究了噪声改正对稳定度的影响。以上相应的分析结果对脉冲星钟的建立可以提供参考。
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