脉冲星PSR J1224-6407的偏振、频谱和到达时间的研究

使用澳大利亚帕克斯射电望远镜对PSR J1224-6407进行了3个波段的研究，观测数据的时间跨度约10 a. 3个波段观测中心频率分别为732、1 369 MHz和3 100 MHz.将测量得到的流量密度与文献中的频谱数据相结合，得出脉冲星的频谱特性.用简单的幂律谱模型对频谱进行了拟合，得到谱指数为-1.45.用PSRCHIVE软件得到3个频率下平均脉冲轮廓和偏振观测结果，脉冲总强度、圆偏振、线偏振和偏振位置角曲线随频率表现出了不同的变化.在1.4 GHz的频率下，分析了脉冲星的计时残差，更新了脉冲星的位置、自转周期和周期导数等基本参数.     

脉冲星计时模型参数的测量精度分析与估计

脉冲星计时模型参数的精确测定是脉冲星计时应用的基础.脉冲星计时模型包含几何的、物理的、轨道的等各种效应.我们主要分析了一些位置、自行、视差等几何效应的误差以及双星轨道模型误差引起的计时残差.本文将地球公转视为椭圆轨道,在黄道坐标系里得到了一般性的结论.基于此,我们给出了估计这些模型参数理论测量精度的解析表达式,得到了一些模型参数测量精度对黄纬的依赖关系.尤其是对于视差测量精度的估计,得到了与以前的工作显著不同的结果,这对于实际观测中脉冲星的选择具有参考意义.     

分数布朗运动与Hurst指数的关系研究

讨论了重标极差分析(Rescaled Range Analysis,简称R/S)方法的理论基础--分数布朗运动的相关性和自相似性,以及分数高斯噪声序列的自相关指数、自相似性、长记忆性与Hurst指数之间的关系.验证了分数布朗运动当H≠1/2时不是Markov过程,以及Hurst指数与其自相似指数相同等性质.并得到了分数高斯噪声的长记忆性与Hurst指数之间的关系,从而可以通过Hurst指数来判断序列是否有长记忆性.     

月心矢量增强XNAV及其自适应滤波方法

针对X射线脉冲星导航(XNAV)难以获取准确的过程噪声统计特性及导航精度低的问题,提出基于自适应差分卡尔曼滤波器(ADDF),融合地月夹角的多信息融合XNAV.首先通过处理从光学相机获得的月球图像得到视场角度和方向矢量的测量模型;然后将该测量模型和传统脉冲星计时观测模型集成到航天器轨道动力学中,以建立ADDF滤波模型;最后对所提方法进行仿真验证.实验结果表明:在相同的初始状态和初始噪声误差下,与无迹卡尔曼滤波器(UKF)和差分滤波器(DDF)相比,ADDF具有良好的噪声自适应能力,其导航位置估计精度提高60%以上,速度估计精度提高25%以上;较之传统计时观测XNAV,融合视场角和月球方向矢量的XNAV方法能够将导航精度提高50%以上.     

基于Hurst指数与盒维数的钻孔应变数据变化特征分析

形变观测数据是地震监测预报和地球科学研究的重要数据源,其中环境干扰排除、地震震例等异常数据的检测是形变观测数据推广应用的关键内容。针对形变观测数据中的钻孔应变观测数据,通过计算绘制功率谱图,研究其Hurst指数与盒维数分形特征,实现对观测数据中地震事件等异常数据的检测。实验结果表明钻孔应变观测数据符合1/f分布,其具有长时间记忆的分形特征,Hurst指数与分形盒维数变化都凸显出了地震等异常数据。随着信噪比的下降,钻孔应变观测数据的Hurst指数呈现下降的趋势,其盒维数呈现增加的趋势,进一步证实了Hurst指数与分形盒维数之和为2的关系,而它们的变化较大,表明具有较弱的抗噪能力。此研究结果可为地震研究提供理论基础。     

钻孔应变观测数据的分形特征研究

形变观测数据是地震监测预报和地球科学研究重要数据源,其中环境干扰排除、地震震例等异常数据的检测是形变观测数据推广应用的关键内容。本文针对形变观测数据中的钻孔应变观测数据,通过计算绘制功率谱图,研究其Hurst指数与盒维数分形特征,实现对观测数据中地震事件等异常数据的检测。实验结果表明钻孔应变观测数据符合1/f分布,其具有长时间记忆的分形特征,Hurst指数与分形盒维数变化都凸显出了地震等异常数据。随着信噪比的下降,钻孔应变观测数据的Hurst指数呈现下降的趋势,其盒维数呈现增加的趋势,进一步证实了Hurst指数与分形盒维数之和为2的关系,而它们的变化较大,表明具有较弱的抗噪能力。本文的研究结果可为地震研究提供理论基础。     

新疆天文台脉冲星数据检索

新疆天文台南山观测站25 m射电望远镜(简称NSRT) 2002年L波段常温接收机制冷改造完成后,脉冲星观测系统灵敏度达到了0.4 m Jy,实现了200多颗脉冲星的常年监测. NSRT通过近20年的观测产生了大量有价值的科学数据.南山观测站脉冲星数据通过300 Mb/s专线传输到70 km外的新疆天文台本部数据中心进行长期存储,通过南山观测站及新疆天文台本部的数据存储系统实现了脉冲星数据的远程异地容灾备份.元数据提取、数据归档及发布由位于新疆天文台本部的数据发布系统完成,截至2018年11月底已发布脉冲星观测数据87000多条,最大文件1 GB,脉冲星数据格式为PSRFITS.脉冲星数据服务提供了锥形检索及多目标约束检索,数据发布基于虚拟天文台标准并已将脉冲星数据服务注册到国际虚拟天文台联盟,用户可通过标准虚拟天文台工具实现检索、访问与处理.     

基于经验模态分解空域相关滤波的脉冲星信号消噪

针对脉冲星信号信噪比极低,且信号中有色噪声成分远大于高斯白噪声的特点,提出了一种基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)的脉冲星信号空域相关滤波消噪方法。首先建立脉冲星信号的分形高斯噪声模型,根据双对数功率谱密度估计分形高斯噪声的Hurst参数值;然后,结合脉冲星累积信号的窗口辐射特性和分形高斯噪声经EMD分解后的噪声分布特点,估计脉冲星信号各层内蕴模态函数(intrinsic mode function,IMF)中噪声的方差;最后,以IMF噪声方差为基础,建立EMD空域相关滤波方法并应用于脉冲星累积轮廓消噪。实验结果表明,与经典的平移不变小波阈值消噪法、平移不变小波空域相关滤波消噪法以及EMD模态单元比例萎缩消噪法相比,改进的EMD空域相关滤波消噪法在抑制脉冲信号中的噪声和保留更多的微脉冲特征细节信息方面更加有效。     

利用默奇森大视场阵列旁瓣探寻北天脉冲星

探索新的方法对发现和观测脉冲星具有重要意义.本文利用澳大利亚的默奇森大视场阵列望远镜MWA(Murchison Wide-field Array)中心频率185 MHz的观测数据进行脉冲星搜寻,探测到了两颗高纬度北天脉冲星,经分析认定为J0332+5434和J2219+4754.它们位于MWA主波束视场以外赤纬30°以北,而落在MWA非相干波束的北天旁瓣.虽然射电望远镜旁瓣的灵敏度远低于主瓣,但大多数脉冲星的低频流量更高,因而仍然可以利用低频望远镜旁瓣对它们进行搜寻与观测.本文将对低频脉冲星的搜索流程和结果进行阐述,并讨论利用MWA射电望远镜旁瓣进一步搜寻和观测北天脉冲星的可能性.通过对已知射电脉冲星的统计和MWA探测灵敏度的模拟,预计有30颗已知北天脉冲星可以在MWA旁瓣中被探测到.此工作是未来使用SKA低频阵列搜寻北天脉冲星的有益探索.     

民勤县气候变化趋势预测技术研究

气候变化是影响民勤水资源-社会经济-生态系统演化的重要因子,进行气候变化趋势的预测可以为民勤县的地方行政决策和有关科学研究提供依据.本论述提出了基于Mann-Kendall分析和Hurst指数的预测方法,基于长序列历史气象数据,利用Hurst指数判断Mann-Kendall检验得到的趋势性成分的持续性或者反持续性强度,得到未来的趋势.选择民勤1953-2014年共62年降水量和蒸发量数据进行示例计算,示例计算结果表明历史数据均呈上升趋势,趋势的持续性较强,综合分析得到民勤县未来降水量和蒸发量总体上均呈上升趋势.     

基于XPNAV和SINS的容错组合导航系统

提出一种基于脉冲星导航和捷联惯导的容错组合导航系统.捷联惯导具有自主性和不间断性的优点,可弥补脉冲星导航滤波周期较长的缺陷;脉冲星导航的长期稳定度好,可抑制捷联惯导的误差随时间发散.该系统根据轨道动力学模型和SINS估计航天器的状态,利用脉冲星导航的观测量分别修正估计误差,通过相位残差检测天体遮挡等因素引起的故障,利用联邦扩展卡尔曼滤波融合导航信息.仿真实验结果表明:同脉冲星导航方法相比,该方法具有更高的精度和更短的滤波周期,且不受天体遮挡的影响.     

基于分形理论的复旦人民币汇率指数的预测分析

运用R/S分析法和Hurst指数对复旦人民币实际有效汇率指数的结构特征进行分析,发现市场具有状态持续性和分形分布的特征;同时建立分形插值模型描绘其在一段时间内的变化规律,并预测短期内的指数走势,发现与原数据走势基本一致,且其平均标准误差仅为2.618%.结果表明,运用Hurst指数来估计垂直比例因子和利用分形插值模型预测复旦人民币汇率指数均是可行的.     

多项式拟合法消除电化学噪声的直流漂移

针对典型的均匀腐蚀与点蚀体系中的噪声数据，研究了采用多项式拟合法消除噪声数据中直流漂移的方法的特点，并对消除前后数据的时域分析和频域分析结果的差异进行了比较．结果表明：采用多项式拟合法可以很好地消除噪声数据中的直流漂移，但是必须注意多项式最高方次的选择，建议通过功率谱密度（PSD）图判断拟合结果的正确性．试验证明：为了避免对低频数据产生过度消除，多项式最高方次不宜过高．消除漂移后，噪声谱、噪声时域统计量和PSD的低频段均发生了明显的变化．     

基于天宫二号POLAR的脉冲星导航实验

利用天宫二号上的伽玛暴偏振探测仪(POLAR)观测数据完成了X射线脉冲星导航的原理验证.处理并分析了POLAR的观测数据,建立了基于轨道动力学模型和脉冲星脉冲轮廓显著性分析的定轨算法,并利用蟹状星云脉冲星的实测数据开展了单脉冲星的定轨分析.结果表明,该方法能够实现对天宫二号轨道的定轨,利用POLAR一个月的在轨观测数据可得到定轨精度如下(99.7%置信度):轨道半长轴精度7.0 m,偏心率精度0.00026,轨道倾角精度0.023°,升交点赤经精度0.17°,近地点幅角及平近地点角精度0.043°.     

信号变换处理方法在公路观测中的应用

公路地质雷达观测采用单天线往复观测方式时工作量大且判读不便,各类噪声干扰会对地质雷达测线数据判读精度产生很大影响.为解决这一问题,通过数据内在格式的解读生成镜像数据,通过数据的积分变换来增强有效信号,通过绘图模块生成的波形图来分析公路检测对象地质特征,并且达到了与并行观测同样的数据效果,减少了数据采集工作量,提高了数据判断精度.     

EGRET伽马射线源光变的数值分析

高能γ射线天文是当今天体物理学中重要的研究领域之一,康普顿γ射线天文台的高能γ射线望远镜(EGRET)提供了大量的观测数据,发现了271颗高能γ射线点源,其中170颗未被证认.目前的研究表明,一些未证认源可能是活动星系核,银盘附近的一些未证认源可能与脉冲星和超新星遗迹(SNRs)有联系.也发现几个未证认源可能是星系扩散发射所造成的伪造源.但就像大家所讨论的那样,未证认源的数目比所期望的更多.这些未证认高能γ射线点源的基本物理特性是什么呢?以此为动机,利用不同的光变分析方法,对这些未证认源进行了仔细的统计分析.目前,共有3种光变分析方法用来研究γ射线源的γ射线光变,它们分别是V指数方法、I指数方法和τ指数方法.通过数值计算EGRET源的I值和V值,发现这两种光变方法在统计上是一致的.把计算结果与Tompkins(1999)所计算的r值进行比较,发现如果观测数据足够精确,这3种方法在统计上也是一致的.联合这3种光变分析方法,分析了30个与脉冲星位置一致的EGRET点源的光变以及40个低纬度持续稳定未证认源的光变.结果表明30个与脉冲星位置一致的EGRET点源中有14个与脉冲星有本质的或很可能的联系,40个低纬度持续稳定未证认源中有16个是可能的脉冲星候选源.     

脉冲星数字终端技术综述

脉冲星数字终端是脉冲星观测和搜寻的重要设备,可实现模拟信号的数字化及脉冲星信号处理.随着脉冲星研究的不断深入和数字技术的迅速发展,对脉冲星数字终端的性能要求也在不断提高,需要在更宽带宽、更高的时间分辨率与更高的频率分辨率下进行高速采样、实时分析与处理.本文以国内外主要脉冲星观测射电望远镜为基础,回顾了脉冲星终端的发展历史,综述了目前主流大口径射电望远镜脉冲星数字终端的现状.在调研和分析已有和正在研制的脉冲星数字终端的基础上,构思和讨论了采用开放RFSoC平台+GPU集群为基础的QTT终端系统的设计方案和研制思路.     

年轻脉冲星的X-射线非热辐射

年轻的转动驱动脉冲星有较高的自转能损率(Lsd≥1036erg.s-1),而且都有非常高的非热X-射线辐射,利用新的外间隙模型,计算年轻脉冲星的非热X-射线光度,并与观测到的17颗年轻脉冲星的非热X-射线光度能量范围为2~10 keV的观测结果进行比较,模型的计算结果和观测数据吻合较好.     

GPS卫星钟差分析、建模及仿真

卫星钟差是卫星导航系统中的一项重要误差源,本文根据IGS观测数据分析GPS卫星铷钟和铯钟的噪声特性,并对星钟误差进行建模和仿真.首先采用修正Allan方差表征和分析了GPS卫星上不同种类原子钟随机噪声的时域特性;然后基于最小二乘分段拟合确定了卫星钟差确定性分量的时差、频差、线性频漂参数值;对于多项式拟合后的残差部分,利用随机噪声幂律谱模型建立了随机性分量误差模型;最后利用修正Allan方差反演的方法模拟产生了各噪声分量的独立随机序列并进行合成;对合成序列与原始数据进行了对比分析以验证本文所提出建模与仿真方法的正确性.     

基于X射线脉冲星的最小误差熵定姿态方法

提出一种基于X射线脉冲星能量观测信息和最小误差熵算法的航天器自主定姿方法.首先建立了圆形准直器差分测量模型,观测两颗脉冲星的辐射光子能量.然后引入信息熵概念来充分表征脉冲星辐射信号的随机性,用最小误差熵原理进行参数拟合,解出脉冲星在航天器坐标架下的方向矢量,通过矢量定姿法解算出航天器在参考坐标系中的完整姿态.最后结合美国国家宇航局HEACARC数据库提供的脉冲星观测数据进行了仿真试验,结果表明:在所给试验条件下,基于最小误差熵方法的参数估计精度要优于常用的最小二乘法,相比于后者,俯仰、滚动和偏航三轴精度分别提高了31.4％,27.1％和32.5％.