非等间隔计时数据的X射线脉冲星周期快速搜索算法

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．1(2013)019701非等间隔计时数据的X射线脉冲星周期快速搜索算法冰周庆勇1)2)t姬剑锋)2)任红飞)2)1)(地理信息工程国家重点实验室，西安710054)2)(西安测绘研究所，西安710054)(2012年3月10日收到；2012年8月13日收到修改稿)利用x射线脉冲星信号的计时信息实现航天器深空导航具有重要意义，精确的时间模型(周期及周期导数)是获得高精度自主导航的基础．针对x射线光子并非等间隔地到达探测器的特点，在对比分析两种非等间隔数据处理方法(量评估方法和Lomb算法)的基础上，提出了

2、用Lomb算法估计脉冲星周期初值，进一步使用量评估方法精化周期值的方法．同时运用快速傅里叶变换算法的思想对Lomb算法进行改进，较大地提高了程序的运算效率．最后利用x射线源仿真系统的计时数据对算法进行试验分析，搜索出准确的脉冲星周期和折叠出正确的脉冲轮廓．关键词：脉冲星导航，轮廓折叠，快速傅里叶变换，x射线源仿真系统PACS：97．60．Gb，07．85．一m，O7．05．kfDOI：10．7498／aps．62．019701(XNAV)”，欧空局和俄罗斯也提出了类似的计划[2】，1引言我国的脉冲星导航研究尚处于起步阶段．基于x射线脉冲星航天器自主导航的基本

3、观当前全球卫星导航系统(GPS)精密单点定位测量是x射线光子到达探测器的时间(TOA)，故的主要误差源有星历误差和钟差，任何提高卫星TOA的测量精度直接影响脉冲星导航结果．TOA轨道精度和星载钟稳定度的方法都将直接有利于是通过对探测器收集的光子处理得到脉冲轮廓与提高用户导航定位精度．现有研究建议使用可能的数据库中标准的脉冲轮廓模板进行比较得到，可见信号来提高GPS卫星轨道确定与钟差估计算法的TOA精度主要与探测器的性能、脉冲星轮廓折叠精度及鲁棒性，这种信号可以来自于x射线脉冲星_lJ_基于x射线脉冲星的航天器自主导航是当前算法、标准脉冲轮廓模板误差等有关．而

4、脉冲星轮国内外的一个研究热点．廓的生成需要准确的脉冲星周期作为参考，故脉冲相比于现有的导航定位系统，x射线脉冲星导星的周期搜索以及轮廓折叠是影响TOA精度的重航系统的优势及意义如下[2，3]：1)能够提供高稳定要因素之一．度的时间频率源；2)扩大深空探测及深空测绘的范国内外很多学者对基于等间隔计时数据的射围；3)有效地提高航天器的自主导航能力；4)提高电脉冲星周期搜索做了深入研究．美国国家天文台抗干扰能力；5)系统较为简单，维护成本较低，可作的研究员Bum和Glark对射电脉冲星搜索过程中为现有导航系统的备份．鉴于脉冲星导航的发展快速折叠算法(FFA)和快速

5、傅里叶变换(FFT)算前景以及将来的军事应用，美国国防部于2004年法进行系统分析_4】．哈佛大学的Ransom等[516]提8月实施了“基于x射线源的自主导航定位计划出了一种调相搜索技术能够发现短周期脉冲双星；{国家自然科学基金(批准号：41004013，41174025，41204020)资助的课题十通讯作者．E—mail：zjlzqy1986@163．corn④2013中国物理学会ChinesePhysicalSocietytp：／／wulixb．劫hy．ac．c他物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．1(2013)019701西安理工

6、大学的李建勋等[7]提出了最大相关方差2．12量评估方法搜索法的射电脉冲星周期估计算法，并进行了仿x射线巡天观测肩负着发现新x射线源的任真计算．国内还有一些学者采用信号处理理论对脉务，没有准确的脉冲周期参数可供参考[2】_为了解冲星信号辨识、脉冲星标准轮廓累积等做了大量决该问题，在进行x射线观测数据处理时，可在一研究8J．然而航天器上探测器记录x射线光子到达定周期范围内基于量准则进行周期搜索，计算事例，包含光子的到达时刻和能量等信息，由于受得到对应当前时刻的脉冲星周期．该方法也称为到脉冲星辐射机制和光子传播过程中各种效应的量评估方法，已经应用于Heasoft

7、软件对RossiX射影响，x射线光子并非等间隔到达探测器，使用经线时变探索者(RXTE)卫星的x射线观测数据处典算法处理该数据可能得到不够理想的结果．本文理中．主要研究了一种处理非等间隔脉冲星计时数据的2量评估方法的基本原理见图1．对于一段光周期搜索算法，并用x射线源仿真系统采集的计时子到达时间序列(观测待续时间为f)，将其按照试数据进行验证分析．验周期分成段fM三t／T)，再将每段分成J7v份(Bin数)，相当于将一个周期相位分成Ⅳ部分，每一部分光子计数nf．以试验周期循环计算每个光子2非等间隔计时数据的数据处理的相位，然后将后面的M一1段叠加到第一段上，

8、并要求相位相同的光子叠加到同一个相位上，得到第在科学