利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的方法及系统与流程

本发明涉及天文及计算机通信领域，具体涉及一种利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的方法及系统。

背景技术：

1、目前，有相应技术通过对脉冲星进行射电观测确定精确时间。目前的方法是对已知转动规律的脉冲星进行观测，通过望远镜本地钟时间示数确定从星历中的参考时间点到当前时间点之间脉冲星转动的整周期数，通过观测数据中的脉冲星相位确定脉冲星转动周期数的小数部分，二者结合得到脉冲星的总转动周期数。然后利用脉冲星的转动规律计算出从星历中的参考时间点到观测起始时间点之间的时间差值，即为对绝对时间的预测偏差。

2、现有技术手段包括：1)在没有绝对时间的情况下，通过星敏感器或太阳敏感器确定精度在2分钟以内的时间；2)在已知绝对时间的情况下对射电脉冲星数据进行处理获得射电脉冲轮廓；3)比较射电脉冲轮廓与标准轮廓获得当前观测脉冲轮廓的脉冲相位与理论脉冲相位之差。

3、在以上计算方法中，需要一个绝对时间精度在1毫秒以内的观测站钟，用其时间示数与脉冲星转动相位进行比对以获得脉冲星转动的整周期数。如果观测站本身不具备精准时钟，或者观测站时间丢失无法进行精确对时，则以上时间确定的方法无法进行。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的方法和系统，无需将本地钟与某一时间标准的绝对时间进行对时，即可通过观测脉冲星进行分析获得精度高达十微秒量级的绝对时间。

2、为实现上述目的，本发明提供一种利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的方法，所述方法包含以下步骤：

3、s1.将望远镜本地钟时间与绝对时间之间的偏差修正到设定阈值以内；

4、s2.选取赤经n颗射电脉冲星，n大于等于4，使用射电望远镜连续分别观测所选取的射电脉冲星，获取观测数据；

5、s3.利用脉冲星星历及偏差在设定阈值以内的观测起始时间对观测数据进行折叠消色散及偏振定标；并利用太阳系星历与脉冲星星历中的双星轨道模型及参数将时间修正到脉冲星质心，计算脉冲星脉冲相位φi；

6、s4.利用每颗脉冲星的标准脉冲轮廓pk与观测脉冲轮廓p'k进行比对，其中下标k代表离散化脉冲轮廓的第k个点所对应的强度值；计算得到标准脉冲轮廓pk与观测脉冲轮廓p'k之间的相对相位偏差δφi与误差

7、s5.相对相位偏差δφi与相位φi的小数部分分别对应实测值与理论值，计算得到二者偏差δφi；

8、s6.通过不同脉冲星的周期及观测脉冲相位与理论脉冲相位之间的偏差δφi计算得出望远镜本地钟时间与绝对时间之间的偏差δt，由此确定绝对时间。

9、进一步，步骤s1中，首先根据时间在白天还是夜晚使用太阳敏感器与恒星敏感器将望远镜本地钟时间与绝对时间之间的偏差进行修正，使得偏差小于设定阈值之内，设定阈值为2分钟，确保在射电望远镜的波束内可以捕捉到指定天体坐标的源。

10、进一步，步骤s2中，选取望远镜可观测天区允许赤经范围内的四颗以上的具有测时残差低于10微秒且测时红噪声强度低于5倍测时白噪声强度的射电脉冲星，使用射电望远镜连续分别观测所选取的射电脉冲星，每颗脉冲星观测1分钟，记录望远镜后端处理过的脉冲星辐射出的信号强度数据，以及每次观测开始的望远镜本地钟时间t'i，其中下标i对应不同的脉冲星。

11、进一步，步骤s3中，进一步包括如下子步骤：

12、s31.获取脉冲星星历包括脉冲星转动频率fi、脉冲星转动频率随时间的导数脉冲星转动频率的二阶导数及高阶导数、脉冲星转动频率导数的时间参考点t0i、脉冲星色散量dmi、脉冲星双星椭圆轨道参数；

13、s32.利用太阳系星历与脉冲星星历中的双星轨道模型及参数将时间修正到脉冲星质心，获得抽象参考时间t'ai；

14、s33.利用t'ai计算脉冲星脉冲相位φi。

15、进一步，步骤s32中，获得抽象参考时间t'ai的计算公式如下：

16、

17、其中，第一项为色散时间延迟，vghz为以ghz为单位的的脉冲星射电观测频率,s代表该参数单位为秒；第二项与第三项为地球围绕太阳系质心公转与脉冲星辐射位置围绕双星系统质心公转产生的时间延迟，δxpi为脉冲星位置相对于双星系统质心位置在视线方向的投影的长度及望远镜相对于太阳系质心位置在视线方向的投影长度之和，δxai为脉冲星辐射束相对于脉冲星中心位置的向量在视线方向的投影长度，c为光速；第四项δtsi为伴星引力场对脉冲星辐射传播所造成的时间延迟。

18、进一步，步骤s33中利用t'ai计算脉冲星脉冲相位φi的公式如下：

19、

20、进一步，步骤s6中，不同脉冲星的周期及观测脉冲相位与理论脉冲相位之间的偏差可构成线性同余方程组{δt≡piδφi(mod pi)}。

21、进一步，在δφi的误差为的条件下求解上述线性同余方程组，获得观测站钟的望远镜本地钟时间与绝对时间之间的偏差δt，确定绝对时间。

22、另一方面，本发明提供一种利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的系统，所述系统用于实现本发明所述的利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的方法。

23、进一步，所述系统包括观测模块和计算模块，所述观测模块用于观测n颗脉冲星以获得观测数据，所述计算模块用于根据观测数据计算绝对时间。

24、本发明的有益效果在于：本发明利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的方法和系统，无需将本地钟与某一时间标准的绝对时间进行对时，即可通过观测脉冲星进行分析获得精度高达十微秒量级的绝对时间。利用不同脉冲星的周期与相位偏差求时间偏差的暴力搜索问题转换为线性同余问题，大幅减少了计算时间。

技术特征：

1.利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的方法，其特征在于，步骤s1中，首先根据时间在白天还是夜晚使用太阳敏感器与恒星敏感器将望远镜本地钟时间与绝对时间之间的偏差进行修正，使得偏差小于设定阈值之内，设定阈值为2分钟，确保在射电望远镜的波束内可以捕捉到指定天体坐标的源。

3.根据权利要求2所述的一种利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的方法，其特征在于，步骤s2中，选取望远镜可观测天区允许赤经范围内的四颗以上的具有测时残差低于10微秒且测时红噪声强度低于5倍测时白噪声强度的射电脉冲星，使用射电望远镜连续分别观测所选取的射电脉冲星，每颗脉冲星观测1分钟，记录望远镜后端处理过的脉冲星辐射出的信号强度数据，以及每次观测开始的望远镜本地钟时间t'i，其中下标i对应不同的脉冲星。

4.根据权利要求3所述的一种利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的方法，其特征在于，步骤s3中，进一步包括如下子步骤：

5.根据权利要求4所述的一种利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的方法，其特征在于，步骤s32中，获得抽象参考时间t'ai的计算公式如下：

6.根据权利要求5所述的一种利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的方法，其特征在于，步骤s33中利用t'ai计算脉冲星脉冲相位φi的公式如下：

7.根据权利要求6所述的一种利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的方法，其特征在于，步骤s6中，不同脉冲星的周期及观测脉冲相位与理论脉冲相位之间的偏差可构成线性同余方程组{δt≡piδφi(mod pi)}。

8.根据权利要求7所述的一种利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的方法，其特征在于，在δφi的误差为的条件下求解上述线性同余方程组，获得望远镜本地钟时间与绝对时间之间的偏差δt，确定绝对时间。

9.一种利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的系统，其特征在于，所述系统用于实现根据权利要求1-8任一项所述的利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的方法。

10.根据权利要求9所述的一种利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的系统，其特征在于，所述系统包括观测模块和计算模块，所述观测模块用于观测n颗脉冲星以获得观测数据，所述计算模块用于根据观测数据计算绝对时间。

技术总结本发明公开了一种利用多颗脉冲星的射电观测确定当前时间的方法及系统，包含步骤：S1.将本地钟时间与绝对时间之间的偏差修正到设定阈值以内；S2.选取N颗射电脉冲星，N大于等于4，使用射电望远镜连续分别观测所选取的射电脉冲星，获取观测数据；S3.对观测数据进行处理生成观测脉冲轮廓；计算脉冲星脉冲相位φ<subgt;i</subgt;；S4.计算得到标准脉冲轮廓P<subgt;k</subgt;与观测脉冲轮廓P'<subgt;k</subgt;之间的相对相位偏差δφ<subgt;i</subgt;与误差S5.计算相对相位偏差δφ<subgt;i</subgt;与相位φ<subgt;i</subgt;的偏差Δφ<subgt;i</subgt;；S6.计算得出望远镜本地钟时间与绝对时间之间的偏差δT，由此确定绝对时间。本发明无需将本地钟与某一时间标准的绝对时间进行对时，即可通过观测脉冲星进行分析获得精度高达十微秒量级的绝对时间，且大幅减少了计算时间。技术研发人员：卢吉光,姜鹏,刘雨兰,殷家宁受保护的技术使用者：贵州射电天文台技术研发日：技术公布日：2024/1/13