一种独立于原子时体系的实时脉冲星时间生成方法及系统

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独立于原子时体系的实时脉冲星时间生成方法及系统。

背景技术：

1、目前，有相应技术利用脉冲星观测生成过往原子时对应的非实时脉冲星时间来修正原子时或检验原子时的稳定性。目前的方法是对已知转动规律的脉冲星进行观测，通过观测站原子钟时间示数确定脉冲星的脉冲到达时间，假定非实时脉冲星时间与原子时之差为分段多项式函数，或者假定该差值具有幂律谱，然后直接使用最小二乘法或采用贝叶斯方法对相应的多项式函数或谱参数利用脉冲到达时间进行拟合来获得非实时脉冲星时间的对应函数。

2、在以上方法中，只能给出望远镜观测脉冲星所对应的时间段内的非实时脉冲星时间，而不能给出实时脉冲星时间。因此以上方法只能用在对过往的时间进行检验，而不能用于计时。另外，以上方法需要不断将脉冲到达时间与国际原子时进行比对，如果脉冲星观测脱离国际原子时，则以上非实时脉冲星时间生成方法无法进行。

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生成独立于原子时体系的实时脉冲星时间的方法及系统，可以产生实时脉冲星时间，且在进行实时计时时，无需将脉冲星的脉冲到达时间与国际原子时进行比对。

2、为实现上述目的，本发明提供一种独立于原子时体系的实时脉冲星时间生成方法，所述方法包括以下步骤：

3、s1.选取n颗转动规律已知的射电脉冲星，利用射电望远镜对n颗脉冲星进行陆续观测并记录观测数据，持续观测第一阶段，第n颗脉冲星的总计观测次数记作in；

4、s2.处理获得的脉冲星观测数据获得脉冲星的脉冲到达时间tni，其中下标n代表第n颗脉冲星，下标i代表第i次观测；

5、s3.将获得的脉冲到达时间tni溯源至国际原子时t′ni；

6、s4.根据脉冲星的已知转动规律计算国际原子时t′ni时刻对应的脉冲到达时间t″ni以及脉冲到达时间残差δtni＝t″ni-t′ni；

7、s5.分析每颗脉冲星δtni的功率谱，确定每颗脉冲星脉冲到达时间残差δtni的功率谱中可用二阶多项式拟合红噪声所对应的最长时标δtn；

8、s6.使用步骤s5中分析获得的δtn与二阶多项式计算获得脉冲星观测时刻tni所对应的离散脉冲星时间tp(tni)；

9、s7.利用脉冲星观测时刻观测站原子钟时间示数tni tp(tni)对应的离散脉冲星时间获得任意时刻观测站原子钟时间示数t对应的实时脉冲星时间tp(t)；

10、s8.在s1的脉冲星观测之后以同样的观测间隔与数据记录方式对n颗脉冲星进行陆续观测、记录观测数据，并采用s2中的步骤对数据进行处理获得脉冲到达时间，采用s7中生成的实时脉冲星时间代替国际原子时计算脉冲到达时间残差；

11、s9.在每次脉冲星数据更新后，使用该脉冲星最近4年的数据重复步骤s5中的处理过程，获得该星对应的二阶多项式及拟合红噪声所对应的最长时标；

12、s10.利用s8与s9获得的参数，采用s6与s7中的方法获得实时脉冲星时间；

13、s11.在每次进行新的脉冲星观测后再次执行s8-s10，获得最新一次观测之后观测站原子钟示数对应的实时脉冲星时间。

14、进一步，n大于等于10。

15、进一步，步骤s1中，第一阶段为4年；每颗脉冲星每次观测时间不低于15分钟，对每颗脉冲星的相邻两次观测的间隔时间维持在10-20天之间。

16、进一步，步骤s1中，所述观测数据包含脉冲星辐射不同频率的辐射数据随时间的变化以及观测时间。

17、进一步，步骤s2中，处理获得的脉冲到达时间是基于观测站原子钟时间示数。

18、进一步，步骤s3中，向国际原子时溯源过程中，由观测站原子钟时间示数溯源至国际原子时需要借助通过卫星导航系统获得的与标准世界协调时比对的钟差文件及国际地球自转服务组织提供的不同时间间的时间差文件。

19、进一步，步骤s4中，在获得脉冲到达时间残差δtni的同时可以获得脉冲到达时间残差的误差

20、进一步，步骤s5中，脉冲星脉冲到达时间残差的功率谱具有幂律谱的红噪声与平谱的白噪声的叠加，设定脉冲星脉冲到达时间残差功率谱等于一个幂律函数与一个常函数sn1(t)＝cn之和，对观测获得的脉冲星脉冲到达时间残差的功率谱进行拟合来获得幂律函数与常函数的参数kn、αn与cn；在对应于同一个下标n的脉冲到达时间残差序列δtni中，存在δtn1使得对任意的序列与的对应关系在使用二阶多项式δtni＝at′ni2+bt′ni+c进行拟合后，对应拟合残差的标准差都小于等于满足以上条件的δtn1中，取最大的一个记为δtn，用二阶多项式拟合红噪声所对应的最长时标。

21、进一步，步骤s6中，在每一次进行脉冲星观测tni时，选取第nk颗脉冲星的距离tni时间长度小于的观测数据处理获得的脉冲到达时间残差使用步骤s5中获得的多项式进行外推计算，预测tni时刻对应的脉冲到达时间残差以作为权重对进行加权平均，获得脉冲星观测时刻tni所对应的离散脉冲星时间tp(tni)。

22、另一方面，本发明提供一种独立于原子时体系的实时脉冲星时间生成系统，所述系统用于实现根据本发明所述的独立于原子时体系的实时脉冲星时间生成方法；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与观测站本地钟示数生成实时脉冲星时间。

23、有益效果：

24、本发明通过短时标内的多项式拟合过程消除了脉冲星测时红噪声的影响，获得的实时脉冲星时间将具有更高的频率稳定度。

25、本发明在开始产生实时脉冲星时间后，将脱离原子时体系独立运作并生成实时脉冲星时间。

26、本发明无需通过复杂数据处理，便可以获得实时脉冲星时间。

技术特征：

1.一种独立于原子时体系的实时脉冲星时间生成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的独立于原子时体系的实时脉冲星时间生成方法，其特征在于，n大于等于10。

3.根据权利要求1所述的独立于原子时体系的实时脉冲星时间生成方法，其特征在于，步骤s1中，第一阶段为4年；每颗脉冲星每次观测时间不低于15分钟，对每颗脉冲星的相邻两次观测的间隔时间维持在10-20天之间。

4.根据权利要求1所述的独立于原子时体系的实时脉冲星时间生成方法，其特征在于，步骤s1中，所述观测数据包含脉冲星辐射不同频率的辐射数据随时间的变化以及观测时间。

5.根据权利要求1所述的独立于原子时体系的实时脉冲星时间生成方法，其特征在于，步骤s2中，处理获得的脉冲到达时间是基于观测站原子钟时间示数。

6.根据权利要求1所述的独立于原子时体系的实时脉冲星时间生成方法，其特征在于，步骤s3中，向国际原子时溯源过程中，由观测站原子钟时间示数溯源至国际原子时需要借助通过卫星导航系统获得的与标准世界协调时比对的钟差文件及国际地球自转服务组织提供的不同时间间的时间差文件。

7.根据权利要求1所述的独立于原子时体系的实时脉冲星时间生成方法，其特征在于，步骤s4中，在获得脉冲到达时间残差δtni的同时可以获得脉冲到达时间残差的误差

8.根据权利要求1所述的独立于原子时体系的实时脉冲星时间生成方法，其特征在于，步骤s5中，脉冲星脉冲到达时间残差的功率谱具有幂律谱的红噪声与平谱的白噪声的叠加，设定脉冲星脉冲到达时间残差功率谱等于一个幂律函数与一个常函数sn1(t)＝cn之和，对观测获得的脉冲星脉冲到达时间残差的功率谱进行拟合来获得幂律函数与常函数的参数kn、αn与cn；在对应于同一个下标n的脉冲到达时间残差序列δtni中，存在δtn1使得对任意的序列与的对应关系在使用二阶多项式δtni＝at'ni2+bt'ni+c进行拟合后，对应拟合残差的标准差都小于等于满足以上条件的δtn1中，取最大的一个记为δtn，用二阶多项式拟合红噪声所对应的最长时标。

9.根据权利要求1所述的独立于原子时体系的实时脉冲星时间生成方法，其特征在于，步骤s6中，在每一次进行脉冲星观测tni时，选取第nk颗脉冲星的距离tni时间长度小于的观测数据处理获得的脉冲到达时间残差使用步骤s5中获得的多项式进行外推计算，预测tni时刻对应的脉冲到达时间残差以作为权重对进行加权平均，获得脉冲星观测时刻tni所对应的离散脉冲星时间tp(tni)。

10.一种独立于原子时体系的实时脉冲星时间生成系统，其特征在于，所述系统用于实现根据权利要求1-9任一项所述的独立于原子时体系的实时脉冲星时间生成方法；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与观测站本地钟示数生成实时脉冲星时间。

技术总结本发明公开了一种独立于原子时体系的实时脉冲星时间生成方法及系统，所述方法包括以下步骤：S1.选取N颗射电脉冲星，观测并记录观测数据；S2.获得脉冲到达时间；S3.溯源至国际原子时；S4.计算国际原子时时刻对应的脉冲到达时间以及时间残差；S5.确定可用二阶多项式拟合红噪声所对应的最长时标；S6.计算获得脉冲星观测时刻所对应的离散脉冲星时间；S7.获得任意时刻观测站原子钟时间示数对应的实时脉冲星时间；S8.以同样的观测间隔与数据记录方式对N颗脉冲星进行陆续观测，采用S7中生成的实时脉冲星时间代替国际原子时计算脉冲到达时间残差；S9.使用该脉冲星最近4年的数据重复步骤S5；S10.获得实时脉冲星时间；S11.重复S8‑S10，获得实时脉冲星时间。技术研发人员：姜鹏,卢吉光,刘雨兰,殷家宁受保护的技术使用者：中国科学院国家天文台技术研发日：技术公布日：2024/3/4