一种新的脉冲星测时方法

本发明涉及高精度脉冲星测时，更具体的说是涉及一种新的脉冲星测时方法。

背景技术：

1、脉冲星是高速旋转、具有极强磁场和极高密度的中子星，是宇宙中最精准的天然时钟和地球上无法模拟的极端条件下的物理实验室。脉冲星测时观测是物理学中最精确物理量测量之一，具有广泛的天体物理和基础物理的应用价值。高精度的脉冲星测时结果可用于纳赫兹引力波探测、广义相对论检验、极端致密物态和脉冲星时间等前沿基础科学研究。现有脉冲星测时测量方法是：首先消除星际介质的色散引起的频率延迟，然后对所有频率通道上的数据进行累加平均，最后采用taylor 1992将脉冲平均轮廓与脉冲模版进行互相关获得toa，其中模版轮廓采用的是对整个接收频段采用频率累加平均并平滑的方法获得，该方法假设脉冲轮廓形状不随频率发生演化，忽略了脉冲星本身固有和星际介质变化引起的脉冲轮廓演化的问题。

2、传统的脉冲星到达时间测量toa(time ofarrival)测量中，首先构建一维频率平均的脉冲轮廓模版，再依据taylor 1992(fourierphase-gradient shift algorithm，简称fftfit”)方法，对轮廓模版和观测的脉冲平均轮廓进行匹配，从而获得toa，其潜在假设脉冲轮廓形状不随频率发生演化，轮廓在相位上对齐，但在实际观测中，脉冲轮廓随频率有明显的轮廓演化现象，该方法带来了相应的误差。

3、随着射电天文技术的快速发展，脉冲星测时观测进入超宽带时代，如从以前的几十mhz观测带宽，到现在几ghz有极大的改善。在传统的脉冲星测时方法中，是假设脉冲轮廓形状不随频率发生演化，并忽略了脉冲星本身固有和星际介质变化引起的脉冲轮廓演化的问题。随着观测带宽的扩展，传统的脉冲星测时方法已无法应对脉冲星轮廓演化和星际介质变化带来的误差。

4、因此，提出一种新的脉冲星测时方法，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种新的脉冲星测时方法，用于解决现有技术中存在的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种新的脉冲星测时方法，包括以下步骤：

4、s1、将一维脉冲轮廓扩展到二维，构建由频率和相位组成的二维脉冲轮廓模型p(f，t)；

5、s2、利用二维脉冲轮廓模型，对整个观测带宽进行脉冲星到达时间测量和星际介质色散dm变化的同步测量。

6、上述的方法，可选的，由频率和时间组成的二维脉冲轮廓模型具体为：

7、p(f,t)＝a(f)+b(f)·s(f,t-δτ-d·δdm/f2)+n(f,t)；

8、其中，f为观测频率，t为时间，a为随频率的基线差值，b为比例因子，s(f，t)为构建的二维脉冲轮廓模版，由不同观测频带引起的色散延迟，d为星际介质的色散常数，δτ为脉冲轮廓和模版间的相位差，δdm为脉冲轮廓和模版轮廓间的色散差值，n(f,t)为构建的随频率和时间变化的噪声信号，f2为观测频率。

9、上述的方法，可选的，根据获得的二维脉冲轮廓模型的公式经过傅立叶变换后脉冲信号的频率描述为：

10、

11、其中，k＝0,,n-1，j＝1,,nb，nb为观测带宽的频率通道数，n为脉冲周期的bin数，gj,k为相位和频率上的随机噪声，sj,k为相位和频率上的脉冲相位，为脉冲相位，为通道和频率上的脉冲相位。

12、上述的方法，可选的，一维脉冲到达时间toa的测量值δτ的似然函数为：

13、

14、其中，pk为观测脉冲轮廓傅立叶变换的幅度，δτ为脉冲轮廓和模版间的相位差，b为比例因子，sk为标准脉冲轮廓傅立叶变换的幅度，σk为噪声的均方根，ei为欧拉公式，φk为脉冲相位，θk为脉冲相位，k为第k个频率分量。

15、上述的方法，可选的，一维测量toa的测量值δτ，在进行宽带测量δτ和δdm的似然函数为：

16、

17、其中，nb为观测带宽的频率通道数，n为脉冲周期的bin数，pj,k为观测脉轮廓的幅度，bj为比例因子，sj,k为标准轮廓的幅度，σj,k为噪声的均方根，ei为欧拉公式，为脉冲相位，θj,k为脉冲相位，k为第k个bin数，δτj为相位差。

18、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种新的脉冲星测时方法，其有益效果为：脉冲星测时方法可以实现脉冲星到达时间toa和dm的同步测量，提高toa的测量精度，实现dm的实时监测。

技术特征：

1.一种新的脉冲星测时方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种新的脉冲星测时方法，其特征在于，由频率和时间组成的二维脉冲轮廓模型具体为：

3.根据权利要求2所述的一种新的脉冲星测时方法，其特征在于，根据获得的二维脉冲轮廓模型的公式经过傅立叶变换后脉冲信号的频率描述为：

4.根据权利要求1所述的一种新的脉冲星测时方法，其特征在于，一维脉冲到达时间toa的测量值δτ的似然函数为：

5.根据权利要求4所述的一种新的脉冲星测时方法，其特征在于，一维测量toa的测量值δτ，在进行宽带测量δτ和δdm的似然函数为：

技术总结本发明公开了一种新的脉冲星测时方法，应用于高精度脉冲星测时技术领域。包括以下步骤：S1、将一维脉冲轮廓扩展到二维，构建由频率和相位组成的二维脉冲轮廓模版P(f，t)；S2、利用二维脉冲轮廓模型，对整个观测带宽进行脉冲星到达时间测量和星际介质色散DM变化的同步测量。本发明的脉冲星宽带测时方法可以实现脉冲星到达时间TOA和DM的同步测量，提高TOA的测量精度，实现DM的实时监测。技术研发人员：徐永华,李志玄,郝龙飞受保护的技术使用者：中国科学院云南天文台技术研发日：技术公布日：2024/6/11