【摘要】：脈沖星角位置參數(shù)是諸多研究領(lǐng)域的重要基礎(chǔ),如參考架建立、脈沖星計(jì)時(shí)模型建模、引力波探測(cè)和脈沖星導(dǎo)航等。獲取高精度的角位置參數(shù)將推動(dòng)脈沖星方面的研究工作進(jìn)入更具實(shí)際價(jià)值的工程應(yīng)用階段。地面甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量精度在毫角秒至亞毫角秒量級(jí),由于地球半徑限制、大氣擾動(dòng)、基線長(zhǎng)度和時(shí)延估計(jì)誤差等因素的影響,其測(cè)量精度難以繼續(xù)提高。本文針對(duì)現(xiàn)有測(cè)量手段對(duì)角位置參數(shù)測(cè)量精度不足的難題,研究了高精度的脈沖星角位置測(cè)量方法。脈沖星角位置測(cè)量是在慣性空間基準(zhǔn)下,利用脈沖星輻射信號(hào)解算出赤經(jīng)和赤緯參數(shù)的過(guò)程。本文研究了基于光子聚束效應(yīng)的X射線脈沖星角位置測(cè)量方法。所提方法是利用兩顆或兩顆以上航天器的皮秒量級(jí)的觀測(cè)數(shù)據(jù),根據(jù)光子聚束原理,采用統(tǒng)計(jì)方法高精度的反演脈沖星的赤經(jīng)和赤緯參數(shù)。它涉及脈沖星信號(hào)模型、光子聚束、高精度光子到達(dá)時(shí)間、時(shí)間校正分析、空間基線誤差分析、符合矩陣擬合處理和光子到達(dá)時(shí)間仿真等。本文從以上方面開(kāi)展了研究。首先提出了一種基于光子符合的脈沖星角位置測(cè)量方法,該方法利用光子聚束效應(yīng)中光子符合數(shù)目與角位置參數(shù)精度成正相關(guān)的現(xiàn)象,通過(guò)相干性測(cè)量獲取高精度脈沖星角位置。本文設(shè)計(jì)了二階相干函數(shù)計(jì)算方法,利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了相干函數(shù)的展寬效應(yīng),提出了X射線脈沖星輻射場(chǎng)相干性測(cè)量方案。觀測(cè)X射線脈沖星相干性,即符合光子的數(shù)目,需要高精度的角位置參數(shù),據(jù)此設(shè)計(jì)了所提方法流程并給出了證明過(guò)程。為從符合光子中提取角位置參數(shù),構(gòu)造了符合矩陣,設(shè)計(jì)了符合矩陣最大元素所在位置的擬合方法,給出了符合矩陣中主要圖像特征為橢圓或直線兩種情況下的算法和約束方程。考慮脈沖星自行,推導(dǎo)了角位置變化速率公式,分析了觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)的約束條件,給出了任意時(shí)刻脈沖星角位置擬合方法。并將所提方法與時(shí)延量測(cè)角方法進(jìn)行比較,從理論上表明了所提方法不存在難以收斂的問(wèn)題。然后從時(shí)間校正、光子聚束比例、光子符合精度、位置誤差和航天器軌道夾角等方面,分析了所提方法的影響因素,并進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明:為實(shí)現(xiàn)亞皮秒量級(jí)的仿真精度需要采用全部航天器處到太陽(yáng)系質(zhì)心處的時(shí)間校正項(xiàng);航天器處到參考位置處的時(shí)間校正公式只需使用幾何、太陽(yáng)和地球Shapiro時(shí)延項(xiàng)即可實(shí)現(xiàn)皮秒量級(jí)的時(shí)間校正;所提方法要求位置誤差小于厘米量級(jí),在高光子聚束比例下,光子符合精度提高1個(gè)數(shù)量級(jí)對(duì)應(yīng)測(cè)角精度提高1個(gè)數(shù)量級(jí),在低光子聚束比例下,為實(shí)現(xiàn)同樣的測(cè)量精度需要適當(dāng)降低光子符合精度;航天器軌道夾角和初始位置會(huì)影響符合矩陣主要特征圖像的形狀,最好采用三個(gè)航天器進(jìn)行聯(lián)合觀測(cè)。最后設(shè)計(jì)了高精度的數(shù)值仿真方法,實(shí)現(xiàn)了軟件驗(yàn)證系統(tǒng),并給出仿真結(jié)果。推導(dǎo)了含有自行速度參數(shù)的太陽(yáng)系質(zhì)心處脈沖星計(jì)時(shí)模型,通過(guò)仿真計(jì)算,在30天內(nèi)傳統(tǒng)計(jì)時(shí)模型的相位精度約在10~(-8)量級(jí)。設(shè)計(jì)了一種亞皮秒量級(jí)的具有二階相干特性的航天器處光子到達(dá)時(shí)間仿真方法。以可視化軟件形式實(shí)現(xiàn)了數(shù)值仿真驗(yàn)證系統(tǒng),可進(jìn)行在軌實(shí)驗(yàn)前的地面驗(yàn)證。對(duì)光子符合角位置測(cè)量方法的仿真結(jié)果表明:在光子聚束比例為0.0001,光子符合精度為0.1 ns,總觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)為10000 s,航天器和地球位置誤差標(biāo)準(zhǔn)差均為1 cm,使用三個(gè)航天器且探測(cè)器有效面積均為100 cm~2進(jìn)行聯(lián)合觀測(cè)的情況下,實(shí)現(xiàn)了對(duì)Crab脈沖星赤經(jīng)的測(cè)量誤差小于5個(gè)微時(shí)秒和赤緯小于32個(gè)微角秒的高精度測(cè)量。本文所提基于光子符合的測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)了微角秒精度的脈沖星角位置測(cè)量目標(biāo),分析了影響因素并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。該方法比地面甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量的精度高1到2個(gè)數(shù)量級(jí)。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V448.2
【圖文】：

喬瑟林貝爾[30]

幾何時(shí)延變化規(guī)律（左，APL=58；右，TDB=2019.0）

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本文編號(hào)：2713180