一種脈沖星計時噪聲估計與預報方法
【專利摘要】本發明涉及一種脈沖星計時噪聲估計與預報方法，包括：對脈沖星做計時觀測，得到脈沖星計時觀測數據；對脈沖星計時觀測數據進行分析，從中得到測量噪聲與計時噪聲的自相關矩陣；根據脈沖星計時觀測數據，測量噪聲與計時噪聲的自相關矩陣求解最大似然估計方程，從而得到計時噪聲估計與預報值；其中，所述最大似然估計方程為：s為計時噪聲的估計與預報值，Cs為計時噪聲自相關矩陣，為計時噪聲自相關矩陣的逆矩陣，n為測量噪聲，Cn為測量噪聲自相關矩陣，為測量噪聲自相關矩陣的逆矩陣，o＝s+n為脈沖星計時觀測數據。
【專利說明】一種脈沖星計時噪聲估計與預報方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及脈沖星計時以及脈沖星導航研究領域，特別涉及一種脈沖星計時噪聲 估計與預報方法。
【背景技術】
[0002] 為了精確測量脈沖星自行，需要移除計時噪聲，但是不能影響任何周期接近lyr 的信號。滿足此項要求的計時噪聲移除可以通過fitwaves算法完成，該算法通過將多個最 大周期大于1. 5yr的正弦信號相疊加來擬合計時噪聲。
[0003] 最近研究表明，通過獲得簡單且解析的計時噪聲頻譜模型，并以此為基礎計算計 時噪聲和白噪聲自相關矩陣，可以提高脈沖星參數測量精度。以自相關矩陣為基礎的線性 變換，能夠有效地"白化"觀測數據。如果該線性變換被同時應用到觀測數據和脈沖星時間 模型，將能大大簡化在脈沖星參數擬合中普遍采用的最小二乘算法，線性變換后的最小二 乘可稱為廣義最小二乘。同時，利用最大似然估計，自相關矩陣還能被用于計時噪聲估計和 預報。
[0004] 為了獲得脈沖星脈沖輪廓，在觀測中需要對多個脈沖進行累力卩。對于射電觀測，數 據通常被按照實時預報所得站心脈沖周期進行疊加。在較短時間區間內所進行的脈沖疊加 通常可以假設在此區間內時間模型足夠精確，如果脈沖輪廓折疊所用數據跨度達到數月甚 至數年，則需要考慮計時噪聲對脈沖折疊的影響。例如，為了折疊FermiY射線望遠鏡上 LargeAreaTelescope(LAT)望遠鏡獲取的Y射線光子，需要脈沖星時間模型在幾年時間 內有效。在Y射線脈沖折疊中，需要從射電觀測中獲取脈沖星時間模型；利用該時間模型 預報脈沖相位；將光子按照預報相位進行疊加。在此過程中，射電觀測中計時噪聲可以用通 過fitwaves進行"白化"，但是fitwaves并不是最優化結果，而最大似然估計則能實現最優化 計時噪聲估計；fitwaves不能對計時噪聲進行向前和向后預報；fitwaves擬合結果依賴于所 選擬合階數，階數太低則無法包含所有計時噪聲，階數太多則會引入并不存在的計時噪聲 (尤其是觀測時間間隔較大時）。
[0005] 脈沖星數據的實時折疊通常也需要對脈沖相位進行預報。在脈沖相位預報中，通 常只基于脈沖星時間模型來進行，而忽略計時噪聲的影響。為了提高硬件執行效率，典型時 間預報模型通常用切比雪夫多項式展開。
[0006]X射線脈沖星航天器導航是另一個需要預報脈沖相位的典型應用。比較在航天器 上測得的脈沖到達時間（ToA)和預報所得的太陽系質心（SSB)處脈沖ToA之間的差值，能 獲得航天器位置誤差信息，用于確定航天器位置。但是，由于計時噪聲普遍存在于年輕脈沖 星和毫秒脈沖星時間殘差中，有必要利用最優化手段對計時噪聲進行預報。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于克服現有技術中計時噪聲估計與預報方法的缺陷，從而提供一 種優化的脈沖星計時噪聲估計與預報方法。
[0008] 為了實現上述目的，本發明提供了一種脈沖星計時噪聲估計與預報方法，包括：
[0009]步驟101)、對脈沖星做計時觀測，得到脈沖星計時觀測數據；
[0010] 步驟102)、對步驟101)所得到的脈沖星計時觀測數據進行分析，從中得到測量噪 聲與計時噪聲的自相關矩陣；
[0011] 步驟103)、根據步驟101)得到的脈沖星計時觀測數據，步驟102)得到的測量噪聲 與計時噪聲的自相關矩陣求解最大似然估計方程，從而得到計時噪聲估計與預報值；其中，
[0012] 所述最大似然估計方程為：
[0013]
【權利要求】
1. 一種脈沖星計時噪聲估計與預報方法，包括： 步驟101)、對脈沖星做計時觀測，得到脈沖星計時觀測數據； 步驟102)、對步驟101)所得到的脈沖星計時觀測數據進行分析，從中得到測量噪聲與 計時噪聲的自相關矩陣； 步驟103)、根據步驟101)得到的脈沖星計時觀測數據，步驟102)得到的測量噪聲與計 時噪聲的自相關矩陣求解最大似然估計方程，從而得到計時噪聲估計與預報值；其中， 所述最大似然估計方程為：
s為計時噪聲的估計與預報值，Cs為計時噪聲自相關矩陣，C=1為計時噪聲自相關矩陣 的逆矩陣，η為測量噪聲，Cn為測量噪聲自相關矩陣，Cn1為測量噪聲自相關矩陣的逆矩陣， 〇 =s+n為脈沖星計時觀測數據。
2. 根據權利要求1所述的脈沖星計時噪聲估計與預報方法，其特征在于，在步驟102) 中，采用Tempo2軟件中的插件plk與插件spectralModel分析脈沖星計時觀測數據，得到 測量噪聲與計時噪聲的自相關矩陣。
3. 根據權利要求1所述的脈沖星計時噪聲估計與預報方法，其特征在于，在步驟103) 中，在求解最大似然估計方程時，包括： 通過脈沖星計時觀測數據估計實際觀測時刻的計時噪聲的值； 通過將脈沖星計時觀測數據〇賦零值，并將Cn1中對角線賦為零，預報沒有實際觀測的 其他時刻的計時噪聲的值。
4. 根據權利要求3所述的脈沖星計時噪聲估計與預報方法，其特征在于，采用 Cholesky分解來求解計時噪聲自相關矩陣的逆矩陣Cf。
【文檔編號】G01C21/24GK104236555SQ201410475515
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】鄧新坪 申請人:中國科學院空間科學與應用研究中心