时间频率溯源链的重要特性及其应用

主要以关国国家技术标准研究院（NIST）的时间频率溯源链系统为典型，给出其方框图和技术指标，并述评了NIST的宗旨、任务，及时间频率溯源链的重要特征是：拥有高精度的铯喷泉原始频率基准（准确度、稳定度均-1·10^-15）；在时间频率传递方法和技术研究开发方面处于领先地位；在远程校准的频率测量和分析系统（FMAS），及溯源链系统的尖端装备的高集成化、自动化、智能化、轻量化品质方面均达到先进水平。并综述了高精度的时间频率同步系统在天文学测量、导弹发射、导航、定位等科学实验研究领域中的重要作用和目前达到的关键技术指标。

毫秒(ms)脉冲星计时观

简介了国际上脉冲星计时研究的成果。主要评述中国在脉冲星计时研究方面的进展和观点:某些ms脉冲星可以用作天然的高精度的频率标准源。ms脉冲星时(PTens)的长期稳定度随观测时间的加长而提高,同时,它具有寿命长,稳定、可靠、不需要维修等优点。尽早适时地建立专门用于测量ms脉冲星时(PTens)的脉冲星钟系统网络是有益的。我国正在建设用于脉冲星脉冲到达时间(TOA)测量的50m射电望远镜,和正在研究(FAST)500m射电望远镜。论述了脉冲星时间尺度的建立是可行的,脉冲星时和原子时可以"交叉比对,相互检验,并肩发展"。研究表明综合脉冲星时的长期稳定度明显优于原子时。阐述了把小波分析方法应用于时间尺度,研究结果比较传统方法有明显的优势。对国际间的合作提出建议。并展望了中国的脉冲星计时规划。

厘米波段背景噪声电平的测量方法及数据分析

论述了厘米波段天线背景噪声电平测量的重要作用、基本条件和要求。介绍了其测量系统灵敏度的估值方法,及在工程上用定标的技术参数计算灵敏度的公式。测量结果表明理论计算和测量数据处理结果符合得很好,证明该测量系统的灵敏度估算、工程计算方法及实施的测量方法是科学的、严密的,测量的数据是真实的、准确的。同时给出系统测量原理方框图,定标的技术参数和技术路线等。并对测量结果进行了分析和讨论。

时间频率基准溯源链的重要特性及其作用

论述了美国国家技术标准研究院（NIST）的时间频率基准溯源链，其重要特征是：拥有高精度的铯喷泉原始频率基准（准确度、稳定度均约为1×10^-15）；在时间频率基准传递方法、技术和算法研究方面处于领先地位；在远程校准的频率测量和分析系统（FMAS），及溯源链系统的尖端装备的高集成化、自动化、智能化品质方面均达到领先水平。对高精度的时间频率同步系统在天文学测量、导航、定位等领域中的重要作用和目前达到的关键技术指标做了介绍。

分米波段背景噪声电平的测量方法及数据分析

论述了分米波段天线背景噪声电平测量的重要作用、基本条件和要求。介绍了其测量系统灵敏度的估值方法,及在工程上用定标的技术参数计算灵敏度的公式。测量结果表明理论计算和测量数据处理结果符合得很好,证明该测量系统灵敏度满足估算要求、工程计算方法及实施的测量方法较用传统的天文定标测量后反推算的方法简便易行;测量数据质量也较好,与天文方法测量所得的数据相吻合。同时给出系统测量原理方框图,定标的技术参数和技术路线等。并对测量结果进行了分析和讨论。

50m射电望远镜的时间标准问题的讨论

定量分析了原子钟的时间频率特性产生的守时时差,估算了原子时频标准的守时时差对有关物理量测量所产生的影响．给出了现代实用型原子钟的性能指标比较表,和用现代无线电手段传递、比对时频标准信号达到的指标．论述了高精度时间频率标准在大地、深空间探测、VLBI及毫秒脉冲星计时应用测量中的重要地位、作用．阐述了50 m射电望远镜的科学目标、“嫦娥”1号探月卫星任务对时间标准提出的高精度要求和选用原则．为了实现其科学目标和任务,必须建设与其研究目标相适宜的、标准尽可能高的原子时频标准,才能获得高质量的数据信息和高效能的研究成果．并对建设怎样的时间标准等问题进行讨论和提出具体建议．

L波段背景噪声电平的测量方法及数据分析

论述了L波段天线背景噪声电平测量的重要作用、基本条件和要求。介绍了其测量系统灵敏度的估值方法 ,及在工程上用定标的技术参数计算灵敏度的公式。测量结果表明理论计算和测量数据处理结果符合得很好 ,证明该测量系统灵敏度满足估算要求、工程计算方法及实施的测量方法是科学的、严密的 ,测量的数据是有效的、较准确的。同时给出系统测量原理方框图 ,定标的技术参数和技术路线等。并对测量结果进行了分析和讨论。

NIST时间频率溯源链的重要特征与思考

对NIST的时间频率溯源链的重要特征给予述评。介绍NIST的宗旨、任务 ,阐述了溯源链的含义、意义和标准时间的保持、控制和频率基准在守时中的重要作用。给出授时系统溯源链方块图和性能指标。说明了NIST时间频率标准和国际原子时 (TAI) ,世界协调时 (UTC)之间的统一关系。并对建立我国的独立自主的原子时频标准系统进行了讨论。

基于一维选择线谱的脉冲星辐射脉冲信号辨识

为提高脉冲星辐射脉冲信号辨识效果,利用双谱技术提取了脉冲星累积脉冲轮廓的非线性和非高斯特征.提出了一维选择线谱辨识算法,该算法采用特征核与特征域描述统计信号的共性及个性,定义信号特征矢量方差及特征矢量间的距离,抽取双谱图中具有最强类别可分离度的一维线谱特征向量构成特征模板.实验结果表明:一维选择线谱特征向量适于脉冲星信号辨识,且与选择双谱相比,一维选择线谱算法使整个特征向量具有最大类间可分离度,可以获得更好的辨识效果.

基于最大似然的X射线脉冲星空间定位研究

为提高X射线脉冲星空间定位精度,讨论了脉冲TOA测量技术,解释了X射线脉冲星空间导航定位的时间参考原点定义;研究了基于最大似然估计的X射线脉冲星空间定位算法,以4颗X射线脉冲星源作为解脉冲周期模糊的最小运算单元,不断引入新的X射线脉冲星直至确定唯一的脉冲整周期数;选取5颗X射线脉冲星源,建立空间定位模型。仿真实验表明在半径约121309Km的球形试探范围内至少需要5颗脉冲星才能确定唯一的脉冲整周期数,结合最大似然估计可以有效提高空间定位精度。

中心差分Kalman滤波方法在X射线脉冲星导航中的应用

由于脉冲星脉冲到达时间的测量需要较长时间,基于传统的扩展Kalman滤波的X射线脉冲星定轨方法精度较低。为此,提出了将中心差分Kalman滤波应用于X射线脉冲星导航中,利用中心差分Kalman滤波替代扩展Kalman滤波,通过结合航天器轨道动力学模型和脉冲星观测信息进行定轨。仿真结果表明,中心差分Kalman滤波方法的定轨精度高于扩展Kalman滤波方法。

基于整周期数关系式的TDOA周期模糊求解算法

基于正交原理建立了TDOA整周期数关系式,提出了基于上述整周期数关系式的TDOA周期模糊求解算法,并分别分析了Doppler、Parallax及Sun-Shapiro项对整周期数关系式残差的影响,给出了整周期数向量搜索门限的设置方法。TDOA整周期数关系式以脉冲星自身属性作为因子,以每次测量的TDOA值作为常数项。理论分析与仿真实验结果表明,基于整周期数关系式的TDOA周期模糊求解算法可以有效降低系统运算量,且可将TDOA整周期数关系式中的参数项固化入运算系统硬件或存储于处理器的存储单元中,便于工程实现。

一种新的XPNAV系统解脉冲周期模糊算法

为降低X射线脉冲星导航定位(XPNAV)系统解脉冲周期模糊的复杂度,提高其工程实用性,该文提出一种新的XPNAV系统解脉冲周期模糊算法。以脉冲星自身属性确定的量作为因子,以每次测量的脉冲到达时间差(TDOA)相位余值确定的量作为常数项,基于正交原理建立了新的脉冲整周期数关系式。理论分析与仿真实验结果表明,新的解脉冲周期模糊算法可以有效降低系统运算量,且可将脉冲整周期数关系式中的参数项固化入运算系统硬件或存储于处理器的存储单元中,便于工程实现。

基于小波变换的脉冲星弱信号的去噪方法研究

利用小波变换去除噪声的基本原理和方法及消色散方法对毫秒脉冲星极弱信号进行了提取,并对噪声进行了最佳阈值选取实验研究,实现了脉冲星弱信号消色散积累后的检测和抑噪。并研究了软硬阈值估计子等不同阈值消噪技术,进而对PSR 0437-4715信号采用不同方法去噪后的结果进行了分析比较,认为在最大分解层数J=5时对脉冲星信号处理有普适意义。研究结果认为基于小波变换的消噪方法是一种提高信噪比、展示噪声和突变信号的优越方法。

改进的小波阈值消噪法应用于脉冲星弱信号处理

利用小波变换去除噪声的基本原理和方法及消色散方法对毫秒脉冲星极弱信号进行了提取,并对噪声进行了最佳阈值选取实验研究,实现了脉冲星弱信号消色散积累后的检测和抑噪。并研究了阈值函数的几种改进方案,进而对PSR 0437-4715信号用不同方法去噪后的结果进行了分析比较,认为采用改进的阈值函数对脉冲星信号处理较采用传统的软、硬阈值函数处理具有优越性。研究结果表明改进的小波阈值消噪方法是一种提高信噪比、展示噪声和突变信号的优越方法。

脉冲星J0437-4715辐射过程的混沌特性研究

为了研究脉冲星辐射机制中的非线性动力学特性，计算了毫秒脉冲星J0437～4715单个脉冲辐射强度时间序列的饱和关联维数、Kolmogorov熵和Lyapunov指数，统计了104个单个脉冲辐射强度时间序列的混沌特征参数的分布。研究结果表明，毫秒脉冲星J0437—4715单个脉冲辐射过程存在混沌特性，描述这种复杂的非线性辐射机制至少需要5～6个独立变量，采用混沌预测方法对单个脉冲辐射强度进行预测的时间尺度理论值分布在以1．67ms为中心的窄带内。

基于HEASARC数据库的X射线脉冲星虚拟观测平台设计

为满足天文、航空航天及其他相关专业的科研实验及教学的需要,设计了基于HEASARC数据库的X射线脉冲星虚拟观测平台系统。系统由服务器系统、教学服务平台及实验服务平台3部分构成,以界面层、网络层、管理层、工具层及数据层的体系结构,实现系统管理、教学、专业及非专业科研实验的不同需求。虚拟观测平台系统的开发有利于专业领域本科生的教学及硕博研究生科研工作的开展,也有利于非专业领域学生的兴趣培养及天文学科知识的普及。

X射线脉冲星空间导航虚拟实验平台的研制

为满足天文学、航空航天科学技术及其他相关专业教学及硕士、博士研究生对X射线脉冲星空间导航实验的需要，设计了X射线脉冲星空间导航虚拟实验平台系统。系统由x射线脉冲星虚拟观测平台、X射线脉冲星观测数据模拟器、XPNAV实验平台及实验系统控制平台4部分构成。虚拟观测平台下载HEASARC观测数据并进行数据预处理，观测数据模拟器提供多路同步观测的X射线脉冲星观测数据，XP-NAV实验平台配置集成仿真环境并设计组态化工具。