一种基于泊松分布的提高X射线脉冲星脉冲轮廓信噪比.pdfVIP

中国科学: 物理学 力学 天文学 2011 年 第41 卷 第8 期: 1 ~ 6 SCIENTIA SINICA Phys, Mech Astron SCIENCE CHINA PRESS 论 文 一种基于泊松分布的提高X 射线脉冲星脉冲轮廓 信噪比的方法 ①②* ① ①② ①② ①② ①② 胡慧君 , 赵宝升 , 盛立志 , 鄢秋荣 , 杨颢 , 陈宝梅 ① 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119; ② 中国科学院研究生院, 北京 100039 *E-mail: huhuijun@ 收稿日期: 2010-12-15; 接受日期: 2011-05-20; 网络出版日期: 2011-06-22 摘要 论述了X 射线脉冲星辐射模型和脉冲轮廓构造算法, 提出了以Kullback-leibler 距离函数作为评价标 准, 提高具有泊松分布规律的 X 射线脉冲星脉冲轮廓信噪比的平滑算法, 推导了平滑参数和平滑累积脉冲轮 廓的计算公式. 搭建了X 射线脉冲星导航地面模拟系统, 实现了对模拟X 射线脉冲星单光子到达时间的记录 及X 射线脉冲星脉冲轮廓的构造, 得到了X 射线脉冲到达时间TOA. 在X 射线脉冲星导航地面模拟系统上, 对平滑算法进行了验证, 结果表明该算法对于提高累积脉冲轮廓的信噪比效果显著, 信噪比提高大于 10 dB. 关键词 X 射线脉冲星导航, 脉冲轮廓, 信噪比, 泊松分布 PACS: 97.60.Gb, 07.85.-m, 07.05.Fb 1 引言 变化、色散延迟、散射、相对论效应、双星系统的轨 道运动、地球运动及其他未知因素等的影响[2], 脉冲 脉冲星是太阳系以外的遥远天体, 其位置坐标 星累积脉冲轮廓存在各种噪声, 影响 TOA 的测量精 犹如恒星星表一样构成一种高精度天球参考系, 且 度. 为提高 TOA 的测量精度, 需设法提高累积脉冲 按一定频率发射稳定的脉冲信号, 长期稳定度好于 轮廓的信噪比, 抑制信号中的干扰噪声. 本文在论述 地球上最稳定的铯原子钟, 可提供绝好的空间参考 脉冲星辐射泊松统计模型的基础上, 提出了一种基 基准和时间基准, 为空间飞行提供天然的导航信标. 于 Kullback-leibler 距离函数的提高累积脉冲信噪比 X 射线脉冲星脉冲到达时间(Time of Arrival, TOA)的 的算法, 搭建的脉冲星导航地面模拟系统中对该算 测量是 X 射线脉冲星自主导航系统的一个决定性因 法予以验证, 结果表明该算法对于提高累积脉冲轮 素, 而脉冲到达时间测量精度主要取决于脉冲星累 廓的信噪比及脉冲到达时间的测量精度非常有效. 积脉冲轮廓时间延迟的测量精度. 广泛采用的 Taylor 频域算法使时间延迟的估计精度不再依赖累积脉冲 2 脉冲星辐射模型 轮廓的时间分辨率, 而决定于累积脉冲轮廓的信噪 比[1]. 然而, 受脉冲星自转周期的变化、脉冲星位置 X 射线脉冲星的脉冲辐射光子到达探测器, 并被 引用格式: 胡慧君, 赵宝升, 盛立志, 等. 一种基于泊松分布的提高 X 射线脉冲星脉冲轮廓信噪比的方法. 中国科学: 物理学 力学 天文学, 2011, 41: 1–6 Hu H J, Zhao B S, Sheng L Z, et al. A method for