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高稳定度X射线脉冲星信号模拟

孙海峰 谢楷 李小平 方海燕 刘秀平 傅灵忠 孙海建 薛梦凡

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高稳定度X射线脉冲星信号模拟

孙海峰, 谢楷, 李小平, 方海燕, 刘秀平, 傅灵忠, 孙海建, 薛梦凡

A simulation technique of X-ray pulsar signals with high timing stability

Sun Hai-Feng, Xie Kai, Li Xiao-Ping, Fang Hai-Yan, Liu Xiu-Ping, Fu Ling-Zhong, Sun Hai-Jian, Xue Meng-Fan
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  • X射线脉冲星导航是一种完全自主的导航方式, 在深空乃至行星际空间具有潜在的工程应用价值.由于空间飞行试验系统复杂, 成本巨大, 在实验室环境下高精度地模拟X射线脉冲星信号对数据处理方法和导航方案的验证具有重要意义. 针对当前机械转盘式模拟系统中时间稳定度和轮廓精度的不足, 提出了一种通过产生的轮廓电压信号直接控制可见光光源, 再利用衰减获得光子流, 最后经单光子探测和处理电路输出光子到达时间序列的模拟新方法.该方法实现成本低, 支持任意X射线脉冲星信号的模拟, 且具有高时间稳定度和轮廓精度. 详细地讨论了该方法的原理和涉及的关键技术, 搭建了X射线脉冲星信号模拟系统, 并进行了实验. 实验结果表明: 该系统大幅提高了X射线脉冲星信号的模拟效果, 将模拟脉冲星自转周期的稳定度从现有的10-4提高到10-9; 当探测器面积为1 m2, 探测能谱范围为2–10 keV, 积分时间为1200 s时, 模拟的PSR B1509-58 观测脉冲轮廓与标准脉冲轮廓的相关系数达到了0.993.
    A simulation experiment system is required presently, for the space flight experiment of X-ray pulsar based navigation is very costly. To solve the crucial issues of the timing stability and the profile precision in existing simulation techniques of pulsar signal, a new simulation technique which utilizes visible light is proposed. The simulation experiment system is set up based on the proposed technique. And some experiments are carried out to test the proposed technique. The results demonstrate that the proposed technique can be used to simulate any of known pulsars. The timing stability of simulated X-ray pulsars is raised from 10-4 to 10-9. And the accuracy of pulsar profile simulation is noticeably improved. Within the X-ray band 1-10 keV, when the observation time reaches 1200 s, and the area of the X-ray detector is 1 m2, the Pearson correlation coefficient of pulsar's observation profile with the standard template profile arrives at 0.993. And the simulation experiment system can be realized with high flexibility and low cost. On the basis of the simulation experiment system, the signal characteristic of X-ray pulsar can be investigated. On the other hand, the performances of X-ray pulsar signal processing algorithms and navigation algorithms can be surveyed in detail.
    [1]

    Sheikh S I 2005 Ph. D. Dissertation (Maryland: University of Maryland)

    [2]

    Shuai P, Li M, Chen S L, Huang Z 2009 Principles and Techniques of X-ray Pulsar Based Navigation System (Beijing: China Astronauic Publishing House) p20 (in Chinese) [帅平, 李明, 陈绍龙, 黄震 2009 X射线脉冲星导航系统原理与方法(北京: 中国宇航出版社) 第20页]

    [3]

    Hanson J E 1996 Ph. D. Dissertation (Stanford: Stanford University)

    [4]

    Su Z, Xu L P, Wang T 2011 Acta Phys. Sin. 60 119701 [苏哲, 许录平, 王婷 2011 物理学报 60 119701]

    [5]

    Hu H J, Zhao B S, Sheng L Z, Yan Q R 2011 Acta Phys. Sin. 60 029701 [胡慧君, 赵宝升, 盛立志, 鄢秋荣 2011 物理学报 60 029701]

    [6]

    Sun S M, Zheng W, Tang G J, Li M 2009 Acta Astron. Sin. 50 325 (in Chinese) [孙守明, 郑伟, 汤国建, 李满 2009 天文学报 50 325]

    [7]

    Hu R J 2002 J. Southeast Univ. (Natural Sci. Ed.) 32 1 (in Chinese) [胡仁杰 2002 东南大学学报 (自然科学版) 32 1]

    [8]

    Liu Z J, Zhou Y Y, Hu L L, Zhou Q L 2001 Optical Fiber Communications (Xi'an: Publishing House of Xidian University) pp119-123 (in Chinese) [刘增基, 周洋溢, 胡辽林, 周绮丽 2001 光纤通信(西安: 西安电子科技大学出版社) 第119–123页]

    [9]

    Gerd K 2000 Optical Fiber Communications (3rd Ed.) (USA: the McGraw-Hill Companies, Inc) pp126-147

    [10]

    Emadzadeh A A, Speyer J L 2010 IEEE Trans. Sig. Proc. 58 4484

    [11]

    Becker W 2005 Advanced Time-Correlated Single Photon Counting Techniques (New York: Springer Berlin Heidelberg) pp332-349

    [12]

    James D S 1993 IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 31 48

    [13]

    Chen F Y 1992 Measurement and Control of Satellites (Beijing: Science Press) pp434-437 (in Chinese) [陈芳允 1992 卫星测控手册(北京: 科学出版社) 第434–437页]

    [14]

    Grindlay J, Gursky H, Schnopper H 1976 Astron. J. 205 L127

    [15]

    Joss P C 1978 Astron. J. 225 L123

  • [1]

    Sheikh S I 2005 Ph. D. Dissertation (Maryland: University of Maryland)

    [2]

    Shuai P, Li M, Chen S L, Huang Z 2009 Principles and Techniques of X-ray Pulsar Based Navigation System (Beijing: China Astronauic Publishing House) p20 (in Chinese) [帅平, 李明, 陈绍龙, 黄震 2009 X射线脉冲星导航系统原理与方法(北京: 中国宇航出版社) 第20页]

    [3]

    Hanson J E 1996 Ph. D. Dissertation (Stanford: Stanford University)

    [4]

    Su Z, Xu L P, Wang T 2011 Acta Phys. Sin. 60 119701 [苏哲, 许录平, 王婷 2011 物理学报 60 119701]

    [5]

    Hu H J, Zhao B S, Sheng L Z, Yan Q R 2011 Acta Phys. Sin. 60 029701 [胡慧君, 赵宝升, 盛立志, 鄢秋荣 2011 物理学报 60 029701]

    [6]

    Sun S M, Zheng W, Tang G J, Li M 2009 Acta Astron. Sin. 50 325 (in Chinese) [孙守明, 郑伟, 汤国建, 李满 2009 天文学报 50 325]

    [7]

    Hu R J 2002 J. Southeast Univ. (Natural Sci. Ed.) 32 1 (in Chinese) [胡仁杰 2002 东南大学学报 (自然科学版) 32 1]

    [8]

    Liu Z J, Zhou Y Y, Hu L L, Zhou Q L 2001 Optical Fiber Communications (Xi'an: Publishing House of Xidian University) pp119-123 (in Chinese) [刘增基, 周洋溢, 胡辽林, 周绮丽 2001 光纤通信(西安: 西安电子科技大学出版社) 第119–123页]

    [9]

    Gerd K 2000 Optical Fiber Communications (3rd Ed.) (USA: the McGraw-Hill Companies, Inc) pp126-147

    [10]

    Emadzadeh A A, Speyer J L 2010 IEEE Trans. Sig. Proc. 58 4484

    [11]

    Becker W 2005 Advanced Time-Correlated Single Photon Counting Techniques (New York: Springer Berlin Heidelberg) pp332-349

    [12]

    James D S 1993 IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 31 48

    [13]

    Chen F Y 1992 Measurement and Control of Satellites (Beijing: Science Press) pp434-437 (in Chinese) [陈芳允 1992 卫星测控手册(北京: 科学出版社) 第434–437页]

    [14]

    Grindlay J, Gursky H, Schnopper H 1976 Astron. J. 205 L127

    [15]

    Joss P C 1978 Astron. J. 225 L123

  • [1] 苏剑宇, 方海燕, 包为民, 孙海峰, 赵良. 航天器处X射线脉冲星观测信号模拟方法. 物理学报, 2022, 71(22): 229701. doi: 10.7498/aps.71.20221097
    [2] 周庆勇, 魏子卿, 闫林丽, 孙鹏飞, 刘思伟, 冯来平, 姜坤, 王奕迪, 朱永兴, 刘晓刚, 明锋, 张奋, 贺珍妮. 面向综合定位导航授时系统的天地基脉冲星时间研究. 物理学报, 2021, 70(13): 139701. doi: 10.7498/aps.70.20210288
    [3] 张海燕, 汪琳莉, 吴琛怡, 王煜蓉, 杨雷, 潘海峰, 刘巧莉, 郭霞, 汤凯, 张忠萍, 吴光. 高时间稳定性的雪崩光电二极管单光子探测器. 物理学报, 2020, 69(7): 074204. doi: 10.7498/aps.69.20191875
    [4] 方海燕, 丛少鹏, 孙海峰, 李小平, 苏剑宇, 张力, 沈利荣. 具有多物理特性的X射线脉冲星导航地面验证系统. 物理学报, 2019, 68(8): 089701. doi: 10.7498/aps.68.20182232
    [5] 徐能, 盛立志, 张大鹏, 陈琛, 赵宝升, 郑伟, 刘纯亮. X射线脉冲星导航动态模拟实验系统研制与性能测试. 物理学报, 2017, 66(5): 059701. doi: 10.7498/aps.66.059701
    [6] 周庆勇, 刘思伟, 郝晓龙, 姬剑锋, 贺珍妮, 张彩红. 空间X射线观测确定脉冲星星历表参数精度分析. 物理学报, 2016, 65(7): 079701. doi: 10.7498/aps.65.079701
    [7] 方海燕, 刘兵, 李小平, 孙海峰, 薛梦凡, 沈利荣, 朱金鹏. 一种基于最优频段的X射线脉冲星累积轮廓时延估计方法. 物理学报, 2016, 65(11): 119701. doi: 10.7498/aps.65.119701
    [8] 代锦飞, 赵宝升, 盛立志, 周雁楠, 陈琛, 宋娟, 刘永安, 李林森. 标定脉冲星导航探测器的荧光X射线光源. 物理学报, 2015, 64(14): 149701. doi: 10.7498/aps.64.149701
    [9] 孙海峰, 包为民, 方海燕, 李小平. X射线脉冲轮廓稳定性对导航精度的影响. 物理学报, 2014, 63(6): 069701. doi: 10.7498/aps.63.069701
    [10] 周庆勇, 姬剑锋, 任红飞. 非等间隔计时数据的X射线脉冲星周期快速搜索算法. 物理学报, 2013, 62(1): 019701. doi: 10.7498/aps.62.019701
    [11] 周峰, 吴光敏, 赵宝升, 盛立志, 宋娟, 刘永安, 鄢秋荣, 邓宁勤, 赵建军. 基于X射线脉冲星导航的模拟调制仿真源研究. 物理学报, 2013, 62(11): 119701. doi: 10.7498/aps.62.119701
    [12] 盛立志, 赵宝升, 吴建军, 周峰, 宋娟, 刘永安, 申景诗, 鄢秋荣, 邓宁勤, 胡慧君. X射线脉冲星导航系统模拟光源的研究. 物理学报, 2013, 62(12): 129702. doi: 10.7498/aps.62.129702
    [13] 周庆勇, 姬剑锋, 任红飞. X射线脉冲星自主导航的观测方程. 物理学报, 2013, 62(13): 139701. doi: 10.7498/aps.62.139701
    [14] 谢强, 许录平, 张华, 罗楠. X射线脉冲星累积轮廓建模及信号辨识. 物理学报, 2012, 61(11): 119701. doi: 10.7498/aps.61.119701
    [15] 王朋, 赵宝升, 盛立志, 胡慧君, 鄢秋荣. X射线脉冲星导航系统导航精度的研究. 物理学报, 2012, 61(20): 209702. doi: 10.7498/aps.61.209702
    [16] 胡慧君, 赵宝升, 盛立志, 赛小锋, 鄢秋荣, 陈宝梅, 王朋. 用于脉冲星导航的X射线光子计数探测器研究. 物理学报, 2012, 61(1): 019701. doi: 10.7498/aps.61.019701
    [17] 张华, 许录平, 谢强, 罗楠. 基于Bayesian估计的X射线脉冲星微弱信号检测. 物理学报, 2011, 60(4): 049701. doi: 10.7498/aps.60.049701
    [18] 胡慧君, 赵宝升, 盛立志, 鄢秋荣. 基于X射线脉冲星导航的地面模拟系统研究. 物理学报, 2011, 60(2): 029701. doi: 10.7498/aps.60.029701
    [19] 苏哲, 许录平, 王婷. X射线脉冲星导航半物理仿真实验系统研究. 物理学报, 2011, 60(11): 119701. doi: 10.7498/aps.60.119701
    [20] 谢振华, 许录平, 倪广仁. 基于双谱的脉冲星累积脉冲轮廓时间延迟测量. 物理学报, 2008, 57(10): 6683-6688. doi: 10.7498/aps.57.6683
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-11-03
  • 修回日期:  2012-12-18
  • 刊出日期:  2013-05-05

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