脉冲星VLBI观测软件相关处理进展

VLBI是进行高分辨率脉冲星观测研究的重要手段.脉冲星信号是非常微弱的脉冲序列,其VLBI观测面临多种挑战.在数据相关过程中采用有效技术提取脉冲星信号可提高观测成功率和精度.DiFX(Distributed FX-style Software Correlator)是目前国际上流行的开源软件相关处理机,它采用非相干消色散技术和“脉冲星数据分箱技术”(Pulsar Binning),在脉冲星VLBI观测数据的相关处理方面具有优异的性能.介绍了DiFX的构架,安装、调试方法,并对利用DiFX处理脉冲星VLBI观测数据的进展情况进行论述.利用单机环境下的DiFX,在普通模式和Pulsar Binning模式下对中国VLBI网(CVN)第一次脉冲星观测数据进行相关处理;利用德国马普射电天文研究所集群计算环境下的Bonn-DiFX,在Pulsar Binning模式下对流量仅有2.6 mJy的毫秒脉冲星PSRJ1022+1001的欧洲VLBI网(EVN)观测数据成功进行相关处理.最后,对使用DiFX处理脉冲星观测数据情况进行总结,并展望了今后CVN开展脉冲星观测研究的前景.     

脉冲星信号VLBI软件相关处理方法研究

脉冲星自发现以来一直是天文学家们关注的对象,甚长基线干涉测量(very long baseline interferometer,VLBI)更是以极高的角分辨率和灵敏度成为脉冲星研究的重要手段。为了使上海天文台现有的中国VLBI网(Chinese VLBI network,CVN)软件处理机能够处理脉冲星信号,讨论了用频率通道间时延补偿的方法实现非相干消色散,并通过加入矩形脉冲门同步信号,提取有效脉冲,提高了信噪比。然后改进现有CVN处理机结构,实现脉冲星信号的相关处理。最后,对脉冲位置搜索和脉冲星数据分箱(pulsar binning)技术做了初步分析与探索。VLBI数据处理结果表明此方法正确可行,能够消除色散,并获得脉冲星信号的相关处理条纹。     

基于DBBC＋Mark5B记录系统的脉冲星观测

2009年11月,云南天文台射电天文研究团组采用40m射电望远镜以及基于DBBC（Digital Base Band Conveter）和Mark5B的VLBI记录系统对PSRJ08354510和PSRJ0332＋5434进行了观测。观测选用S波段右旋圆极化信号,起始频率为2206．99MHz,总带宽为32MHz。对数据进行相干消色散和平均后,得到PSRJ0332＋5434的单脉冲图像和两颗脉冲星的平均脉冲轮廓。由平均轮廓的展宽随时间的变化关系,对脉冲星的视周期作了一定修正后,得到信噪比更高的平均轮廓图。最后对轮廓的信噪比随时间的变化作了初步分析,由此可了解整个系统在观测时的稳定性。     

基于DBBC+Mark 5B记录系统的脉冲星观测

2009年11月,云南天文台射电天文研究团组采用40 m射电望远镜以及基于DBBC(Digital Base Band Conveter)和Mark 5B的VLBI记录系统对PSR J0835-4510和PSRJ0332+5434进行了观测。观测选用S波段右旋圆极化信号,起始频率为2 206.99 MHz,总带宽为32 MHz。对数据进行相干消色散和平均后,得到PSR J0332+5434的单脉冲图像和两颗脉冲星的平均脉冲轮廓。由平均轮廓的展宽随时间的变化关系,对脉冲星的视周期作了一定修正后,得到信噪比更高的平均轮廓图。最后对轮廓的信噪比随时间的变化作了初步分析,由此可了解整个系统在观测时的稳定性。     

Crab脉冲星X射线计时观测数据处理与分析

对我国公开发布的空间试验卫星X射线探测器观测Crab脉冲星的数据进行了处理与分析,描述了利用X射线脉冲星观测数据与卫星轨道数据建立积分脉冲轮廓与标准脉冲轮廓的方法,给出了在频域测量脉冲星脉冲到达时刻(toa)的原理方法与算法.利用每组观测数据,计算得到Crab脉冲星脉冲toa,通过与Crab脉冲星星历预报脉冲toa的比较,分析得到卫星载荷X射线探测器观测Crab脉冲星,在消除掉系统误差后,50 min积分时间的观测精度约14μs.     

乌鲁木齐天文站建立脉冲星相干消色散观测系统

脉冲星发射的辐射信号经过星际介质到达观测天线的过程中,存在色散效应。该效应导致有一定带宽脉冲信号的不同频率成份到达天线时间有延迟,影响对脉冲星的观测。消色散技术是脉冲星观测的关键技术,它对脉冲星观测系统的灵敏度和观测精度至关重要。脉冲星相干消色散过程是:通过对观测信号进行Nyquist采样,对采样数据做傅立叶变换,变换后的频域信号与星际介质Chirp函数乘积,然后再做逆傅立叶变换回时域,得到消色散后的时域信号。乌鲁木齐天文站依托现有的南山25m射电望远镜和VLBI记录终端MK5A系统,自行开发的相干消色散处理软件(Linux操作系统下C语言调用MPI库)和4节点机群系统,建立了脉冲星相干消色散观测系统。     

四颗脉冲星在327 MHz频率上的观测

本文给出 1 996年 1月 2 2日至 2月 1日 ,使用乌鲁木齐南山甚长基线站 2 5m射电望远镜在 32 7MHz频率上观测脉冲星的部分结果 .给出四颗脉冲星的平均脉冲轮廓、脉冲强度和脉冲宽度等重要参数资料     

大质量X射线双星脉冲星4U 1901+03的脉冲轮廓研究

大质量X射线双星脉冲星4U 1901 03在沉寂30多年后,于2003年1月爆发.利用罗西X射线时变探索者卫星RXTE为期5个月的观测数据,对其脉冲轮廓进行了系统研究,得到了该源的脉冲轮廓演化以及能量相关性,脉冲比例演化和脉冲比例对能量的依赖关系.研究发现,4U 1901 03的脉冲轮廓和脉冲比例随双星系统的吸积率变化呈现阶段性的演化,脉冲比例在十几keV处达到峰值.这些脉冲轮廓的复杂变化表明,脉冲轮廓不能用单一的几何或物理模型解释,而是与观测角度以及X射线源的辐射机制相关.利用标准的脉冲星辐射模型讨论了4U 1901 03脉冲轮廓的观测现象.     

四颗脉冲星在327MHz频率上的观测

本给出１９９６年１月２２日至２月１日，使用乌鲁木齐南山甚长基线站２５ｍ射电望远望在３２７ＭＨｚ频率上观测脉冲星的部分结果。给出四颗脉冲星的平均脉冲轮廓，脉冲强度和脉冲宽度等重要参数资料。     

毫秒脉冲星PSR J1022+1001轮廓稳定性的研究

脉冲星具有非常稳定的累积脉冲轮廓,特别是毫秒脉冲星.前人研究发现一些脉冲星的累积脉冲轮廓会呈现出不稳定性.研究了毫秒脉冲星PSR J1022+1001累积脉冲轮廓的稳定性问题,该脉冲轮廓有两个峰,发现其峰值比随时间有明显的变化.通过分析,认为该毫秒脉冲星累积脉冲轮廓的不稳定性主要是由于脉冲轮廓随观测频率变化,同时星际闪烁造成不同频率上流量密度变化.研究还发现,也有少部分累积脉冲轮廓的变化可能是脉冲星内禀或其他因素所引起的.     

基于小波模极大值相关信息的脉冲星标准脉冲轮廓累积方法

讨论了产生脉冲星标准脉冲轮廓的重要性.在分析经典脉冲轮廓生成方法的基础上,提出了基于小波模极大值相关处理的脉冲轮廓累加方法.首先将观测数据按周期分组,分别进行小波分解,生成粗尺度上以脉峰为特征点的小波系数;然后,选择某组高信噪比信号的系数为参考数据,分别与其它各组变换系数进行相关,确定脉峰的相对时延.最后,对分组的原始观测数据按此相对时延量进行累加,生成脉冲轮廓.观测信号可先通过背景噪声估计和平滑处理而得到信噪比较高的归一化标准轮廓.实例分析以及与模板相关法的比较结果表明:该方法简单而有效,不需要设计近似模板,且对噪声类型不敏感,具有较高的工程应用价值.     

上海天文台25 m射电望远镜首次单天线脉冲星观测

介绍上海天文台25 m射电望远镜首次单天线脉冲星观测。2010年4月23日,使用上海天文台位于佘山观测基地的25 m射电望远镜对脉冲星J0332+5434在L波段进行了观测,此次观测使用VLBI终端进行数据采集记录,通过对观测数据进行非相干消色散和周期折叠,成功获得目标源的平均轮廓。此次观测的成功,表明该天线具备开展单天线脉冲星观测的条件,并为上海天文台建设中的65 m天线的天文观测提供了参考,为将来自主研发脉冲星终端进行了技术储备。     

旋转射电暂现源研究进展

旋转射电暂现源是McLauglin等人在2006年采用单脉冲搜寻技术,对Parkes射电望远镜多波束脉冲星巡天数据的处理过程中发现的一类特殊天体。该类天体在绝大多数时间都处于射电宁静状态,偶尔发射特征宽度为毫秒量级的脉冲信号。对其进行长期脉冲到达时间观测发现,其具有类似于脉冲星到达时间特性,但目前还不清楚该天体和脉冲星之间的具体关系。综述了近10年来射电以及其他波段的观测研究和理论模型方面的进展。在射电观测方面,主要介绍观测认证技术(包括零色散滤波、DM搜寻、阈值设定、匹配滤波和效果图检验等)、到达时间以及偏振方面的观测研究进展;在其他波段方面,主要介绍X射线、光学以及近红外波段的观测研究进展。在相关理论模型方面,主要介绍远距离的脉冲星模型,物质与脉冲星磁层相互作用模型以及脉冲星磁层辐射带模型等研究进展。最后将对射电暂现源观测研究进行总结与展望。     

脉冲星核成份和锥成份的宽度关系

来自脉冲星辐射束的中心和外围的成份一般分别称之为核成份和锥成份.前人研究发现脉冲星的核成份与锥成份的宽度之间有很好的0.7倍比例关系,并将此写入教科书.收集整理了33颗核、锥成份非常明显的脉冲星的观测数据,对这些脉冲星的积分脉冲轮廓进行高斯拟合和成份分离,从而得到核、锥成份的宽度及误差.分析了三峰和五峰脉冲星的核锥成份,发现核锥脉冲星其核和锥成份的宽度在统计上没有明显差别,并不存在前人发现的0.7倍的比例关系.     

VLBI观测信号相关处理中的小波保角变换

Daubechies小波可以表征为幂函数或e指数函数的形式 ,保持相关相位条纹的幅角不变。在VLBI观测信号相关处理过程中引入了小波分析方法 ,以探讨小波理论在VLBI技术中的应用特点。两个台站的VLBI观测信号经过时间补偿和干涉条纹旋转后 ,利用静态小波算法在线性空间中的保角变换特征可提取VLBI信号的干涉相位特征 ,并完整保留相位的时序关系。     

中国VLBI网相关处理机研制进展

经过数年的艰苦努力，中国VLBI网相关处理机继2000年元月取得天文观测数据的互相关条纹后，VLBI技术实验室的研究人员又为提高相关处理机工作稳定性和处理结果质量进行了大量的软硬件调试工作，获得了较为稳定的相关处理机工作状态，于2000年8月获得射电源DA193在佘山－南册基线上的清晰互相关条纹，经验证，互相关条纹的相位变化值与台站时延补偿修改值相符，中国VLBI网相关处理机是一架两台相关处理机，它由两台数据注总计达秒648兆位的高速大容量磁带回放系统和接口电路，高速FFT和交叉相乘模块以及长期累加和控制部件组成，每台站最大信号带宽为128MHz，其高速FFT和交叉相乘模块每秒种可同时连续进行138亿次以上的浮点乘法和309亿次以上的浮点加法运算。     

VLBI观测信号相关处理中的小波保角变换

Daubechies小波可以表征为幂函数或e指数函数的形式，保持相关相位条纹的幅角不变。在VLBI观测信号相关处理过程中引入了小波分析方法，以探讨小波理论在VLBI技术中的应用特点。两个台站的VLBI观测信号经过时间补偿和干涉条纹旋转后，利用静态小波算法在线性空间中的保角变换特征可提取VLBI信号的干涉相位特征，并完整保留相位的时序关系。     

VLBI软件件相关处理机现状和发展趋势

相关处理机是VLBI数据处理系统的核心设备。基于计算机集群和高性能并行计算技术研发的软件相关处理机,正逐渐成为VLBI海量观测数据处理的主流,并以其灵活性、扩展性、易用性等特点,在天文、测地和深空探测领域中获得广泛应用。梳理了国内外主流VLBI软件相关处理机系统发展历史和技术架构,并做归纳比较,最后分析未来的应用需求及发展趋势。     

利用DiFX处理CVN天文观测数据进展

相关处理机是VLBI观测数据处理的核心单元,相关处理机的输出结果可以直接作为天文成图、测地学以及航天器干涉测量等应用的输入。DiFX是运行在分布式计算、共享存储单元的集群环境下最成功的软件相关处理机之一。首先介绍上海天文台DiFX综合平台的现状;然后介绍利用DiFX相关处理机处理中国VLBI网(CVN)天文观测数据的进展:最后简短展望了DiFX平台为CVN及国际VLBI天文观测提供相关处理服务的前景。可为利用该平台的相关处理结果开展科学研究提供参考。     

关于脉冲星脉冲到达时间转换方程

较详细地介绍了脉冲星脉冲到达时间（TOA）转换方程,讨论了脉冲星TOA转换方程在航天器导航算法中的具体应用问题。同时,对导航用的脉冲星脉冲TOA转换方程与地面射电计时观测用的脉冲星脉冲TOA转换方程进行了比较研究。