影响毫秒脉冲星模型参数的因素分析

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毫秒脉冲星导航的前提是已经归算出脉冲在真空平直空间的太阳系质心(Solar System Barycenter,SSB)表现出的规律,即建立毫秒脉冲星钟模型。动力学历表中给出的SSB位置受到外行星质量误差的影响。目前不同版本的质心历表差别较大,这是由于各历表编制时采用了不同的深空探测的观测资料、摄动模型等,因此它们之间存在着常数更新、模型的精化等问题。其中受到行星误差的影响,不同版本的历表SSB的位置误差在1-10km。基于地面毫秒脉冲星计时解算钟模型和改正历表SSB的位置、速度时间序列是实现毫秒脉冲星导航之前必不可少的一项研究,有其重要意义。  在影响计时模型的各类因素中,主要涉及了脉冲星距离、脉冲星视向速度以及质心历表误差。与脉冲星距离有关的是3个时延项:视差项,是振幅不变的周年项,与脉冲星自转特征可以分离;脉冲星横向自行引起的时延项,是时间的二次长期项,与脉冲星自转特征不可分离;地球台站运动和脉冲星运动的交叉项,是振幅不断变化的周年项,与脉冲星自转特征可以分离。脉冲星视向速度时延项是时间的一次线性项,与脉冲星自转特征不可分离。质心历表误差对脉冲星模型参数有两种不同性质的影响,质心历表的坐标轴指向误差对脉冲星的赤经和赤纬产生影响,其性质是周年项,可以从脉冲星钟模型中分离;历表SSB相对于理想的太阳系质心的速度和加速度分别对脉冲星的周期和周期变化率产生影响,其性质是与脉冲星钟模型耦合在一起,无法分离。  本文对Parkes射电望远镜在685,1341,1405MHz这3个观测频率的计时数据进行了处理。总结了脉冲轮廓信噪比和TOA(Time of Arrival)误差的关系,以及拟后残差与参数拟合精度的关系。之后验证了国际上使用不同观测频率对毫秒脉冲星计时的影响规律。  本文对计时数据使用了不同的历表,分析了由此得到的毫秒脉冲星参数的差异。先从原理上分析了不同质心历表之间存在着坐标轴旋转,还给出了不同历表SSB之间存在漂移的原理表达式,以及不同历表之间的SSB相对于日心的位置和速度矢量是有长期漂移项的。为了验证理论并得到质心历表对毫秒脉冲星模型参数的影响规律,使用了5个JPL行星历表对实测计时数据分别进行了数据处理,得到了5组毫秒脉冲星参数并对其进行了分析。结论是不同历表得到的毫秒脉冲星方向参数存在着差别,这验证了不同质心历表之间存在着坐标轴旋转;不同历表得到的毫秒脉冲星自转参数存在着差别,这验证了历表SSB之间存在着相对漂移,与理论符合得很好。基于多个历表对14颗毫秒脉冲星的分析,发现使用DE200与DE4系列历表(主要包含DE405、DE414、DE421或DE423历表)得到的自转周期一阶导数的差别的大小与毫秒脉冲星方向有关,对于不同方向的毫秒脉冲星,这种差异是不同的;DE4系列历表之间由于历表本身差别不大,其历表SSB间的相对加速度较小,得到的周期一阶导数的差别都是不显著的;因此可以将DE200得到的结果作为一组,DE4系列得到的结果作为另一组,两组间进行比较即可。此外,有些毫秒脉冲星自转周期一阶导数在2个时刻间的变化量级(反映自转周期二阶导数)远大于其精度量级,则自转周期二阶导数对于这些毫秒脉冲星是应该考虑的。
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