消除脉冲星到达时间数据中宽频时域干扰的方法技术

本发明专利技术涉及天体物理技术领域，具体涉及一种消除脉冲星到达时间数据中宽频时域干扰的方法，包括：观测脉冲星的脉冲信号，得到脉冲星的周期性脉冲轮廓，对脉冲星的周期性脉冲轮廓进行消除色散延迟处理，观测脉冲星脉冲信号数据中的宽频射电干扰，消除脉冲星到达时间数据中的宽频时域干扰。本发明专利技术利用宽频时域干扰的相关性，通过通道相减消除宽频的时域干扰消除脉冲星观测数据中的宽频时域干扰，获得真实的脉冲星轮廓，提高脉冲星到达时间的精度，为脉冲星的到达时间观测研究提供更可靠的保障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及天体物理
，更具体地说，涉及一种消除脉冲星到达时间数据中宽频时域干扰的方法。
技术介绍
脉冲星是20世纪60年代四大天文发现之一，它的发现对当代天体物理的发展产生巨大的影响，相关研究工作曾分别两次获得诺贝尔物理学奖，这表明脉冲星的观测和理论研究具有重大的科学意义，脉冲星的观测研究一直是天体物理领域的热点，它是研究极端物理条件下物质性质和物理规律的“天然实验室”。脉冲星最显著的一个特点就是具有极其稳定的自转周期，长期监测结果表明，其周期的长期稳定性可以和原子钟相媲美，甚至优于原子钟。射电天文观测是利用射电望远镜接收来自宇宙空间的脉冲星的脉冲信号，对脉冲星的数据进行周期折叠获得脉冲星的辐射轮廓及脉冲星的信号到达地球的时间，即脉冲星到达时间。脉冲星的研究主要集中在脉冲星的辐射轮廓及到达时间研究，脉冲星轮廓研究，可以研究脉冲星本身的辐射特性及辐射过程；脉冲星到达时间研究可以研究脉冲星的稳定性及脉冲星的应用研究，如脉冲星计时及脉冲星导航研究。由于脉冲星信号包含大量的系统噪声和射电干扰噪声，对脉冲星的研究，首先要考虑对干扰进行消除。在数字信号处理领域，常用的干扰消除的方法主要有滤波和平滑，而脉冲星信号本身就是一种脉冲，相对与数据采集与数据分析来说，其本身就是一种噪声，常用的滤波与平滑同时会对脉冲星的信号造成滤波或平滑作用，而脉冲星研究的本质就是通过研究脉冲星的轮廓来研究脉冲星的各项性质，要求在消除射电干扰的同时不能影响脉冲星本身的轮廓形状与特征。所以常用的滤波与平滑不能满足脉冲星观测的干扰消除要求。目前国际上在脉冲星观测研究时域宽频射电干扰消除方法有：自适应滤波法；零色散通道积分、消除强干干扰法。自适应滤波法为当前脉冲星观测中最有效的干扰剔除方法，但自适应滤波法需要复杂的硬件环境，需要两台望远镜、接收机和实时采集终端，两台望远镜分别为主望远镜和参考望远镜，这种方法有效，但是实现起来非常困难，首先需要建立复杂的硬件环境，同时自适应滤波算法需要反复的调试，目前只在澳大利亚Parkes天文台得到应用。零色散通道积分、消除强干干扰法为目前脉冲星数据处理中消除宽频射电干扰的主要方法，该方法是利用通道零色散量积分，找出有干扰的时间点，然后利用前后时间点的数据进行插值替代该时间点的数据，但是，该方法在消除射电干扰的同时也一定程度的影响了脉冲星的轮廓形状。因此，本领域的专业技术人员需要迫切解决的技术问题就是：如何能创新的提出一种措施，在不影响脉冲星轮廓形状的同时消除时域宽频的射电干扰。
技术实现思路
为了解决上述问题，消除较大色散的脉冲星在射电波段观测数据的时域干扰，获得更加真实的脉冲星轮廓及到达时间。本专利技术所采用的技术方案如下：一种消除脉冲星到达时间数据中宽频时域干扰的方法，包括以下步骤：S1：观测脉冲星的脉冲信号；利用射电望远镜接收来自宇宙空间中脉冲星信号，观测脉冲星到达时间，所述脉冲星信号经过射电望远镜聚焦后，通过高灵敏度接收机进行放大后混频后，进行数字化采集，在脉冲星观测中，由于脉冲星同时发出多种频率脉冲信号，所有脉冲信号经过星际空间传播以后，不同频率的信号到达地球的时间不同；S2：得到脉冲星的周期性脉冲轮廓；在宽频条件下，同时采集脉冲星信号的高频率分辨率、高时间分辨率数据，通过对通道进行色散延迟改正后进行周期叠加得到周期性的脉冲轮廓；S3：对脉冲星的周期性脉冲轮廓进行消除色散延迟处理；由于色散的作用，不消除不同频率信号延迟，将导致脉冲星的轮廓变形，或看不到脉冲星信号，脉冲星观测系统把接收到的宽频信号分成多个通道，计算各个通道的电磁波延迟，扣除各个通道的信号延迟后，再进行通道叠加，即实现对脉冲星的周期性脉冲轮廓进行消除色散延迟处理；S4：观测脉冲星脉冲信号数据中的宽频射电干扰；对脉冲星的周期性脉冲轮廓进行消除色散延迟处理后，在有脉冲信号的地方有很多射电干扰，射电干扰叠加在脉冲信号上，对脉冲星的轮廓和到达时间造成严重的影响；S5：消除脉冲星到达时间数据中的宽频时域干扰；利用脉冲星的色散延迟的特性，通过干扰消除算法，消除脉冲星到达时间数据中的宽频时域干扰。进一步的，所述步骤S2包括：S21：天文接收机接收通过宇宙空间的星际介质的脉冲星信号，将脉冲星信号的频率带宽Δf内的信号放大、降频到中频；S22：使用中频电缆将中频信号注入到终端系统，终端系统把频率带宽为Δf的信号分成v1、v2、v3.....vnn个子通道，每个子通道带宽为Δf/n；S23：以子通道vn/2为基准，计算子通道v1、v2、v3.....vn对子通道vn/2的时间延迟Δt1、Δt2、Δt3......Δtn；S24：改正每个子通道的时间延迟，对每个子通道的数据进行叠加，获得脉冲星的轮廓。进一步的，所述宇宙空间的星际介质的作用为对脉冲星的脉冲信号造成延迟。进一步的，步骤S5所述干扰消除算法包括：在实际观测中，每次采样记录的数值记为pij，其中i为通道序号，范围为0～n，j为采样序号，脉冲星的周期为T，采样率为Δτ，一个周期的采用点数为T/Δτ。S51：通道改正对n个子通道的T/Δτ次采样的数据进行归一化，改正n个子通道数据的系统相应及高频衰减，计算每个通道的功率响应，对通道的周期点数进行算数平均，以任意一个通道的平均功率响应为基准进行通道改正，重新计算每个通道的每次采样的数值p′ij；S52：计算色散延迟与脉冲星轮廓宽度通过色散延迟时间公式计算整个带宽内的色散延迟时间，通过脉冲星星表获得脉冲星的标准轮廓，或利用历史数据的标准轮廓计算出脉冲星的轮廓宽度Wpsr；S53：干扰消除计算脉冲星的通道数据采样点的值，所述采样点的值包括：脉冲星信号值、射电干扰值、系统噪声值，所述脉冲星信号值只在有脉冲星脉冲辐射的地方存在，所述射电干扰值为随机干扰噪声值，所述系统噪声在整个周期内都存在；如果色散延迟时间Δt＞2Wpsr，在脉冲星的周期为T内，第i通道有脉冲星信号，即第i通道的通道数据采样点的值包括：脉冲星信号值、射电干扰值、系统噪声值，则第i+n/2通道没有脉冲星信号，及第i+n/2通道的通道数据采样点的值包括：射电干扰值、系统噪声值；将第i通道的通道数据采样点的值减去第i+n/2通道的通道数据采样点的值即得到脉冲星信号值。进一步的，所述轮廓宽度Wpsr为信号两边边缘的相位宽度。更进一步的，所述色散延迟时间公式为：Vt＝4.148808DM[(v0)-2-(vn)-2]，式中DM为脉冲星色散量，单位为秒差距每立方厘米，所述秒差距是天文学上的一种长度单位，1秒差距等于3.2615637769744079138光年，v0、vn为频率，单位GHz。相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术利用宽频时域干扰的相关性，通过通道相减消除宽频的时域干扰消除脉冲星观测数据中的宽频时域干扰，获得真实的脉冲星轮廓，提高脉冲星到达时间的精度，为脉冲星的到达时间观测研究提供更可靠的保障。附图说明图1为本专利技术的消除脉冲星到达时间数据中宽频时域干扰的方法流程图；图2为本专利技术的观测脉冲星的脉冲信号原理图；图3为本专利技术的脉冲星脉冲到达时间随频率变化图；图4为本专利技术的得到脉冲星的周期性脉冲轮廓原理图；图5为本专利技术的没有消除色散延迟时的脉冲星轮廓及时域干扰图；图6为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除脉冲星到达时间数据中宽频时域干扰的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：观测脉冲星的脉冲信号；利用射电望远镜接收来自宇宙空间中脉冲星信号，观测脉冲星到达时间，所述脉冲星信号经过射电望远镜聚焦后，通过高灵敏度接收机进行放大后混频后，进行数字化采集，在脉冲星观测中，由于脉冲星同时发出多种频率脉冲信号，所有脉冲信号经过星际空间传播以后，不同频率的信号到达地球的时间不同；S2：得到脉冲星的周期性脉冲轮廓；在宽频条件下，同时采集脉冲星信号的高频率分辨率、高时间分辨率数据，通过对通道进行色散延迟改正后进行周期叠加得到周期性的脉冲轮廓；S3：对脉冲星的周期性脉冲轮廓进行消除色散延迟处理；由于色散的作用，不消除不同频率信号延迟，将导致脉冲星的轮廓变形，或看不到脉冲星信号，脉冲星观测系统把接收到的宽频信号分成多个通道，计算各个通道的电磁波延迟，扣除各个通道的信号延迟后，再进行通道叠加，即实现对脉冲星的周期性脉冲轮廓进行消除色散延迟处理；S4：观测脉冲星脉冲信号数据中的宽频射电干扰；对脉冲星的周期性脉冲轮廓进行消除色散延迟处理后，在有脉冲信号的地方有很多射电干扰，射电干扰叠加在脉冲信号上，对脉冲星的轮廓和到达时间造成严重的影响；S5：消除脉冲星到达时间数据中的宽频时域干扰；利用脉冲星的色散延迟的特性，通过干扰消除算法，消除脉冲星到达时间数据中的宽频时域干扰。...

【技术特征摘要】
1.一种消除脉冲星到达时间数据中宽频时域干扰的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：观测脉冲星的脉冲信号；利用射电望远镜接收来自宇宙空间中脉冲星信号，观测脉冲星到达时间，所述脉冲星信号经过射电望远镜聚焦后，通过高灵敏度接收机进行放大后混频后，进行数字化采集，在脉冲星观测中，由于脉冲星同时发出多种频率脉冲信号，所有脉冲信号经过星际空间传播以后，不同频率的信号到达地球的时间不同；S2：得到脉冲星的周期性脉冲轮廓；在宽频条件下，同时采集脉冲星信号的高频率分辨率、高时间分辨率数据，通过对通道进行色散延迟改正后进行周期叠加得到周期性的脉冲轮廓；S3：对脉冲星的周期性脉冲轮廓进行消除色散延迟处理；由于色散的作用，不消除不同频率信号延迟，将导致脉冲星的轮廓变形，或看不到脉冲星信号，脉冲星观测系统把接收到的宽频信号分成多个通道，计算各个通道的电磁波延迟，扣除各个通道的信号延迟后，再进行通道叠加，即实现对脉冲星的周期性脉冲轮廓进行消除色散延迟处理；S4：观测脉冲星脉冲信号数据中的宽频射电干扰；对脉冲星的周期性脉冲轮廓进行消除色散延迟处理后，在有脉冲信号的地方有很多射电干扰，射电干扰叠加在脉冲信号上，对脉冲星的轮廓和到达时间造成严重的影响；S5：消除脉冲星到达时间数据中的宽频时域干扰；利用脉冲星的色散延迟的特性，通过干扰消除算法，消除脉冲星到达时间数据中的宽频时域干扰。2.如权利要求1所述的消除脉冲星到达时间数据中宽频时域干扰的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：S21：天文接收机接收通过宇宙空间的星际介质的脉冲星信号，将脉冲星信号的频率带宽Δf内的信号放大、降频到中频；S22：使用中频电缆将中频信号注入到终端系统，终端系统把频率带宽为Δf的信号分成v1、v2、v3…..vnn个子通道，每个子通道带宽为Δf/n；S23：以子通道vn/2为基准，计算子通道v1、v2、v3…..vn对子通道vn/2的时间延迟Δt1、Δt2、Δt3……Δtn；S24：改正每个子通道的时间延迟，对每个子通道的数据进行叠加，获得脉冲星的轮廓。3.如权利要求2所述的消除脉冲星到达时间数据中宽频时域干扰...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志勇，王娜，陈卯蒸，袁建平，闫文明，
申请(专利权)人：中国科学院新疆天文台，
类型：发明
国别省市：新疆;65