[发明专利]基于有限观测数据的模拟残差确定方法

说明书

本发明公开了一种基于有限观测数据的模拟残差确定方法，包括：脉冲星观测数据经过处理得到计时残差，计时残差包括时刻值和计时残差值；将计时残差值由大到小进行排列，对应的时刻值也进行排列；统计不同区间范围内样本计时残差值的数量，绘制样本计时残差值在不同区间内出现的频率分布图；确定频率分布所属于的概率统计分布模型；求取概率统计分布模型的具体参数；确定模拟残差值的数量；根据概率统计分布模型仿真得到模拟残差值，为模拟残差值设置对应时刻值，将模拟残差值添加到样本观测数据中。本发明根据得到的实际残差数据建立基于实际数据的概率统计模型，进而依据该模型仿真得到模拟残差值，更接近原始样本值，提高了脉冲星时的精度。

技术领域

本发明属于脉冲星时技术领域，涉及一种基于有限观测数据的模拟残差确定方法。

背景技术

在现代科学技术飞跃发展的今天，精密的时间系统是原子能、航天技术和高能物理等领域的重要基础。现有的时间系统主要依靠原子时提供的标准秒长来维持和运行。在某一区域甚至全球范围内，通过原子时都可以实现高精度的守时、授时和时间频率测量等服务，实现和维持统一的时间系统。但由于原子钟会逐渐老化且易受外界干扰产生频率偏差，这使得在长时间尺度上原子钟的稳定度逐渐下降。因此，还需要其它高精度时间系统能为原子时的校准提供参考，进而对其进行修正。

脉冲星时是基于脉冲星高稳定度自转频率而建立的时间系统，其长期稳定度可以达到为10^-18以上，通过采用合适的分析方法，对多颗毫秒脉冲星的长期计时观测数据进行处理，即可建立综合脉冲星时，其稳定度比单一脉冲星时更高，且脉冲星作为自然天体，物理机制与原子钟完全不同，因此，能为原子时的修正提供有效参考，可以在长时间尺度上与原子时系统相互补充、相互校准，为原子时的修正做出贡献。

在构建综合脉冲星时并进行稳定度分析的过程中，需要大量的观测数据，这些观测数据一般是由射电望远镜和空间X射线探测器观测脉冲星得到。但射电望远镜和X射线探测器的观测任务繁多，很难保证对所有脉冲星进行定时和定量的观测，这导致不同脉冲星的观测时刻值难以相同，且同一脉冲星的观测样本数量也较为稀少。因此，在综合脉冲星时数据处理的过程中，需先选定几颗脉冲星，在这几颗脉冲星实测残差数据的基础上，通过模拟仿真产生同时刻、等间隔的计时残差。现有技术一般采用插值的方法得到仿真残差值，但由于观测时刻分布非均匀，当两观测时刻相距较远时，通过插值得到的中间时刻的计时残差与实际残差相比，已经产生了很大的偏移，其误差变得十分显著，进而由此计算得到的脉冲星时稳定度也与真实值相差甚远。本发明要解决的问题是：针对非均匀采样带来的问题，放弃传统的插值方法，通过对观测数据进行统计学方法分析，得到其概率统计分布模型，进而得到更为准确的模拟残差值。

目前，在对综合脉冲星时进行稳定度评估时，面对实际观测样本数量稀少，且时刻值分布不均匀的情况，一般通过插值法解决该问题。该方法的核心思想为：在不同区间上使用误差最小的插值函数，进而得到时刻均匀且误差较小的模拟残差值，常用插值方法有linear线性插值、nearest临近两点插值法以及spline三次样条插值。该方法具体为：将时刻值设置为X轴，残差值设置为Y轴，当相邻两时刻值之差为10⁴秒及以上时将其视为间断点，这些间断点将时间轴分成一个个子区间，将子区间内的时刻值及对应残差值看成一个子序列，在不同的子序列内使用合适的插值函数得到间断区间内时刻值对应的模拟残差值，再对得到的模拟残差值进行筛选，去掉不符合要求的残差值。

由于脉冲星观测数据主要依赖于射电望远镜，而射电望远镜每天的观测任务非常饱和，无法提供足够的脉冲星观测数据，而利用传统方法产生模拟计时残差过程中，存在以下缺点：

(1)直接插值得到的仿真残差值误差很大，这种误差主要是由插值方式引起的，由于脉冲星本身的特性导致射电天文望远镜接收到的脉冲到达时间是不连续的，且数据中存在很多相邻时刻间距较大的情况，这就导致在使用插值方法产生模拟残差时产生了较大的误差。