为了解决脉冲星识别研究局限在常规分类算法的视野中而缺乏针对性的问题, 文章针对脉冲星数据集的特点, 挖掘其内在特征与其他研究领域的关联性, 发现了脉冲星数据与长尾分布之间存在的联系, 探求脉冲星数据与长尾分布的特征一致性, 首次将脉冲星数据分布看作长尾分布的一种特例。并从长尾视觉识别视角中的优化训练策略角度出发, 提出了一种基于解耦训练策略的脉冲星识别算法。算法采用解耦训练策略, 在操作上简捷高效, 具备更强的可移植性。经过数据集的验证, 算法能有效改善决策边界, 在HTRU_bands和HTRU_ints数据集的召回率相较于对比方法分别提升了11.8%和13%, 是一种性价比较高的有效识别算法。

在利用小波变换对脉冲星信号进行消噪时, 小波基、分解层的选取以及阈值函数的构建很大程度上决定了脉冲星导航的准确性。首先研究了小波基与小波分解系数之间的从属关系, 进而根据小波分解系数与原始信号的互相关大小来筛选合理的小波基和分解层。在对小波分解系数的研究中发现,噪声形成的小波系数随着分解层的增加而减小, 考虑到这个特点, 构建了一个基于分解层的阈值函数。实验结果表明, 相比于传统小波域消噪方法, 所提方法不仅能够准确地筛选出最优小波基和最佳分解层, 而且利用所构建的阈值函数进行消噪可以明显改善去噪后脉冲星信号的信噪比、峰值信噪比以及峰位误差, 为脉冲星信号消噪提供了新思路。

在利用小波变换解决脉冲星含噪信号去噪问题时,阈值的选择及阈值函数的构建决定去噪效果的优劣。首先结合小波变换的性质分析噪声小波分解系数的分布特性,并结合软、硬阈值函数的构造特点构建了一种非线性的双参数阈值函数;通过粒子群算法优化参数大小以使阈值函数可自适应地改变位置和弯曲程度,进而得到良好的阈值函数去噪模型;在分析噪声小波分解系数随分解层变化特点的基础上,对统一阈值选取策略进行改进,引入梯度衰减因子构造一种基于各分解层噪声均方差的阈值选取方法。实验结果表明,相比于传统小波域消噪方法,本文方法可以明显改善X射线脉冲星含噪信号的信噪比、峰值信噪比以及峰位误差,为X射线脉冲星信号去噪提供了新思路。

Neutron stars are extremely compact objects with an average density higher than that of the saturate nuclear matter. Exploring the nature of such objects can help us to understand physics under extreme conditions, especially the gravitational and strong forces. This paper introduces the concepts of pulsars and neutron stars, as well as various models of the interior structure of the latter. More importantly, we shall show how to test such models observationally by determining various properties related to the equation of state, such us the maximum mass and tidal deformability. Detecting further merger events of binary neutron stars and/or neutron star-black hole binaries will certainly help to unveil the inner structure of neutron stars.

为了保证X射线掠入射聚焦型脉冲星探测器在复杂的空间热环境中正常运行, 对该探测器进行了热控设计。分析了仪器对热设计的特殊影响及相应热控措施, 总结分析了仪器的在轨温度情况, 并结合热设计模型获得非测温点的温度结果。在轨温度数据分析表明, 除低温工况下的光学系统温度超出指标要求外, 仪器关键部位的温度均在热控指标范围内, 验证了仪器热控设计的正确性。低温工况下光学镜头热变形对探测器性能影响的分析表明, 预测的结果与观测数据一致。

为了掌握微通道板探测器的X射线脉冲信号观测能力, 利用X射线脉冲星地面实验装置, 开展了长时间的不同流强和不同背景噪声强度下的微通道板探测器脉冲信号探测实验, 并建立了一套X射线探测器脉冲观测能力评估方法, 推导出基于光子计时模式下X射线探测器的脉冲信号信噪比、脉冲轮廓相似度、脉冲到达时间精度和最小可探测功率的关系表达式.实验中, 利用面积20 cm2的微通道板探测器开展了8组10 000 s的实验, 采集到有效观测数据, 然后搜索最佳脉冲周期, 重构观测脉冲轮廓, 估计脉冲轮廓特征参数.实验表明, 微通道板探测器具备良好的X射线脉冲信号观测与恢复能力, 在较弱脉冲信号强度(光子流量密度为0.05 ph/cm2/s)和较强背景噪声(背景噪声强度是脉冲信号的16倍)下获取观测脉冲轮廓的信噪比、相似度、脉冲到达时间观测精度分别为35.73、88.38%、51.53 μs和64.89、89.72%、29.24 μs, 验证了微通道板探测器具备一定的暗弱X射线脉冲星观测能力, 且微通道板探测器的脉冲探测能力随着脉冲信号强度增加、背景噪声强度减弱、累积观测时间增加而提升.

针对脉冲星导航对软X射线探测的实际要求, 研究分析了一种基于石墨烯电场效应的软X射线探测器的性能。通过理论计算, 并利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件, 给出了探测器时间分辨率和能量分辨率的估值公式。在5.9keV软X射线入射硅吸收层的情况下, 时间分辨率的理论值可达7.2ns, 能量分辨率的理论值约为90eV(1.5%)。结果表明, 该探测器能够初步满足脉冲星软X射线的探测需求。

针对脉冲星信号周期估计需逐步搜索、计算量大等问题, 提出脉冲星信号周期直接估计算法.根据周期不确定误差对时域上脉冲到达时间(Pulse Time of Arrival, TOA)估计方法的影响, 推导了基于TOA信息的脉冲星信号周期估计方法的数学模型.该方法将一组观测到的脉冲光子到达时间序列(Photon Time of Arrivals, TOAs)进行等时间间隔分段, 在时域上对每段TOAs进行相位估计获得相应的TOA信息, 并根据建立的TOA信息与周期误差的关系采用最小二乘原理估计脉冲星信号周期.对周期准确性的评价不同于传统的依赖折叠轮廓的好坏, 而是以TOA与时间图像的斜率作为依据, 这一依据更直观、易于理解.理论分析与物理、计算机仿真数据结果表明, 本文所提的周期估计方法能够根据短时间脉冲光子到达时间序列获得高精度和高分辨率的脉冲信号周期, 有利于X射线脉冲星导航的工程应用.