Авторы
Новикова А.А.(1), Бунтов М.В.(2), Заева М.А.(1)
Организации
(1) Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», г.Москва
(2) Институт космических исследований РАН, г.Москва
(2) Институт космических исследований РАН, г.Москва
Секция
Астрофизика и радиоастрономия
Научный руководитель
Заева Маргарита Анатольевна
Место работы научного руководителя
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Текст тезисов
Наблюдение за рентгеновскими пульсарами может предоставить полезную навигационную информацию космическим аппаратам. Пульсары обладают стабильным, предсказуемым поведением и могут быть однозначно идентифицированы по форме профиля сигнала, поэтому они могут рассматриваться в качестве основы для создания навигационной системы в дальнем космическом пространстве [1]. Ключевыми методами навигации при помощи пульсаров являются оценка периода вращения и восстановление профиля импульса. Для выполнения такого алгоритма потребуется использование радиационно-стойких микропроцессоров, которые обеспечивали бы исполнение точных вычислений при экстремальных условиях в космосе.
Целью данной работы является определение периода периодических сигналов от рентгеновских пульсаров из ограниченного количества данных, распределенных во времени, используя радиационно стойкий микропроцессор типа 1892ВМ12АТ.
В настоящее время для оценки периода вращения рентгеновского пульсара применяется сложение эпох. При сложении эпох данные сначала складываются по модулю пробного периода и затем объединяются, а для проверки восстановленного профиля используется критерий Пирсона. К преимуществам данного метода относятся более высокая чувствительность к несинусоидальным формам импульсов, характерным для рентгеновских пульсаров. Кроме того, сложение эпох обеспечивает простой подход к обработке пробелов, которые регулярно появляются в спутниковых данных [2].
В данной работе представлены результаты разработки программно-алгоритмического обеспечения для отечественного радиационно-стойкого микропроцессора 1892ВМ12АТ, которое позволяет провести оценку периода рентгеновского пульсара, при помощи метода сложения эпох. В качестве исходных данных для проверки алгоритма взята серия времен прибытия фотонов (события) от хорошо известного рентгеновского пульсара Crab, зарегистрированных телескопом ART-XC орбитальной обсерватории СПЕКТР-РГ [3,4].
Проведена оценка периода рентгеновского пульсара Crab в интервале [0.03382, 0.03383] c и с шагом 1×10^(-8) c на микропроцессоре, используя 47 тыс. событий. Найденный период составил P1 = 0.03382533 c, что близко к теоретическому значению P0 = 0.03382535 c. Для визуальной оценки построенного периодического профиля период должен быть найден минимум с точностью до 6-го знака, и, полученное значение соответствует этому критерию.
Также проведена оценка среднего времени выполнения одного программного цикла τ_1=1.14 c, который включает в себя сложение эпох, вычисление ожидаемого значения для критерия Пирсона, тест Пирсона и инкрементирование периода. Представлены результаты оптимизации алгоритма, путем использования в вычислениях исключительно целых чисел, что позволило сократить среднее время выполнения одного цикла в ~1,6 раз, τ_1=0.72 c, период при этом составил P2 = 0.03382523 c. В работе также рассмотрен вопрос влияния фонового шума на оценку периода.
Разработанный алгоритм показал свою работоспособность и может рассматриваться для использования в перспективном космическом эксперименте по рентгеновской навигации.
Литература
1. Навигация по рентгеновским пульсарам в космическом пространстве / М. В. Сажин, В. Е. Жаров, В. К. Милюков (и др.) // ВМУ. Серия 3. ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ. – 2018. – №2. – С.18-30.
2. On searches for pulsed emission with application to four globular cluster X-ray sources / Denis Leahy, W. Darbro, Ronald F. Elsner (etc) // The Astrophysical Journal. – 1983. – № 266. – V.1. – 12 pp.
3. Космическая обсерватория СПЕКТР-РГ: ее телескопы и первые научные результаты / Р. Сюняев, В. Арефьев, В. Бабышкин (и др.) // Письма в астрономический журнал. – 2022. – Т.48. – №5. – С.301-356.
4. Телескоп ART-XC на борту обсерватории СРГ / М. Павлинский, А. Ткаченко, В. Левин (и др.) // Письма в астрономический журнал. – 2022. – Т.48. – №5. – С.357-390.
Целью данной работы является определение периода периодических сигналов от рентгеновских пульсаров из ограниченного количества данных, распределенных во времени, используя радиационно стойкий микропроцессор типа 1892ВМ12АТ.
В настоящее время для оценки периода вращения рентгеновского пульсара применяется сложение эпох. При сложении эпох данные сначала складываются по модулю пробного периода и затем объединяются, а для проверки восстановленного профиля используется критерий Пирсона. К преимуществам данного метода относятся более высокая чувствительность к несинусоидальным формам импульсов, характерным для рентгеновских пульсаров. Кроме того, сложение эпох обеспечивает простой подход к обработке пробелов, которые регулярно появляются в спутниковых данных [2].
В данной работе представлены результаты разработки программно-алгоритмического обеспечения для отечественного радиационно-стойкого микропроцессора 1892ВМ12АТ, которое позволяет провести оценку периода рентгеновского пульсара, при помощи метода сложения эпох. В качестве исходных данных для проверки алгоритма взята серия времен прибытия фотонов (события) от хорошо известного рентгеновского пульсара Crab, зарегистрированных телескопом ART-XC орбитальной обсерватории СПЕКТР-РГ [3,4].
Проведена оценка периода рентгеновского пульсара Crab в интервале [0.03382, 0.03383] c и с шагом 1×10^(-8) c на микропроцессоре, используя 47 тыс. событий. Найденный период составил P1 = 0.03382533 c, что близко к теоретическому значению P0 = 0.03382535 c. Для визуальной оценки построенного периодического профиля период должен быть найден минимум с точностью до 6-го знака, и, полученное значение соответствует этому критерию.
Также проведена оценка среднего времени выполнения одного программного цикла τ_1=1.14 c, который включает в себя сложение эпох, вычисление ожидаемого значения для критерия Пирсона, тест Пирсона и инкрементирование периода. Представлены результаты оптимизации алгоритма, путем использования в вычислениях исключительно целых чисел, что позволило сократить среднее время выполнения одного цикла в ~1,6 раз, τ_1=0.72 c, период при этом составил P2 = 0.03382523 c. В работе также рассмотрен вопрос влияния фонового шума на оценку периода.
Разработанный алгоритм показал свою работоспособность и может рассматриваться для использования в перспективном космическом эксперименте по рентгеновской навигации.
Литература
1. Навигация по рентгеновским пульсарам в космическом пространстве / М. В. Сажин, В. Е. Жаров, В. К. Милюков (и др.) // ВМУ. Серия 3. ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ. – 2018. – №2. – С.18-30.
2. On searches for pulsed emission with application to four globular cluster X-ray sources / Denis Leahy, W. Darbro, Ronald F. Elsner (etc) // The Astrophysical Journal. – 1983. – № 266. – V.1. – 12 pp.
3. Космическая обсерватория СПЕКТР-РГ: ее телескопы и первые научные результаты / Р. Сюняев, В. Арефьев, В. Бабышкин (и др.) // Письма в астрономический журнал. – 2022. – Т.48. – №5. – С.301-356.
4. Телескоп ART-XC на борту обсерватории СРГ / М. Павлинский, А. Ткаченко, В. Левин (и др.) // Письма в астрономический журнал. – 2022. – Т.48. – №5. – С.357-390.
Файл презентации