RU2378676C1 - Method of determining world (universal) time from pulsar pulses - Google Patents
Method of determining world (universal) time from pulsar pulses Download PDFInfo
- Publication number
- RU2378676C1 RU2378676C1 RU2008121287/28A RU2008121287A RU2378676C1 RU 2378676 C1 RU2378676 C1 RU 2378676C1 RU 2008121287/28 A RU2008121287/28 A RU 2008121287/28A RU 2008121287 A RU2008121287 A RU 2008121287A RU 2378676 C1 RU2378676 C1 RU 2378676C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulsar
- intervals
- earth
- pulses
- observation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к измерению времени в координатных системах отсчета с использованием шкал и эталонов атомного времени по наблюдениям периодических астрофизических явлений, в частности вращения Земли, импульсного радиоизлучения пульсаров - нейтронных звезд - и обусловленных их вращением.The invention relates to the measurement of time in coordinate reference systems using scales and standards of atomic time from observations of periodic astrophysical phenomena, in particular the rotation of the Earth, pulsed radio emission from pulsars - neutron stars - and due to their rotation.
Уровень техникиState of the art
В качестве аналога взята наиболее близкая по технико-технологической сущности система всемирного времени, основанная на вращении Земли, суть которой изложена в работе [1].As an analogue, the closest system in terms of technical and technological essence to universal time, based on the rotation of the Earth, the essence of which is described in [1], is taken.
Всемирное время (UT, Universal Time) связано с суточным вращением Земли и определяется как часовой угол относительно Гринвичского меридиана, регистрируемый в момент пересечения меридиана наблюдаемой звездой по атомным часам в Международной шкале координированного времени (UTC, Coordinated Universal Time). Международное координированное время UTC, по определению, связано с Международной шкалой атомного времени TAI (International Atomic Time), в основу которой положено определение единицы времени - секунды СИ, сопоставленной с высокостабильной частотой излучения атома цезия при резонансном переходе между энергетическими уровнями.Universal time (UT, Universal Time) is associated with the Earth's daily rotation and is defined as the hour angle relative to the Greenwich meridian, recorded at the moment the meridian intersects the observed star by atomic clock in the Coordinated Universal Time (UTC). UTC, by definition, is associated with the International Atomic Time (TAI) International Atomic Time Scale, which is based on the definition of a unit of time - a second of SI compared with the highly stable frequency of emission of a cesium atom during a resonant transition between energy levels.
Известно, что неравномерность вращения Земли нарушает равномерность шкалы всемирного времени UT. К неравномерности вращения Земли относят: а) изменение угловой скорости вращения; б) изменение положения оси вращения относительно твердой Земли, называемое движением полюса. За счет изменения угловой скорости вращения в течение одного столетия накопленная неравномерность UT составит около 30 секунд. Вторая составляющая неравномерности вращения Земли вследствие движения полюса во много раз меньше. Движение полюса описывается спиралью с периодом около 1,2 лет, максимальный размер которой не превышает 15 м. Для исключения влияния движения полюса на измерение времени была введена система всемирного времени UT1, которая определяет всемирное время среднего гринвичского меридиана, определяемого средним положением полюса Земли, и отражает действительное вращение Земли.It is known that the uneven rotation of the Earth violates the uniformity of the UT scale. The uneven rotation of the Earth includes: a) a change in the angular velocity of rotation; b) a change in the position of the axis of rotation relative to the solid Earth, called the movement of the pole. Due to changes in the angular velocity of rotation over one century, the accumulated unevenness of UT will be about 30 seconds. The second component of the uneven rotation of the Earth due to the movement of the pole is many times smaller. The movement of the pole is described by a spiral with a period of about 1.2 years, the maximum size of which does not exceed 15 m. To exclude the influence of the movement of the pole on time measurement, the UT1 world time system was introduced, which determines the universal time of the average Greenwich meridian, determined by the average position of the Earth’s pole, and reflects the actual rotation of the earth.
Таким образом, шкала всемирного времени UT (UT1) по отношению к Международной шкале атомного времени TAI, по которой определена Международная шкала координированного времени UTC, имеет накапливаемую неравномерность, переносимую и на Международную шкалу координированного времени UTC.Thus, the UT (UT1) world time scale with respect to the International Atomic Time Scale TAI, by which the International Coordinated UTC Time Scale is defined, has cumulative unevenness that can be applied to the International Coordinated Time UTC.
С целью поддержания разности шкал в допустимых пределах UT1-UTC ≤ ± 0,9 с с 1 января 1972 г. введено изменение показаний часов, функционирующих в системе UTC, путем прибавления секунды 31 декабря и (или) 30 июня. Дополнительная секунда добавляется примерно раз в полтора года. Это означает, что за полтора года накапливается разница в 1 с между равномерным атомным временем и временем, задаваемым вращением Земли.In order to maintain the difference in scales within the permissible limits UT1-UTC ≤ ± 0.9 s, from January 1, 1972, a change in the clocks operating in the UTC system was introduced by adding a second on December 31 and (or) June 30. An extra second is added approximately once a year and a half. This means that in a year and a half a difference of 1 s accumulates between the uniform atomic time and the time specified by the rotation of the Earth.
Значения UT1-UTC вычисляются по состоянию на полночь по Гринвичскому меридиану (0h UT) и регулярно публикуются Государственной службой времени, частоты и определения параметров вращения Земли в Бюллетене серии Е «Всемирное время и координаты полюса».UT1-UTC values are calculated at midnight GMT (0h UT) and are regularly published by the State Service for Time, Frequency and Determination of the Earth's Rotation Parameters in the E Series Bulletin “World Time and Pole Coordinates”.
Рассмотренный способ измерения всемирного времени UT имеет следующие недостатки.The considered method for measuring UT has the following disadvantages.
Первый недостаток существующего способа заключается в том, что поправки всемирного времени определяют по измерениям отклонения продолжительности земных суток, что исключает возможность сопоставления всемирного и атомного времени непосредственно по шкале атомного времени.The first drawback of the existing method is that the universal time corrections are determined by measuring the deviations of the duration of the earth's days, which excludes the possibility of comparing the universal and atomic time directly on the atomic time scale.
Вторым недостатком является то, что всемирное время представлено в виде эпизодических поправок по измерениям неравномерности вращения Земли, отсутствует регулярный континуум интервалов всемирного времени, отсчитываемых по равномерной шкале атомного времени.The second drawback is that universal time is presented in the form of episodic corrections for measuring the non-uniformity of the Earth’s rotation, there is no regular continuum of universal time intervals counted on a uniform atomic time scale.
Третий недостаток заключается в том, что измерение всемирного времени ограничивается выбранной координатной системой отсчета, центр которой связан с Землей, и не обеспечивается определение всемирного времени в других координатных системах.The third drawback is that the measurement of universal time is limited to the selected coordinate system, the center of which is connected with the Earth, and the definition of universal time in other coordinate systems is not provided.
Четвертым недостатком является то, что измеренное всемирное время характеризуется значительной вариабельностью результатов, которая обусловлена периодическими и случайными вариациями измеряемой продолжительности земных суток, сопоставимыми или превышающими их систематические (вековые) отклонения.The fourth drawback is that the measured universal time is characterized by significant variability of the results, which is due to periodic and random variations in the measured duration of the earth's day, comparable or exceeding their systematic (secular) deviations.
Известен способ синхронизации атомных часов по наблюдаемым на радиотелескопе импульсам пульсара, основанный на определении последовательности моментов наблюдаемых импульсов пульсара в координатной системе с центром в фазовом центре радиотелескопа по шкале местного времени измерительного эталона радиотелескопа, синхронизированного с Международной шкалой атомного времени, преобразовании их в барицентрические моменты наблюдаемых импульсов в координатной системе с центром в барицентре Солнечной системы [2].A known method of synchronizing an atomic clock by pulsar pulses observed on a radio telescope is based on determining the sequence of moments of the pulsar pulses observed in the coordinate system centered on the phase center of the radio telescope using the local time scale of the measuring standard of a radio telescope synchronized with the International atomic time scale and converting them into barycentric moments of the observed pulses in the coordinate system centered on the barycenter of the solar system [2].
В данном способе совокупность барицентрических моментов импульсов пульсара в пределах протяженности, определяемой установленными датами наблюдений, отсчитывают в виде интервалов от начального импульса пульсара в пределах этой протяженности, по полученным интервалам корректируют наблюдаемые величины периода вращения пульсара и производных таким образом, чтобы вычисленные по ним интервалы совокупности импульсов в пределах протяженности наблюдений имели минимальное значение среднеквадратичной величины вариаций разности наблюдаемых интервалов и вычисленных по скорректированным значениям периода и производных, запоминают вычисленную по скорректированным значениям периода и производных совокупность интервалов наблюдаемых импульсов в пределах протяженности наблюдений, измерительный эталон замещают атомными часами, по ним дополнительно производят накопление периодических сигналов радиоизлучения пульсара, находят новое значение интервала наблюдаемого импульса пульсара относительно начального по атомным часам, определяют разность между значениями интервалов, одно из которых вычислено по скорректированным значениям периода и производных по всей совокупности наблюдаемых интервалов в пределах протяженности наблюдений, а другое измерено по атомным часам, и по этой разности корректируют показание атомных часов.In this method, the set of barycentric moments of the pulsar pulses within the extent determined by the established observation dates is counted as intervals from the initial pulsar pulse within this extent, the observed values of the period of rotation of the pulsar and derivatives are adjusted according to the obtained intervals so that the set intervals calculated from them pulses within the observation length had a minimum value of the rms value of the difference variations observed intervals and calculated by the adjusted values of the period and derivatives, remember the set of intervals of the observed pulses calculated by the adjusted values of the period and derivatives within the observation length, replace the measuring standard with an atomic clock, they additionally accumulate periodic signals of the pulsar radio emission, find a new value for the interval of the observed pulse pulsar relative to the initial atomic clock, determine the difference between the values of the interval in one of which is calculated from the corrected values of the period and the derivatives over the entire set of observed intervals within the observation length and the other measured by an atomic clock, and this difference is corrected reading atomic clock.
Недостатком способа является то, что при определении корректирующей разности показаний атомных часов по совокупности интервалов импульсов пульсара, наблюдаемых в неподвижной координатной системе с центром в барицентре Солнечной системы, не учитывается неравномерность вращения Земли. Совокупность барицентрических интервалов, по которой находится корректирующая разность, определяется стабильными параметрами вращения пульсара, не зависящими от неравномерности вращения Земли, которая обнаруживается в движущейся координатной системе с центром в точке наблюдения на Земле.The disadvantage of this method is that when determining the correcting difference in the readings of an atomic clock from the totality of pulsar pulse intervals observed in a fixed coordinate system centered in the barycenter of the solar system, the uneven rotation of the Earth is not taken into account. The set of barycentric intervals over which the correction difference is found is determined by the stable parameters of the rotation of the pulsar, which are independent of the uneven rotation of the Earth, which is found in a moving coordinate system centered at the observation point on Earth.
Цель изобретения - повышение точности измерения, регуляризация отсчитываемых значений всемирного времени, определяемых с учетом неравномерности вращения Земли и отсчитываемым по равномерной шкале атомного времени.The purpose of the invention is to increase the accuracy of measurement, regularization of the measured values of universal time, determined taking into account the uneven rotation of the Earth and counted on a uniform scale of atomic time.
Поставленная задача решается тем, что всемирное время определяют в виде последовательности интервалов, задаваемых параметрами вращения пульсара, которые модифицируют пропорционально измеренной величине продолжительности земных суток и отсчитывают по равномерной шкале атомного времени.The problem is solved in that world time is determined in the form of a sequence of intervals specified by the parameters of the rotation of the pulsar, which are modified in proportion to the measured value of the duration of the earth's day and counted on a uniform scale of atomic time.
С этой целью определение всемирного (универсального) времени по наблюдаемым на радиотелескопе импульсам пульсара осуществляют с помощью этапов, в соответствии с которыми:To this end, the determination of universal (universal) time from the pulsar pulses observed on a radio telescope is carried out using the steps in accordance with which:
A) производят накопление периодических сигналов импульсного радиоизлучения пульсара на установленную дату наблюдений, по которым определяют момент наблюдаемого импульса пульсара в координатной системе с центром в фазовом центре радиотелескопа по шкале местного времени измерительного эталона радиотелескопа, синхронизированного с Международной шкалой атомного времени,A) accumulate periodic pulsar radio emission signals at the set observation date, which determine the moment of the pulsar pulse being observed in the coordinate system centered in the phase center of the radio telescope on the local time scale of the measuring standard of the radio telescope synchronized with the International atomic time scale,
Б) осуществляют преобразование момента наблюдаемого импульса пульсара в барицентрический момент наблюдаемого импульса в координатной системе с центром в барицентре Солнечной системы,B) convert the moment of the observed pulse of the pulsar into the barycentric moment of the observed pulse in the coordinate system centered in the barycenter of the Solar system,
B) выполняют последовательность наблюдений импульсов пульсара по установленным датам наблюдений, получают совокупность барицентрических моментов импульсов пульсара в пределах протяженности наблюдений, определяемой установленными датами наблюдений,B) perform the sequence of observations of the pulsar pulses at the set observation dates, get the set of barycentric moments of the pulsar pulses within the observation length determined by the set observation dates,
Г) осуществляют преобразование совокупности барицентрических моментов импульсов пульсара в пределах протяженности, определяемой установленными датами наблюдений, в интервалы, которые отсчитывают от начального импульса пульсара в пределах этой протяженности, по полученным интервалам корректируют наблюдаемые величины периода вращения пульсара и производных таким образом, чтобы вычисленные по ним интервалы совокупности импульсов в пределах протяженности наблюдений имели минимальное значение среднеквадратичной величины вариаций разности наблюдаемых интервалов и вычисленных по скорректированным значениям периода и производных,D) convert the totality of the barycentric moments of the pulsar pulses within the extent determined by the established dates of observation into intervals that are counted from the initial pulse of the pulsar within this extent, adjust the observed values of the period of rotation of the pulsar and derivatives in such intervals so that the values calculated from them the intervals of the set of pulses within the observation length had a minimum value of the rms variation p connectivity observed interval and the corrected values calculated period and derivatives
Д) запоминают скорректированные значения периода и производных и вычисленную по ним совокупность интервалов наблюдаемых импульсов в пределах протяженности наблюдений, измеряют продолжительность земных суток на дату наблюдения импульса пульсара.D) remember the corrected values of the period and derivatives and the set of intervals of the observed pulses calculated from them within the length of the observations, measure the duration of the earth day on the date of observation of the pulsar pulse.
При этом дополнительно вычисляют относительное отклонение продолжительности земных суток от их продолжительности на дату наблюдения начального импульса пульсара, каждый измеренный барицентрический интервал модифицируют пропорционально отношению продолжительности земных суток на дату наблюдения к продолжительности земных суток на дату наблюдения начального импульса пульсара.At the same time, the relative deviation of the duration of the Earth days from their duration on the date of observation of the initial pulsar pulse is calculated, each measured barycentric interval is modified proportionally to the ratio of the duration of Earth days on the observation date to the duration of Earth days on the date of observation of the initial pulsar pulse.
По совокупности модифицированных барицентрических интервалов, отсчитываемых от выбранного начального импульса, корректируют наблюдаемые величины периода вращения пульсара и производных. Далее запоминают скорректированные значения периода и производных, вычисленные по ним интервалы наблюдаемых импульсов в пределах всей протяженности наблюдений и значения продолжительности земных суток по нарастающей совокупности наблюдаемых барицентрических интервалов, а измеренные моменты импульсов пульсара, наблюдаемых в координатной системе с центром в фазовом центре радиотелескопа, определяемой установленными датами наблюдений, отсчитывают в виде интервалов от выбранного начального импульса пульсара.Based on the set of modified barycentric intervals counted from the selected initial pulse, the observed values of the period of rotation of the pulsar and derivatives are corrected. Then, the corrected values of the period and derivatives are stored, the intervals of the observed pulses calculated from them within the entire length of the observations, and the values of the duration of the earth days from the growing set of observed barycentric intervals, and the measured moments of the pulsar pulses observed in the coordinate system centered in the phase center of the radio telescope, determined by the established dates of observations, counted in the form of intervals from the selected initial pulse of the pulsar.
По полученным данным корректируют значения периода вращения пульсара и его производных, по которым вычисляют интервалы импульсов пульсара в пределах протяженности наблюдений. Скорректированные значения периода вращения пульсара и производных и вычисленные по ним интервалы импульсов в пределах всей протяженности наблюдений запоминают. Каждый вычисленный интервал модифицируют пропорционально отношению продолжительности земных суток, измеренной на дату наблюдения к продолжительности земных суток, измеренной на дату наблюдения начального импульса пульсара. Наблюдения импульсов пульсара повторяют с регулярностью измерений продолжительности земных суток.According to the data obtained, the values of the rotation period of the pulsar and its derivatives are corrected, according to which the intervals of the pulsar pulses are calculated within the observation length. The adjusted values of the period of rotation of the pulsar and derivatives and the intervals of pulses calculated from them within the entire length of the observations are remembered. Each calculated interval is modified in proportion to the ratio of the duration of the earth day, measured at the date of observation to the duration of the earth day, measured at the date of observation of the initial pulse of the pulsar. Observations of pulsar pulses are repeated with regular measurements of the duration of the earth's day.
По модифицированным интервалам корректируют значения периода вращения пульсара и его производных, по которым вычисляют интервалы всемирного времени, запоминают скорректированные значения периода и производных, вычисленные по ним интервалы наблюдаемых импульсов в пределах всей протяженности наблюдений и значения относительной величины земных суток по нарастающей совокупности наблюдаемых интервалов.Based on the modified intervals, the values of the rotation period of the pulsar and its derivatives are corrected, according to which the world time intervals are calculated, the corrected values of the period and derivatives are calculated, the intervals of the observed pulses calculated from them within the entire length of the observations and the relative magnitude of the earth's day over the growing set of observed intervals are stored.
Далее по совокупностям модифицированных и немодифицированных интервалов, вычисленных по скорректированным значениям периода вращения пульсара и его производных, определяют разность интервалов в барицентрической системе отсчета и в системе с центром в фазовом центре радиотелескопа и по этой разности определяют всемирное время путем корректировки на величину этой разности показаний атомных часов.Then, from the totals of the modified and unmodified intervals calculated from the adjusted values of the period of rotation of the pulsar and its derivatives, the difference of the intervals in the barycentric reference system and in the system centered in the phase center of the radio telescope is determined, and world time is determined from this difference by adjusting the atomic readings for this difference hours.
При этом интервалы от выбранного начального импульса пульсара выбирают в диапазоне от нескольких часов до нескольких лет по нарастающей совокупности измерений моментов наблюдаемых импульсов пульсара с шагом между измерениями в пределах от суток до нескольких суток.In this case, the intervals from the selected initial pulsar pulse are selected in the range from several hours to several years according to the growing set of measurements of the moments of the observed pulsar pulses with a step between measurements in the range from day to several days.
Следующим аспектом изобретения является то, что продолжительность земных суток определяют методом лазерных светодальномерных наблюдений ИСЗ (SLR -Satellite Laser Ranging), или радиотехническими наблюдениями ИСЗ навигационной системой GPS, или методом радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), или их комбинацией, а диапазон отклонений продолжительности земных суток от принятой расчетной величины 86400 с, измеренных на протяженности наблюдений 1980-2000 гг., составляет приблизительно от 0 до 4 мс [1].Another aspect of the invention is that the duration of an earth day is determined by the satellite laser ranging method (SLR-Satellite Laser Ranging), or the radio-technical observations of the satellite by the GPS navigation system, or by the method of radio interferometry with extra-long bases (VLBI), or a combination thereof, and the range of deviations of the duration Earth days from the accepted calculated value of 86400 s, measured over the observation length of 1980-2000, is approximately from 0 to 4 ms [1].
Следующим аспектом изобретения является то, что продолжительность земных суток определяется каждые сутки по состоянию на 0h UT методом лазерных наблюдений ИСЗ, по состоянию на 12h UT с помощью навигационной системы GPS и в среднем один раз в сутки (имеются даты с пропуском наблюдений, есть и двух-, реже трехкратные наблюдения на одну дату) методом РСДБ с указанием MJD даты наблюдения с точностью 0,01 с. Погрешность определения продолжительности земных суток составляет 20-30 мкс. Вариации измеренных значений продолжительности земных суток того же порядка, что и измеренные отклонения, которые составляют приблизительно 3-4 мс.Another aspect of the invention is that the duration of the Earth’s day is determined every day at the state at 0h UT using the satellite observation method of the satellite, at 12h UT using the GPS navigation system and on average once a day (there are dates with missing observations, there are two -, more rarely, three-time observations on one date) by the VLBI method with the MJD of the observation date with an accuracy of 0.01 s. The error in determining the duration of Earth days is 20-30 μs. Variations in the measured values of the duration of the Earth's day of the same order as the measured deviations, which are approximately 3-4 ms.
Следующим аспектом изобретения является то, что протяженность наблюдений выбирают от нескольких суток до нескольких лет и более, при этом даты наблюдения импульсов пульсара и измерения продолжительности земных суток выбирают либо совпадающими, либо различающимися на целое число суток, либо, если эти условия не выполняются, приводят к ним, например, методом интерполяции измеренных величин продолжительности земных суток.The next aspect of the invention is that the length of the observations is selected from several days to several years or more, while the dates of observation of the pulsar pulses and measurements of the duration of the earth day are chosen either coinciding or differing by an integer number of days, or, if these conditions are not met, lead to them, for example, by interpolating the measured values of the duration of the earth's day.
Следующим аспектом изобретения является то, что протяженность наблюдений отсчитывают от выбранного начального импульса пульсара до последнего наблюдаемого импульса пульсара и вычисляют всю совокупность интервалов, содержащуюся в границах протяженности наблюдений, по скорректированным значениям периода и производных. При этом погрешность измерения интервалов импульсов пульсара составляет 50-100 нс в границах протяженности наблюдений.A further aspect of the invention is that the length of the observations is counted from the selected initial pulse of the pulsar to the last observed pulse of the pulsar and the entire set of intervals contained within the boundaries of the length of the observations is calculated from the adjusted values of the period and derivatives. In this case, the error in measuring the intervals of pulsar pulses is 50-100 ns within the boundaries of the observation length.
Следующим аспектом изобретения является то, что интервалы импульсов пульсара модифицируют пропорционально отношению продолжительности земных суток на дату наблюдения, которую измеряют с погрешностью 20-30 мкс, к продолжительности земных суток на дату наблюдения начального импульса пульсара, по ним корректируют наблюдаемые величины периода вращения пульсара и производных в пределах протяженности наблюдений и вычисляют по ним интервалы импульсов пульсара, погрешность которых составляет 50-100 нс в пределах этой протяженности.Another aspect of the invention is that the intervals of the pulsar pulses are modified proportionally to the ratio of the duration of the earth day on the date of observation, which is measured with an error of 20-30 μs, to the duration of the earth day on the date of observation of the initial pulse of the pulsar, the observed values of the period of rotation of the pulsar and its derivatives are corrected within the length of the observations and calculate from them the intervals of the pulsar pulses, the error of which is 50-100 ns within this length.
Следующим аспектом изобретения является то, что измеренные в координатной системе с началом в фазовом центре радиотелескопа моменты пересчитывают в координатную систему с началом в барицентре Солнечной системы, преобразуют их в интервалы, которые отсчитывают от момента начального импульса, корректируют параметры вращения, по ним вычисляют барицентрические интервалы, которые пересчитывают в координатную систему отсчета с началом в фазовом центре радиотелескопа.The next aspect of the invention is that the moments measured in the coordinate system with the beginning in the phase center of the radio telescope are converted into the coordinate system with the beginning in the barycenter of the Solar system, they are converted into intervals that are counted from the moment of the initial pulse, the rotation parameters are adjusted, and barycentric intervals are calculated from them , which are counted into the coordinate reference system with the beginning in the phase center of the radio telescope.
Перечень чертежейList of drawings
Фиг.1 показан профиль импульса пульсара В 1937+21 (J1939+2134) после накопления.Figure 1 shows the pulse profile of the pulsar In 1937 + 21 (J1939 + 2134) after accumulation.
Фиг.2 приведены отклонения относительной величины скорректированного периода вращения пульсара отклонения и барицентрических интервалов, гдеFigure 2 shows the deviation of the relative magnitude of the adjusted period of rotation of the pulsar deviation and barycentric intervals, where
2а) отклонения относительной величины скорректированного периода вращения,2a) deviations of the relative magnitude of the adjusted rotation period,
2б) отклонение барицентрических интервалов импульсов пульсара.2b) deviation of the barycentric intervals of the pulsar pulses.
Фиг.3 приведена изменяющаяся во времени разность интервалов, наблюдаемых в барицентре Солнечной системы и фазовом центре радиотелескопа в пределах приблизительно 8-летней протяженности, с выраженным годовым циклом этих изменений.Figure 3 shows the time-varying difference of the intervals observed in the barycenter of the Solar system and the phase center of the radio telescope within an approximately 8-year extent, with a pronounced annual cycle of these changes.
Фиг.4 показаны отклонения немодифицированных интервалов, вычисленных по скорректированным параметрам вращения пульсара в барицентре Солнечной системы (график ТВ) и фазовом центре радиотелескопа (график ТТ). Примечание. Значения скорректированных параметров вращения пульсара в барицентре Солнечной системы и фазовом центре радиотелескопа совпадают.Figure 4 shows the deviations of the unmodified intervals calculated by the adjusted parameters of the rotation of the pulsar in the barycenter of the Solar System (TV chart) and the phase center of the radio telescope (CT chart). Note. The values of the corrected parameters of the rotation of the pulsar in the barycenter of the solar system and the phase center of the radio telescope coincide.
Фиг.5 показаны имитированные значения разности модифицированных и немодифицированных интервалов по скорректированным параметрам вращения пульсара, наблюдаемых в барицентре Солнечной системы (график ТВ) и в фазовом центре радиотелескопа (график ТТ). Примечание. Различие графиков на Фиг.5 намного, приблизительно на 5 порядков, меньше абсолютной величины разности модифицированных и немодифицированных интервалов, которая определяется неравномерностью вращения Земли. Поэтому графики разности модифицированных и немодифицированных интервалов в барицентре Солнечной системы и фазовом центре радиотелескопа на Фиг.5 практически неотличимы.Figure 5 shows the simulated difference values of the modified and unmodified intervals by the adjusted parameters of the rotation of the pulsar observed in the barycenter of the Solar System (TV plot) and in the phase center of the radio telescope (TT plot). Note. The difference in the graphs in FIG. 5 is much, approximately 5 orders of magnitude, less than the absolute value of the difference between the modified and unmodified intervals, which is determined by the uneven rotation of the Earth. Therefore, the graphs of the difference between the modified and unmodified intervals in the barycenter of the Solar system and the phase center of the radio telescope in Figure 5 are practically indistinguishable.
Термины и сокращенияTerms and abbreviations
Шкала времени - непрерывная последовательность интервалов времени определенной длительности, отсчитываемая от начального момента [8].The time scale is a continuous sequence of time intervals of a certain duration, counted from the initial moment [8].
Атомное время - время по шкале, в которой единица времени равна секунде Международной системы единиц [8].Atomic time - time on a scale in which the unit of time is equal to a second of the International System of Units [8].
Секунда - промежуток времени, состоящий из 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия 133 [4].A second is a period of time consisting of 9 192 631 770 periods of radiation corresponding to a transition between two ultrathin levels of the ground state of a cesium atom 133 [4].
Международная шкала атомного времени TAI - шкала атомного времени, рассчитываемая Международным бюро мер и весов [8].The international atomic time scale TAI is the atomic time scale calculated by the International Bureau of Weights and Measures [8].
Международная шкала координированного времени UTC - шкала времени, рассчитываемая так, что смещение относительно Международной шкалы атомного времени составляет целое число секунд, а относительно шкалы всемирного времени не превышает 0,9 с [8].The international coordinated time scale UTC is a time scale calculated so that the offset relative to the International atomic time scale is an integer number of seconds, and relative to the universal time scale, it does not exceed 0.9 s [8].
Всемирное время - общее значение шкал времени, основанных на вращении Земли вокруг своей оси [8].World time is the general value of time scales based on the rotation of the Earth around its axis [8].
Измерение интервала времени - экспериментальное определение длительности измеряемого интервала времени в принятых единицах величин [8].Measurement of the time interval - experimental determination of the duration of the measured time interval in accepted units [8].
Модифицированный интервал времени - измеренный интервал, измененный пропорционально некоторой установленной величине.Modified time interval - a measured interval that is changed in proportion to some set value.
Вторичный эталон единиц времени и (или) частоты - средство измерений, предназначенное для хранения и передачи единиц времени и (или) частоты и шкал времени с точностью, наивысшей для конкретного региона или отрасли. Размеры единиц времени и (или) частоты, хранимые вторичными эталонами, определяются стандартизованными методами сличений с государственным эталоном [8].Secondary standard of units of time and (or) frequency - a measuring instrument designed to store and transmit units of time and (or) frequency and time scales with the accuracy highest for a specific region or industry. The sizes of time units and (or) frequencies stored by secondary standards are determined by standardized methods of comparisons with the state standard [8].
Часы - устройство для измерения и показа времени [8].Clock - a device for measuring and displaying time [8].
Поправка часов - значение интервала времени, которое прибавляют к показаниям часов, чтобы получить действительное время в данной шкале.Clock Correction - the value of the time interval, which is added to the clock to obtain the actual time in this scale.
Юлианская дата - форма записи по шкале времени, ведущей отсчет в сутках от начального момента, соответствующего 12 h 1 января 4713 г. до новой эры по Юлианскому календарю. Модифицированная Юлианская дата равна Юлианской дате минус 2400000,5 сут [8].Julian date - a form of recording on a time scale that counts down in days from the initial moment corresponding to 12 h January 1, 4713 BC according to the Julian calendar. The modified Julian date is equal to the Julian date minus 2400000.5 days [8].
Модифицированная Юлианская дата наблюдения: десятичное число, у которого целая часть определяет MJD (в сутках), и десятичная дробь, определяющая часть суток (продолжительностью суток считают 86400 с) на дату наблюдения, измеряемая от их начала до наблюдаемого события. Например: MJD=46053,7825072939094 соответствует календарной дате 19.12.1984 г. с моментом события 86400 с·0,7825072939094=67608,63019377 с от начала суток на эту дату.Modified Julian date of observation: a decimal number for which the integer part determines MJD (in days), and a decimal fraction that defines the part of the day (the length of the day is 86,400 s) at the date of observation, measured from their beginning to the observed event. For example: MJD = 46053.7825072939094 corresponds to the calendar date 12/19/1984 with the time of the event 86400 with 0.7825072939094 = 67608.63019377 s from the beginning of the day on this date.
Протяженность наблюдений - интервал времени между начальным и последним наблюдаемыми событиями в данном ряду (последовательности) событий.The length of observations is the time interval between the initial and last observed events in a given series (sequence) of events.
Шкала местного времени - шкала времени, отсчитываемая по измерительному эталону на радиотелескопе.Local time scale - a time scale counted by a measuring standard on a radio telescope.
Хронометрирование пульсаров - измерение времени прихода импульсов пульсара в некоторой координатной системе отсчета.Timing of pulsars - measuring the time of arrival of pulsar pulses in a certain coordinate frame of reference.
Параметры вращения пульсара - период (или частота) и их производные.Pulsar rotation parameters - period (or frequency) and their derivatives.
МПИ пульсара - момент прихода импульса пульсара: числовое значение момента события (эпохи) в какой-либо шкале времени.MPI of the pulsar - the moment of arrival of the pulsar pulse: the numerical value of the moment of the event (era) in any time scale.
Барицентрический МПИ пульсара - пересчитанный с помощью эфемерид в барицентр Солнечной системы МПИ пульсара, измеренного по наблюдениям в фазовом центре радиотелескопа [3].The barycentric MPI of a pulsar is the MPI of a pulsar recounted using ephemeris into the barycenter of the Solar System, measured from observations in the phase center of a radio telescope [3].
ИСЗ - искусственный спутник Земли.AES - artificial satellite of the Earth.
12h UT - 12 часов по всемирному времени.12h UT - 12 hours UTC
ТВ - барицентрический интервал пульсарного времени.TV - a barycentric interval of pulsar time.
ТТ - интервал пульсарного времени в фазовом центре радиотелескопа.TT is the pulsar time interval in the phase center of the radio telescope.
Описание изобретенияDescription of the invention
В соответствии с предлагаемым способом определение всемирного (универсального) времени по наблюдаемым на радиотелескопе импульсам пульсара осуществляют с помощью этапов, при которых:In accordance with the proposed method, the determination of universal (universal) time from the pulsar pulses observed on a radio telescope is carried out using the steps in which:
A) проводят накопление периодических сигналов импульсного радиоизлучения пульсара на установленную дату наблюдений, по которым определяют момент наблюдаемого импульса пульсара в координатной системе с центром в фазовом центре радиотелескопа по шкале местного времени измерительного эталона радиотелескопа, синхронизированного со шкалой Международного атомного времени с учетом орбитального движения и суточного вращения Земли,A) accumulate periodic pulsar pulsar radio emission signals at the set observation date, which determine the moment of the pulsar pulse being observed in the coordinate system centered in the phase center of the radio telescope on the local time scale of the measuring standard of the radio telescope, synchronized with the international atomic time scale taking into account orbital motion and daily Earth rotation
Б) осуществляют преобразование момента наблюдаемого импульса пульсара в барицентрический момент наблюдаемого импульса в координатной системе с центром в барицентре Солнечной системы,B) convert the moment of the observed pulse of the pulsar into the barycentric moment of the observed pulse in the coordinate system centered in the barycenter of the Solar system,
B) последовательно осуществляют наблюдение импульсов пульсара по установленным датам наблюдений, получают совокупность барицентрических моментов импульсов пульсара в пределах протяженности наблюдений, определяемой установленными датами наблюдений,B) sequentially observe the pulsar pulses according to the established observation dates, obtain a set of barycentric moments of the pulsar pulses within the observation length determined by the established observation dates,
Г) проводят обработку всей совокупности барицентрических моментов импульсов пульсара в пределах протяженности, определяемой установленными датами наблюдений, отсчитывают в виде интервалов от начального импульса пульсара в пределах этой протяженности, по полученным интервалам корректируют наблюдаемые величины периода вращения пульсара и производных таким образом, чтобы вычисленные по ним интервалы совокупности импульсов в пределах протяженности наблюдений имели минимальное значение среднеквадратичной величины вариаций разности наблюдаемых интервалов и вычисленных по скорректированным значениям периода и производных,D) they process the entire set of barycentric moments of the pulsar pulses within the extent determined by the established observation dates, count in the form of intervals from the initial pulse of the pulsar within this extent, the observed values of the period of rotation of the pulsar and its derivatives are corrected in such intervals so that the values calculated from them the intervals of the set of pulses within the observation length had a minimum value of the rms value of the difference variations observed intervals and calculated from the adjusted values of the period and derivatives,
Д) запоминают скорректированные значения периода и производных и вычисленную по ним совокупность интервалов наблюдаемых импульсов в пределах протяженности наблюдений, измеряют продолжительность земных суток на дату наблюдения импульса пульсара.D) remember the corrected values of the period and derivatives and the set of intervals of the observed pulses calculated from them within the length of the observations, measure the duration of the earth day on the date of observation of the pulsar pulse.
Моменты прихода импульсов (МПИ) пульсара измеряются в системе координат с центром в фазовом центре радиотелескопа. Полученные значения МПИ с привязкой к фазовому центру радиотелескопа могут быть трансформированы в любую точку пространства путем их преобразования с помощью численных моделей в другую координатную систему в 4-мерном пространстве-времени. В качестве такой точки обычно выбирают центр масс (барицентр) Солнечной системы - ее неподвижную точку, в которой моменты прихода импульсов определяются только параметрами вращения пульсара и в отличие от результатов измерений МПИ непосредственно на радиотелескопе оказываются независимыми от учтенного эфемеридами движения небесных тел в Солнечной системе, включая вращение (без учета неравномерности) и орбитальное движение Земли.Moments of arrival of pulses (MPI) of a pulsar are measured in a coordinate system centered in the phase center of the radio telescope. The obtained MPI values with reference to the phase center of the radio telescope can be transformed to any point in space by converting them using numerical models to another coordinate system in 4-dimensional space-time. As such a point, the center of mass (barycenter) of the solar system is usually chosen — its fixed point, at which the moment of arrival of pulses is determined only by the parameters of the rotation of the pulsar and, in contrast to the results of MPI measurements directly on the radio telescope, are independent of the motion of celestial bodies in the solar system taken into account by the ephemeris, including rotation (without taking into account unevenness) and orbital motion of the Earth.
При выборе начала координат в центре масс Солнечной системы барицентрический момент tn наблюдаемого импульса с номером N определяется полиномом [3]:When choosing the origin at the center of mass of the solar system, the barycentric moment t n of the observed pulse with number N is determined by the polynomial [3]:
где t0 - начальный момент измерения,where t 0 is the initial moment of measurement,
P0, - период вращения пульсара в начальный момент и его производная,P 0 - the period of rotation of the pulsar at the initial moment and its derivative,
Rappr - погрешность аппроксимации из-за конечного числа членов полинома.R appr - approximation error due to a finite number of members of the polynomial.
Физические параметры пульсаров [7]Physical parameters of pulsars [7]
Период вращения: от нескольких миллисекунд (самый короткий период из известных у пульсара В1937+21, составляет около 1,56 с) до нескольких секунд (около 4,3 с у пульсара В1845-19);Rotation period: from a few milliseconds (the shortest period known for the pulsar B1937 + 21, is about 1.56 s) to several seconds (about 4.3 s for the pulsar B1845-19);
Производная периода: от 1,78×10-20 с/с (пульсар В1855+09) до 1,2×10-11 с/с (J0437-47); Вторая производная периода: в каталогах имеются сведения лишь для некоторых пульсаров. Влияние второй производной на измеряемые моменты импульсов пульсара их из-за их малости незначительно по сравнению с погрешностью измерений. Для взятого здесь в качестве примера пульсара В1937+21 составляет 3,7×10-32 c-1;Derivative of the period: from 1.78 × 10 -20 s / s (pulsar B1855 + 09) to 1.2 × 10 -11 s / s (J0437-47); The second derivative of the period: the catalogs contain information only for some pulsars. The influence of the second derivative on the measured moments of the pulsar pulses due to their smallness is insignificant compared with the measurement error. For the pulsar taken here as an example, B1937 + 21 is 3.7 × 10 −32 s −1 ;
Плотность потока излучения пульсаров на частотах 400 МГц (S400) и 1400 МГц (S1400) находится в диапазоне от нескольких тысячных долей до нескольких единиц Янски (Jy).The pulsar radiation flux density at frequencies of 400 MHz (S400) and 1400 MHz (S1400) is in the range from several thousandths to several units of Jansky (Jy).
Для пульсара В1937+21: S400=240 mJy, S1400=16 mJy;For the pulsar B1937 + 21: S400 = 240 mJy, S1400 = 16 mJy;
Ширина среднего профиля излучения импульса пульсара составляет от 0,1 до 0,5 или более от длительности периода вращения. Профиль излучения может быть двухкомпонентным, как у пульсара В1937+21;The width of the average radiation profile of the pulsar pulse is from 0.1 to 0.5 or more of the duration of the rotation period. The radiation profile can be two-component, as in the pulsar B1937 + 21;
Отношение сигнал/шум пульсара на входе усилителя радиотелескопа зависит от плотности потока излучения и находится в пределах от 10-1 до 10-3 и даже меньше для слабых пульсаров.The signal-to-noise ratio of the pulsar at the input of the amplifier of the radio telescope depends on the radiation flux density and ranges from 10 -1 to 10 -3 and even less for weak pulsars.
В выражении (1) учтена только первая производная периода вращения пульсара, что достаточно с учетом реально достижимой точности хронометрирования. Величина среднеквадратичной ошибки определения моментов импульсов составляет обычно 50-100 нс, и в эти же пределы укладывается погрешность аппроксимации на протяженности наблюдений в несколько лет, если учитывается только первая производная. Привлечение производных второго порядка может потребоваться с повышением точности определения моментов импульсов при протяженности наблюдений порядка десятков лет. Ввиду чрезвычайной малости и высокой стабильности абсолютных величин производных (например, для пульсара PSR В1937+21 первая производная с/с, а вторая производная составляет с-1) погрешность аппроксимации достигнет величины, сопоставимой с периодом вращения пульсара (1,56 мс) на протяженности наблюдений только приблизительно через 104 лет, если в полиноме (1) учитывать только период и первую производную.In expression (1), only the first derivative of the period of rotation of the pulsar is taken into account, which is sufficient given the achievable accuracy of timekeeping. The value of the root-mean-square error of determining the angular momenta is usually 50-100 ns, and the approximation error over the observation length of several years fits into the same limits if only the first derivative is taken into account. The use of second-order derivatives may be required with an increase in the accuracy of determining the angular momenta with an observation length of the order of tens of years. Due to the extreme smallness and high stability of the absolute values of the derivatives (for example, for the pulsar PSR B1937 + 21, the first derivative s / s, and the second derivative is s -1 ) the approximation error will reach a value comparable to the period of rotation of the pulsar (1.56 ms) over the observation period only after about 10 4 years, if only the period and the first derivative are taken into account in polynomial (1).
По известным, например, ранее полученным из наблюдений значениям периода вращения пульсара P0 и производной определяют барицентрический момент наблюдаемого импульса пульсара с номером N с погрешностью аппроксимации Rappr.According to the known, for example, previously obtained from observations values of the rotation period of the pulsar P 0 and the derivative determine the barycentric moment of the observed pulse of the pulsar with the number N with an approximation error R appr .
Если барицентрические моменты tn отсчитывать от некоторого импульса, выбранного в качестве начального, то выражение (1) с учетом того, что величина t0 обращается в нуль, определяет интервалы между наблюдаемыми импульсами, отсчитываемыми от выбранного начального:If the barycentric moments t n are counted from some pulse selected as the initial one, then expression (1), taking into account the fact that t 0 vanishes, determines the intervals between the observed pulses counted from the selected initial one:
Это выражение с известной погрешностью определяет интервалы наблюдаемых импульсов в пределах всей протяженности наблюдений, составляющей, как правило, не менее нескольких лет.This expression with a known error determines the intervals of the observed pulses within the entire length of the observations, which, as a rule, is at least several years.
Радиотелескоп наводят на пульсар - вращающуюся нейтронную звезду - и осуществляют прием и регистрацию его радиоизлучения в виде периодической последовательности импульсов [2]. Прием и регистрация радиоизлучения пульсара осуществляют в процессе наблюдений пульсара по заранее установленным датам, которые определяют год, месяц, число и время начала наблюдений. Промежуток времени между датами наблюдений устанавливают, в зависимости от требуемой точности аппроксимации наблюдаемых интервалов импульсов пульсара, в пределах от нескольких часов до нескольких недель. Поскольку уровень принимаемого сигнала пульсара во много раз меньше уровня шумов, то для регистрации импульсов пульсара используют накопление слабых периодических сигналов с помощью синхронного накопителя. Запуск накопителя синхронизируют по ранее полученным из наблюдений значениям периода вращения пульсара и его производных, которые определены для барицентра Солнечной системы на фиксированную эпоху наблюдения. Осуществляют последовательность запусков накопителя с постоянным периодом до достижения установленного числа накапливаемых импульсов, которое определяют таким образом, чтобы смещение накопленного импульса из-за изменения наблюдаемого периода вращения пульсара на радиотелескопе на протяжении этой последовательности запусков накопителя с учетом его производной не превосходило допустимую величину. Если по достижении установленного числа накапливаемых импульсов уровень накопленного импульса еще не достиг достаточной величины, устанавливают новое значение периода, продолжают накопление, и так продолжают до тех пор, пока отношение уровня накопленного импульса не достигнет значения, достаточного для надежного выделения профиля импульса, по которому измеряют момент импульса относительно момента запуска синхронного накопителя.A radio telescope is pointed at a pulsar - a rotating neutron star - and its radio emission is received and recorded in the form of a periodic sequence of pulses [2]. The reception and registration of the pulsar radio emission is carried out in the process of observations of the pulsar at predetermined dates that determine the year, month, number and time of the beginning of observations. The time interval between the dates of observations is established, depending on the required accuracy of the approximation of the observed intervals of the pulsar pulses, ranging from several hours to several weeks. Since the level of the received pulsar signal is many times smaller than the noise level, then for the registration of pulsar pulsar use the accumulation of weak periodic signals using a synchronous drive. The launch of the storage ring is synchronized according to previously obtained from observations values of the rotation period of the pulsar and its derivatives, which are determined for the barycenter of the Solar System for a fixed observation era. A sequence of starts of the drive with a constant period is achieved until the set number of accumulated pulses is reached, which is determined so that the offset of the accumulated pulse due to a change in the observed period of rotation of the pulsar on the radio telescope during this sequence of starts of the drive, taking into account its derivative, does not exceed the permissible value. If, upon reaching the set number of accumulated pulses, the level of the accumulated pulse has not yet reached a sufficient value, a new period value is set, accumulation is continued, and so on until the ratio of the accumulated pulse level reaches a value sufficient to reliably identify the pulse profile by which to measure the angular momentum relative to the moment the synchronous drive is started.
Моменты импульсов пульсара и моменты запуска синхронного накопителя отсчитывают по измерительному атомному эталону, входящему в состав инструментальных средств радиотелескопа, который синхронизирован с Госэталоном времени и частоты путем сличений времени несколько раз в сутки и внесением соответствующих поправок времени измерительного эталона по уточняющим показаниям Госэталона. Госэталон, в свою очередь, синхронизируется с Международной шкалой атомного времени.The pulsar pulse moments and the moments of the synchronous drive start are counted by the measuring atomic standard, which is part of the radio telescope tools, which is synchronized with the State standard of time and frequency by comparing the time several times a day and making appropriate corrections of the measuring standard time according to the refinement of the State standard. The state standard, in turn, is synchronized with the International Atomic Time Scale.
Накопление импульса занимает время от нескольких минут до нескольких часов, в зависимости от плотности потока излучения пульсара и чувствительности радиотелескопа. За это время радиотелескоп принимает от нескольких тысяч до нескольких десятков или даже сотен тысяч импульсов пульсара. Выделенный в результате накопления профиль импульса в равной степени может быть сопоставлен с любым из принятых за время накопления импульсов. При этом разница в численных значениях моментов составляет целое число периодов, которые разделяют моменты запуска накопителя.The pulse accumulation takes time from several minutes to several hours, depending on the pulsar radiation flux density and the sensitivity of the radio telescope. During this time, the radio telescope receives from several thousand to several tens or even hundreds of thousands of pulsar pulses. The pulse profile highlighted as a result of accumulation can equally be compared with any of the pulses taken during the accumulation. In this case, the difference in the numerical values of the moments is an integer number of periods that separate the moments when the drive starts.
Измеренный в фазовом центре радиотелескопа момент прихода импульса пульсара пересчитывают на основе эфемерид в барицентрический момент импульса, отсчитываемый в координатной системе с центром в барицентре Солнечной системы.The moment of arrival of the pulsar pulse, measured in the phase center of the radio telescope, is calculated on the basis of the ephemeris at the barycentric moment of the pulse, counted in the coordinate system centered on the barycenter of the solar system.
Описанный процесс накопления сигналов радиоизлучения пульсаров, определения момента импульса, наблюдаемого в фазовом центре радиотелескопа, преобразования его в барицентрический момент повторяют по установленным датам наблюдений, получают совокупность барицентрических моментов импульсов пульсара в пределах протяженности наблюдений, определяемой установленными датами наблюдений.The described process of accumulating pulsar radio emission signals, determining the angular momentum observed in the phase center of a radio telescope, converting it to a barycentric moment is repeated according to the established observation dates, and a set of barycentric pulsar pulse moments is obtained within the observation length determined by the established observation dates.
Всю совокупность барицентрических моментов импульсов пульсара в пределах протяженности наблюдений, которая определяется установленными датами наблюдений, отсчитывают относительно начального импульса этой протяженности в виде наблюдаемых интервалов. По наблюдаемым интервалам корректируют ранее полученные из предыдущих наблюдений барицентрические значения периода вращения пульсара P0 и производной и таким образом определяют наблюдаемые параметры вращения пульсара , . По скорректированным параметрам вращения пульсара определяют интервалы импульсов относительно начального в пределах всей протяженности:The entire set of barycentric moments of the pulsar pulses within the observation length, which is determined by the established observation dates, is counted relative to the initial pulse of this length in the form of observed intervals. According to the observed intervals, the barycentric values of the period of rotation of the pulsar P 0 and the derivative are obtained earlier from previous observations. and thus determine the observed rotation parameters of the pulsar , . The adjusted parameters of the rotation of the pulsar determine the intervals of the pulses relative to the initial within the entire length:
где TBi - барицентрический интервал наблюдаемого импульса, отсчитываемый относительно начального импульса,where TB i is the barycentric interval of the observed pulse, measured relative to the initial pulse,
NB - число излучаемых импульсов в пределах i-го наблюдаемого интервала в барицентрической системе отсчета,N B is the number of emitted pulses within the i-th observed interval in the barycentric reference system,
i - порядковый номер наблюдаемого интервала на установленную дату в пределах протяженности наблюдений.i is the serial number of the observed interval at the set date within the length of the observations.
Согласно выражению (3) корректируют учитываемые величины периода и производной первого порядка, что достаточно для рассматриваемой протяженности наблюдений в несколько лет. В случае наблюдений большей протяженности (несколько десятков лет) может потребоваться учитывать и соответственно корректировать также производную второго порядка. Число корректируемых производных периода выбирают по величине допустимых вариаций интервалов, вычисленных по скорректированным значениям периода и производных, с тем чтобы вариации интервалов при изменении протяженности наблюдений не превосходили достижимую погрешность измерения интервалов. Число корректируемых производных сохраняют неизменным в пределах протяженности наблюдений.According to expression (3), the taken into account values of the period and the first-order derivative are corrected, which is sufficient for the length of observation in several years. In the case of observations of a greater extent (several tens of years), it may be necessary to take into account and accordingly correct also the second-order derivative. The number of adjusted derivatives of the period is selected according to the value of the allowed variation of the intervals calculated from the adjusted values of the period and derivatives, so that the variations of the intervals when changing the length of the observations do not exceed the achievable measurement error of the intervals. The number of adjusted derivatives is kept constant within the observation length.
Величины наблюдаемых параметров вращения пульсара , определяют коррекцией параметров таким образом, чтобы вычисленные по ним интервалы в пределах всей протяженности наблюдений имели минимальное значение среднеквадратичной величины разности наблюдаемых интервалов TBi и вычисленных по скорректированным значениям периода и производной по всем наблюдаемым моментам протяженности.The values of the observed rotation parameters of the pulsar , determined by correction of parameters so that the intervals calculated from them within the entire length of the observations have a minimum value of the rms difference between the observed intervals TB i and calculated from the adjusted values of the period and derivative for all observed moments of extent.
В результате этой коррекции определяют численные величины параметров вращения пульсара запоминают вычисленные по скорректированным значениям периода и производных барицентрические интервалы наблюдаемых импульсов в пределах всей протяженности. Коррекцию параметров вращения пульсаров выполняют каждый раз после измерения очередного интервала в результате наблюдения очередного импульса на установленную дату наблюдений.As a result of this correction, the numerical values of the rotation parameters of the pulsar are determined remember the barycentric intervals of the observed pulses calculated from the adjusted values of the period and derivatives within the entire length. The correction of the rotation parameters of the pulsars is performed each time after measuring the next interval as a result of observing the next pulse at the set observation date.
В предлагаемом способе указанные выше недостатки существующего способа предлагается устранить путем внедрения дополнительных и изменения существующих технологических операций, в соответствии с которыми:In the proposed method, the above disadvantages of the existing method are proposed to be eliminated by introducing additional and changing existing technological operations, in accordance with which:
1. Берут измеренную продолжительность земных суток на дату наблюдения импульса пульсара, вычисляют относительное отклонение земных суток от их продолжительности, измеренной на дату наблюдения начального импульса пульсара.1. Take the measured duration of the Earth day on the date of observation of the pulsar pulse, calculate the relative deviation of the Earth day from their duration, measured on the date of observation of the initial pulse of the pulsar.
Определяют продолжительность земных суток с учетом неравномерности вращения Земли:The duration of the earth day is determined taking into account the uneven rotation of the Earth:
где ΔLODi - отклонение земных суток от их продолжительности на дату наблюдения начального импульса пульсара LOD0:ΔLODi=LODi-LOD0 where ΔLOD i is the deviation of Earth days from their duration on the date of observation of the initial pulse of the pulsar LOD 0 : ΔLOD i = LOD i -LOD 0
- относительное отклонение земных суток на дату наблюдения. - relative deviation of Earth days on the date of observation.
Вычисленные барицентрические интервалы наблюдаемых импульсов модифицируют пропорционально величине (1+δi) - вычисленному в соответствии с (4) относительному значению продолжительности земных суток с учетом неравномерности вращения Земли. По совокупности модифицированных интервалов корректируют барицентрические значения периода вращения пульсара и производной таким образом, чтобы вычисленные по ним интервалы в пределах всей протяженности наблюдений в соответствии с (3) имели минимальное значение среднеквадратичной величины разности наблюдаемых интервалов TBi и вычисленных по скорректированным значениям периода и производной с учетом неравномерности вращения Земли:The calculated barycentric intervals of the observed pulses are modified proportionally to the value (1 + δ i ) - the relative value of the duration of the Earth day calculated in accordance with (4), taking into account the uneven rotation of the Earth. The set of modified intervals corrects the barycentric values of the period of rotation of the pulsar and derivative so that the intervals calculated from them within the entire length of the observations in accordance with (3) have a minimum value of the rms difference between the observed intervals TB i and calculated from the corrected values of the period and derivative taking into account the uneven rotation of the Earth:
Тем самым определяют наблюдаемые параметры вращения пульсара и и вычисленные по ним наблюдаемые интервалы с учетом неравномерности вращения Земли, величина которой учитывается коэффициентом (1+δi) по всем наблюдаемым интервалам в пределах протяженности.This determines the observed rotation parameters of the pulsar and and the observed intervals calculated from them, taking into account the uneven rotation of the Earth, the value of which is taken into account by the coefficient (1 + δ i ) for all observed intervals within the extent.
Коррекцию параметров вращения пульсаров выполняют каждый раз после измерения очередного интервала в результате наблюдения очередного импульса на установленную дату наблюдений. В результате этой коррекции определяют численные величины параметров вращения пульсара и запоминают вычисленные по скорректированным значениям периода и производных интервалы наблюдаемых импульсов в пределах всей протяженности и значения коэффициентов (1+δi) в выражении (5) по нарастающей совокупности барицентрических интервалов.The correction of the rotation parameters of the pulsars is performed each time after measuring the next interval as a result of observing the next pulse at the set observation date. As a result of this correction, the numerical values of the rotation parameters of the pulsar are determined and the intervals of the observed pulses calculated from the corrected values of the period and derivatives are stored within the entire length and the values of the coefficients (1 + δ i ) in expression (5) are taken from the growing set of barycentric intervals.
2. Измеренные моменты импульсов пульсара, наблюдаемых в координатной системе с центром в фазовом центре радиотелескопа, отсчитывают в виде интервалов от выбранного начального импульса пульсара. По ним находят скорректированные значения периода вращения пульсара и его производных таким образом, чтобы вычисленные по ним интервалы в пределах всей протяженности наблюдений имели минимальное значение среднеквадратичной величины разности интервалов, наблюдаемых в фазовом центре радиотелескопа и вычисленных по скорректированным значениям периода и производной.2. The measured moments of the pulsar pulses observed in the coordinate system centered in the phase center of the radio telescope are counted in the form of intervals from the selected initial pulsar pulse. Using them, the corrected values of the rotation period of the pulsar and its derivatives are found so that the intervals calculated over them within the entire observation length have a minimum value of the mean-square difference of the intervals observed in the phase center of the radio telescope and calculated from the corrected values of the period and derivative.
Интервалы событий, наблюдаемых в двух произвольных системах отсчета, исчисляют четырьмя координатами X, Y, Z, T и X', Y', Z', T' соответственно. При переходе из одной координатной системы в другую геометрия пространства-времени не изменяется, и указанные 4-мерные координаты связаны соотношением [5]The intervals of events observed in two arbitrary reference systems are calculated by the four coordinates X, Y, Z, T and X ', Y', Z ', T', respectively. When moving from one coordinate system to another, the space-time geometry does not change, and the indicated 4-dimensional coordinates are related by the relation [5]
где J - постоянная величина, не зависящая от выбранной системы отсчета,where J is a constant value independent of the chosen reference frame,
с - скорость света.c is the speed of light.
Применительно к измерению интервалов выражение (6) представляют в эквивалентной дифференциальной форме[5]:In relation to the measurement of intervals, expression (6) is presented in equivalent differential form [5]:
где интервал dσ также не зависит от выбранной системы отсчета.where the interval dσ is also independent of the chosen reference frame.
Это означает, что применительно к наблюдаемым интервалам пульсарных импульсов, с учетом соотношений (6) и (7), скорректированные величины параметров вращения пульсара и значения коэффициентов (1+δi), по которым производится модификация наблюдаемых интервалов с учетом относительных отклонений земных суток, также одинаковы в обеих системах отсчета.This means that in relation to the observed intervals of pulsar pulses, taking into account relations (6) and (7), the adjusted values of the parameters of rotation of the pulsar and the values of the coefficients (1 + δ i ) over which the observed intervals are modified taking into account the relative deviations of the Earth's day are also the same in both reference systems.
По измеренным в фазовом центре радиотелескопа моментам импульсов пульсара на установленные даты вычисляют интервалы наблюдаемых импульсов относительно начального импульса. Вычисленные интервалы наблюдаемых импульсов модифицируют пропорционально величине (1+δi) - относительному значению измеренной продолжительности земных суток с учетом неравномерности вращения Земли. По совокупности модифицированных интервалов корректируют значения наблюдаемого периода вращения пульсара и производной таким образом, чтобы вычисленные по ним интервалы в пределах всей протяженности наблюдений имели минимальное значение среднеквадратичной величины разности наблюдаемых интервалов TTi и вычисленных по скорректированным значениям периода и производной с учетом неравномерности вращения Земли:From the measured in the phase center of the radio telescope, the pulsar pulses for the specified dates calculate the intervals of the observed pulses relative to the initial pulse. The calculated intervals of the observed pulses are modified proportionally to the value (1 + δ i ) - the relative value of the measured duration of the earth's day, taking into account the uneven rotation of the Earth. The set of modified intervals corrects the values of the observed period of rotation of the pulsar and derivative so that the intervals calculated from them within the entire length of the observations have a minimum value of the rms difference between the observed intervals TT i and calculated from the adjusted values of the period and derivative taking into account the uneven rotation of the Earth:
где NT - число излучаемых импульсов пульсара в системе отсчета с началом в фазовом центре радиотелескопа в пределах протяженности наблюдений.where N T is the number of emitted pulsar pulses in the reference system with the beginning in the phase center of the radio telescope within the observation length.
Тем самым определяют наблюдаемые параметры вращения пульсара и вычисленные по ним наблюдаемые интервалы с учетом неравномерности вращения Земли, величина которой учитывается коэффициентом (1+δi) по всем наблюдаемым интервалам протяженности.This determines the observed rotation parameters of the pulsar and the observed intervals calculated from them, taking into account the unevenness of the Earth's rotation, the value of which is taken into account by the coefficient (1 + δ i ) over all observed intervals of extent.
Коррекцию параметров вращения пульсаров выполняют каждый раз после измерения очередного интервала в результате наблюдения очередного импульса на установленную дату наблюдений. В результате этой коррекции определяют численныеThe correction of the rotation parameters of the pulsars is performed each time after measuring the next interval as a result of observing the next pulse at the set observation date. As a result of this correction, numerical
величины параметров вращения пульсара и запоминают вычисленные по скорректированным значениям периода и производных интервалы наблюдаемых импульсов в пределах всей протяженности и значения коэффициентов (1+δi) в выражении (8) по нарастающей совокупности интервалов, наблюдаемых в фазовом центре радиотелескопа.values of pulsar rotation parameters and the intervals of the observed pulses calculated from the corrected values of the period and derivatives are stored within the entire length and the coefficient values (1 + δ i ) in expression (8) are taken from the growing set of intervals observed in the phase center of the radio telescope.
3. По значениям разности модифицированных с учетом неравномерности вращения Земли и немодифицированных интервалов, измеренных в системе отсчета с центром в фазовом центре радиотелескопа, определяют всемирное время в виде поправки на величину этой разности показаний атомных часов, по которым были отсчитаны наблюдаемые интервалы. Значение поправки определяют в соответствии с выражением (8) для любого излучаемого импульса NT в пределах протяженности наблюдений. При этом параметры вращения, по которым вычисляют интервалы всемирного времени, корректируют после каждого нового измерения наблюдаемого интервала и модификации его пропорционально величине относительной продолжительности земных суток с учетом неравномерности вращения Земли.3. Using the difference values of the modified and taking into account the non-uniform rotation of the Earth and unmodified intervals measured in the reference system centered on the phase center of the radio telescope, the world time is determined in the form of a correction for the value of this difference in the readings of the atomic clock, over which the observed intervals were calculated. The correction value is determined in accordance with expression (8) for any emitted pulse N T within the observation length. At the same time, the rotation parameters by which the time intervals are calculated are corrected after each new measurement of the observed interval and its modification is proportional to the magnitude of the relative duration of the Earth day, taking into account the uneven rotation of the Earth.
Поскольку в соответствии с выражением (7) обе системы отсчета эквивалентны, а в соответствии с выражениями (5) и (8) измеренные интервалы определяются одними и теми же значениями параметров , δi в обеих системах отсчета, то всемирное время, которое определяют как поправку показаний атомных часов по разности модифицированных и немодифицированных интервалов в системе отсчета с центром в фазовом центре радиотелескопа, точно так же определяют и в барицентрической системе отсчета. Отличие состоит только в том, что в соответствии с выражением (5) вычисленная разность модифицированных и немодифицированных барицентрических интервалов не связана непосредственно с показаниями атомных часов на Земле. Эта разность представляет собой поправку, с помощью которой интервалы пульсарного времени, измеренные по атомным часам в фазовом центре радиотелескопа и пересчитанные в барицентр, корректируют с учетом неравномерности вращения Земли и таким путем определяют всемирное время в барицентре Солнечной системы.Since, in accordance with expression (7), both reference frames are equivalent, and in accordance with expressions (5) and (8), the measured intervals are determined by the same parameter values , δ i in both reference systems, the universal time, which is defined as the correction of the atomic clock readings by the difference between the modified and unmodified intervals in the reference system with the center in the phase center of the radio telescope, is also determined in the barycentric reference system. The only difference is that, in accordance with expression (5), the calculated difference between the modified and unmodified barycentric intervals is not directly related to the readings of the atomic clock on Earth. This difference is a correction with the help of which the pulsar time intervals measured by the atomic clock in the phase center of the radio telescope and recalculated into the barycenter are corrected taking into account the uneven rotation of the Earth and thus determine the world time in the barycenter of the Solar System.
Таким образом, по выявленной разности модифицированных и немодифицированных интервалов импульсов пульсара определяют всемирное время путем корректировки на величину этой разности показаний атомных часов, по которым отсчитывают интервалы импульсов пульсара, наблюдаемых в фазовом центре радиотелескопа. По ним же определяют и поправку интервалов пульсарного времени в барицентрической системе отсчета. С помощью этой поправки барицентрические интервалы пульсарного времени пересчитывают в интервалы, которые определяют всемирное время в барицентрической системе отсчета.Thus, according to the revealed difference between the modified and unmodified intervals of the pulsar pulses, the world time is determined by adjusting the atomic clock readings by the value of this difference, by which the intervals of the pulsar pulses observed in the phase center of the radio telescope are counted. They also determine the correction of the pulsar time intervals in the barycentric reference system. With this correction, the barycentric intervals of the pulsar time are converted to the intervals that determine the universal time in the barycentric reference frame.
Неочевидность технического решения связана с тем, что повышение точности измерения, регуляризация отсчитываемых значений всемирного времени, определяемых с учетом неравномерности вращения Земли и отсчитываемым по равномерной шкале атомного времени, возможны лишь в совокупности всех признаков, приведенных в способе.The non-obviousness of the technical solution is due to the fact that improving the accuracy of measurement, regularizing the measured values of universal time, determined taking into account the uneven rotation of the Earth and counted on a uniform scale of atomic time, are possible only in the aggregate of all the features given in the method.
Задача определения всемирного времени в виде последовательности интервалов решена путем модификации интервалов импульсов пульсара, вычисленных по скорректированным наблюдаемым величинам периода вращения пульсара и производных, пропорционально отношению продолжительности земных суток, измеренной на дату наблюдения к продолжительности земных суток, измеренной на дату наблюдения начального импульса пульсара. Тогда интервалы импульсов пульсара в результате модификации получают дополнительное приращение, которое определяется неравномерностью вращения Земли, выраженной в виде измеренной относительной величины продолжительности земных суток на дату наблюдения. В результате модификации интервалы импульсов пульсара, вычисленные по скорректированным наблюдаемым величинам периода вращения пульсара и производных с учетом неравномерности вращения Земли, трансформируются в совокупность интервалов всемирного времени, и таким образом всемирное время определяется в том же виде, что и регулярные последовательности интервалов Международного атомного времени и сопоставляемого с ним пульсарного времени. Данное техническое решение неочевидно для повышения точности измерения, регуляризации отсчитываемых значений всемирного времени, определяемых с учетом неравномерности вращения Земли и отсчитываемым по равномерной шкале атомного времени, при котором используют совокупность данных о модифицированных и немодифицированных интервалах импульсов пульсара. Данная совокупность отсутствует в известных литературных и патентных источниках.The task of determining universal time in the form of a sequence of intervals was solved by modifying the intervals of the pulsar pulses calculated from the adjusted observable values of the period of rotation of the pulsar and derivatives, in proportion to the ratio of the duration of the earth day measured on the date of observation to the duration of the earth day measured on the date of observation of the initial pulse of the pulsar. Then, the intervals of the pulsar pulses as a result of the modification receive an additional increment, which is determined by the uneven rotation of the Earth, expressed in the form of the measured relative magnitude of the duration of the earth day on the observation date. As a result of the modification, the intervals of the pulsar pulses calculated from the corrected observed values of the period of rotation of the pulsar and derivatives taking into account the uneven rotation of the Earth are transformed into a set of universal time intervals, and thus universal time is determined in the same form as regular sequences of intervals of International Atomic Time and the pulsar time associated with it. This technical solution is not obvious in order to increase the measurement accuracy, to regularize the measured values of universal time, determined taking into account the uneven rotation of the Earth and measured on a uniform atomic time scale, in which a combination of data on modified and unmodified pulsar pulse intervals is used. This combination is absent in the known literature and patent sources.
Ниже приведен пример реализации предложенного способа.The following is an example implementation of the proposed method.
С помощью радиотелескопа по заранее установленным датам наблюдений осуществляют прием и регистрацию радиоизлучения пульсара в виде периодической последовательности импульсов. Для регистрации импульсов пульсара используют накопление сигналов с помощью синхронного накопителя, запуск которого синхронизируют по ранее полученным из наблюдений значениям периода вращения пульсара и его производных. Моменты импульсов пульсара и моменты запуска синхронного накопителя отсчитывают по измерительному атомному эталону, входящему в состав инструментальных средств радиотелескопа, который синхронизирован с Госэталоном времени и частоты, а тот, в свою очередь, - с Международной шкалой атомного времени. За время накопления импульса радиотелескоп принимает от нескольких тысяч до нескольких десятков или даже сотен тысяч импульсов.Using a radio telescope, at a predetermined date of observation, the pulsar radio emission is received and recorded in the form of a periodic sequence of pulses. To register pulsar pulses, the accumulation of signals using a synchronous drive is used, the launch of which is synchronized according to the values of the rotation period of the pulsar and its derivatives, previously obtained from observations. The pulsar pulse moments and the synchronization drive start times are counted by the atomic measurement standard, which is part of the radio telescope tools, which is synchronized with the State standard of time and frequency, and that, in turn, with the International atomic time scale. During the pulse accumulation, the radio telescope receives from several thousand to several tens or even hundreds of thousands of pulses.
На Фиг.1 показан профиль импульса пульсара В1937+21 (J1939+2134) после накопления. По оси Х отложено время, равное периоду вращения пульсара (приблизительно 1,56 мс для этого пульсара). Выделенный в результате накопления импульс таким образом, чтобы отношение сигнал/шум было не менее 10, сопоставляют с одним из принятых за время накопления импульсов и определяют его момент в координатной системе отсчета с центром в фазовом центре радиотелескопа. При этом разница в численных значениях моментов других принятых за время накопления импульсов будет составлять целое число периодов, которые разделяют моменты запуска накопителя.Figure 1 shows the pulse profile of the pulsar B1937 + 21 (J1939 + 2134) after accumulation. The x-axis represents the time equal to the period of rotation of the pulsar (approximately 1.56 ms for this pulsar). The pulse allocated as a result of the accumulation in such a way that the signal-to-noise ratio is not less than 10 is compared with one of the pulses taken during the accumulation time and its moment is determined in the coordinate reference system with the center in the phase center of the radio telescope. In this case, the difference in the numerical values of the moments of other pulses taken during the accumulation of time will be an integer number of periods that separate the moments when the drive starts.
Измеренный в фазовом центре радиотелескопа момент пересчитывают на основе эфемерид в барицентрический момент импульса, наблюдаемого в неподвижной координатной системе с центром в барицентре Солнечной системы, в котором его численная величина не зависит от орбитального и суточного движения Земли.The moment measured in the phase center of the radio telescope is calculated on the basis of the ephemeris at the barycentric moment of the pulse observed in a fixed coordinate system centered on the barycenter of the solar system, in which its numerical value does not depend on the orbital and diurnal motion of the Earth.
Повторением по установленным датам наблюдений процесса накопления сигналов радиоизлучения пульсаров, определения момента импульса в фазовом центре радиотелескопа, преобразования его в барицентрический момент получают совокупность барицентрических моментов импульсов пульсара в пределах нарастающей протяженности наблюдений в несколько лет.By repeating, according to the established dates of observations, the process of accumulation of pulsar radio emission signals, determining the angular momentum in the phase center of the radio telescope, converting it to the barycentric moment, we obtain a set of barycentric angular momenta of the pulsar within the increasing length of observations of several years.
Полученные барицентрические моменты всей совокупности импульсов в пределах протяженности наблюдений отсчитывают в виде интервалов от начального импульса этой совокупности. По полученным интервалам корректируют наблюдаемые величины периода вращения пульсара и производных и вычисляют по ним интервалы совокупности импульсов в пределах протяженности наблюдений. В результате коррекции достигается минимальное значение среднеквадратичной величины вариаций разности наблюдаемых интервалов и вычисленных по скорректированным значениям периода и производных. Вычисленные по скорректированным значениям периода и производных интервалы совокупности наблюдаемых импульсов в пределах протяженности наблюдений запоминают.The obtained barycentric moments of the entire set of pulses within the observation length are counted in the form of intervals from the initial pulse of this set. Based on the obtained intervals, the observed values of the period of rotation of the pulsar and derivatives are corrected and the intervals of the set of pulses are calculated from them within the length of the observations. As a result of the correction, the minimum value of the rms value of the difference between the observed intervals and calculated from the adjusted values of the period and derivatives is achieved. The intervals of the set of observed pulses calculated from the corrected values of the period and derivatives within the length of the observations are remembered.
На примере данных хронометрирования пульсара PSR В1937+21 на радиотелескопе Аресибо (США) на 8-летней протяженности 1984-1992 гг. на частоте 2,3 ГГц [6] получены барицентрические интервалы измеренных за это время импульсов относительно выбранного в качестве начальной даты MJDo=46053,7796041243972 в системе отсчета с центром в фазовом центре радиотелескопа, что соответствует начальному моменту отсчета ТВо=86400с·0,7796041243972=67357,79634792 с, пересчитанному на эту дату в систему отсчета с центром в барицентре Солнечной системы, и в результате коррекции получены следующие измеренные по наблюдениям значения периода в начальный момент и производной для барицентра Солнечной системы по этим данным:For example, the timing of the pulsar PSR B1937 + 21 on the Arecibo radio telescope (USA) over an 8-year length 1984-1992. at a frequency of 2.3 GHz [6], barycentric intervals of pulses measured during this time were obtained relative to MJDo = 46053.7796041243972 selected as the starting date in the reference system centered at the phase center of the radio telescope, which corresponds to the initial reference time TVo = 86400s · 0.7796041243972 = 67357.79634792 s, recalculated on this date in the reference system centered in the barycenter of the Solar System, and as a result of the correction, the following measured from observations values of the period at the initial moment and the derivative for the barycenter of the Solar System are obtained from these data nym:
Р0=0,00155780645568484 с; .P 0 = 0.00155780645568484 s; .
Для сравнения приведем расчетные значения этих параметров:For comparison, we present the calculated values of these parameters:
а) из каталога [7], 1993 г.:a) from the catalog [7], 1993:
Р0=0,00155780644887275 с; P 0 = 0.00155780644887275 s;
б) по данным [6], 1994 г.:b) according to [6], 1994:
Р0=0,001557806468819794 с; .P 0 = 0.001557806468819794 s; .
Из приведенных значений параметров P0, следует, что полученные в результате коррекции величины периода вращения пульсара и его производной с высокой точностью согласуются с ранее установленным значениям по обоим источникам приблизительно на одну и ту же эпоху наблюдений, отличия не превышают разности оценок в источниках. Значение производной периода совпадает с величиной, приведенной в работе [6], и его сохраняют неизменным в пределах всей протяженности наблюдений.From the given values of the parameters P 0 , it follows that the values of the rotation period of the pulsar and its derivative obtained as a result of correction are highly consistent with the previously established values for both sources by approximately the same observation era, the differences do not exceed the difference in the estimates in the sources. The value of the derivative of the period coincides with the value given in [6], and it is kept unchanged within the entire length of the observations.
На Фиг.2 приведены отклонения относительной величины скорректированного периода вращения (Фиг.2а) и барицентрических интервалов (Фиг.2б), которые вычисляют по скорректированным параметрам вращения в пределах протяженности наблюдений в соответствии с формулой (2). Отклонения барицентрических интервалов обусловлены изменениями скорректированного периода по результатам его измерения в пределах протяженности наблюдений и не превышают 10 мкс в пределах 8-летнего промежутка.Figure 2 shows the deviations of the relative magnitude of the adjusted rotation period (Figure 2a) and barycentric intervals (Figure 2b), which are calculated by the adjusted rotation parameters within the observation length in accordance with formula (2). Deviations of barycentric intervals are caused by changes in the adjusted period according to the results of its measurement within the observation length and do not exceed 10 μs within the 8-year interval.
Измеренные моменты импульсов пульсара, наблюдаемых в координатной системе с центром в фазовом центре радиотелескопа, отсчитывают в виде интервалов от выбранного начального импульса пульсара. По полученным интервалам корректируют наблюдаемые величины периода вращения пульсара и производных таким образом, чтобы вычисленные по ним интервалы совокупности импульсов в пределах протяженности наблюдений имели минимальное значение среднеквадратичной величины вариаций разности наблюдаемых интервалов и вычисленных по скорректированным значениям периода и производных. По скорректированным значениям периода и производных вычисляют интервалы совокупности импульсов относительно начального в пределах протяженности наблюдений. В результате коррекции получены следующие значения периода на эпоху начального импульса и производной в координатной системе с центром в фазовом центре радиотелескопа по этим данным:The measured moments of the pulsar pulses observed in the coordinate system centered in the phase center of the radio telescope are counted as intervals from the selected initial pulsar pulse. Based on the obtained intervals, the observed values of the rotation period of the pulsar and derivatives are corrected so that the intervals of the set of pulses calculated from them within the observation length have a minimum value of the rms value of the difference between the observed intervals and calculated from the corrected values of the period and derivatives. Based on the adjusted values of the period and derivatives, the intervals of the set of pulses relative to the initial within the length of the observations are calculated. As a result of the correction, the following values of the period for the epoch of the initial impulse and derivative in the coordinate system centered in the phase center of the radio telescope were obtained from these data:
Р0=0,00155780645568484 с; .P 0 = 0.00155780645568484 s; .
Скорректированные параметры вращения пульсара в обеих системах отсчета совпадают. По ним вычисляют интервалы совокупности импульсов относительно начального в пределах протяженности наблюдений.The adjusted parameters of the rotation of the pulsar in both reference systems coincide. They calculate the intervals of the set of pulses relative to the initial within the observation length.
В качестве начальной в координатной системе с центром в фазовом центре радиотелескопа выбрана дата MJDo=46053,7825072939094, та же, что и в барицентрической системе. Этой дате в координатной системе с центром в фазовом центре радиотелескопа соответствует начальный момент ТТо=86400 с·0,7825072939094=67608,63019377 с на эту дату.As the initial in the coordinate system centered in the phase center of the radio telescope, the date MJDo = 46053,7825072939094 is chosen, the same as in the barycentric system. This date in the coordinate system centered in the phase center of the radio telescope corresponds to the initial moment ТТо = 86400 s · 0.7825072939094 = 67608.63019377 s for this date.
Вычисленные по скорректированным значениям периода и производных интервалы совокупности наблюдаемых в обеих системах импульсов в пределах протяженности наблюдений запоминают.The intervals of the totality of the pulses observed in both systems, calculated from the adjusted values of the period and derivatives, are remembered within the observation length.
Отметим, что начальные моменты ТВо=67357,79634792 с и ТТо=67608,63019377 с и интервалы импульсов, относящиеся к одним и тем же импульсам пульсара, но наблюдаемые в двух различных системах, не совпадают по величине вследствие взаимного перемещения их центров из-за вращения и орбитального движения Земли относительно барицентра Солнечной системы.We note that the initial moments TVo = 67357.79634792 s and TTo = 67608.63019377 s and the pulse intervals related to the same pulsar pulses, but observed in two different systems, do not coincide in magnitude due to the mutual displacement of their centers due to rotation and orbital motion of the Earth relative to the barycenter of the solar system.
На Фиг.3 приведена изменяющаяся во времени разность интервалов, наблюдаемых в барицентре Солнечной системы и фазовом центре радиотелескопа в пределах 8-летней протяженности с выраженным годовым циклом этих изменений. Эта разность интервалов, определяемая соотношением (7), обусловлена зависимостью величин Т и Т' в (6) от изменения пространственных координат X, Y, Z вследствие перемещения фазового центра радиотелескопа относительно барицентра Солнечной системы. Однако, несмотря на эту изменяющуюся разность временных интервалов, отсчитываемых в 4-мерной метрике (7) в обеих системах, благодаря совпадению в них скорректированных величин параметров вращения пульсара и вычисленных по ним интервалов импульсов, наблюдаемых в каждой системе, то и отклонения интервалов, вычисленных по скорректированным параметрам вращения в барицентре Солнечной системы и фазовом центре радиотелескопа, тоже оказываются совпадающими с высокой точностью, ограничиваемой в основном только погрешностью преобразования моментов наблюдаемых импульсов из одной координатной системы отсчета в другую, которая определяется точностью эфемерид.Figure 3 shows the time-varying difference of the intervals observed in the barycenter of the solar system and the phase center of the radio telescope within an 8-year length with a pronounced annual cycle of these changes. This difference in intervals, determined by relation (7), is due to the dependence of the values of T and T 'in (6) on the change in the spatial coordinates of X, Y, Z due to the displacement of the phase center of the radio telescope relative to the barycenter of the Solar system. However, despite this changing difference in time intervals counted in the 4-dimensional metric (7) in both systems, due to the coincidence of the adjusted values of the pulsar rotation parameters and the calculated pulse intervals observed in each system, the deviations of the intervals calculated according to the corrected rotation parameters in the barycenter of the Solar system and the phase center of the radio telescope, also turn out to coincide with high accuracy, limited mainly by the error in the conversion of the moment ntov observed pulses from one coordinate frame to another, which is determined by the accuracy ephemeris.
На Фиг.4 показаны отклонения интервалов, вычисленных по скорректированным параметрам вращения в барицентре Солнечной системы и фазовом центре радиотелескопа. Среднеквадратичное отклонение их разности TBi-TTi не превышает 0,31 мкс в пределах той же 8-летней протяженности наблюдений, что сопоставимо с предельно достижимой точностью измерения интервалов импульсов излучения пульсаров в различных координатных системах. Значения скорректированных параметров вращения пульсара в барицентре Солнечной системы и фазовом центре радиотелескопа совпадают.Figure 4 shows the deviations of the intervals calculated by the adjusted rotation parameters in the barycenter of the solar system and the phase center of the radio telescope. The standard deviation of their difference TB i -TT i does not exceed 0.31 μs within the same 8-year observation length, which is comparable to the maximum achievable accuracy of measuring the intervals of pulsar radiation pulses in various coordinate systems. The values of the corrected parameters of the rotation of the pulsar in the barycenter of the solar system and the phase center of the radio telescope coincide.
Для определения всемирного (универсального) времени по наблюдаемым на радиотелескопе импульсам пульсара производят следующие действия. По описанной выше методике измеряют очередной момент наблюдаемого импульса пульсара в координатной системе с центром в фазовом центре радиотелескопа по шкале местного времени измерительного эталона радиотелескопа, синхронизированного с Международной шкалой атомного времени, отсчитывают его в виде интервала от начального импульса, добавляют к совокупности интервалов в пределах протяженности наблюдений и преобразуют его в барицентрический момент наблюдаемого импульса в координатной системе с центром в барицентре Солнечной системы. Барицентрический момент отсчитывают в виде интервала от начального импульса и добавляют его к совокупности интервалов в пределах протяженности наблюдений. По совокупности барицентрических интервалов, включая очередной, корректируют наблюдаемые величины периода вращения пульсара и производных, запоминают скорректированные значения периода и производных и вычисленные по ним интервалы импульсов в пределах протяженности наблюдений. Измеряют продолжительность земных суток на дату наблюдения очередного импульса пульсара, вычисляют относительное отклонение земных суток от их продолжительности на дату наблюдения начального импульса пульсара. Каждый измеренный барицентрический интервал модифицируют пропорционально отношению продолжительности земных суток на дату наблюдения к продолжительности земных суток на дату наблюдения начального импульса пульсара. По совокупности модифицированных барицентрических интервалов, отсчитываемых от выбранного начального импульса, корректируют наблюдаемые величины периода вращения пульсара и производных. Запоминают скорректированные значения периода и производных, вычисленные по ним интервалы наблюдаемых импульсов в пределах всей протяженности наблюдений и значения продолжительности земных суток по нарастающей совокупности наблюдаемых барицентрических интервалов.To determine the universal (universal) time from the pulsar pulses observed on a radio telescope, the following actions are performed. Using the method described above, the next moment of the observed pulsar pulse is measured in the coordinate system centered on the phase center of the radio telescope according to the local time scale of the measuring standard of the radio telescope synchronized with the International Atomic Time Scale, it is counted as an interval from the initial pulse, added to the set of intervals within the extent observations and transform it into the barycentric moment of the observed pulse in the coordinate system centered in the barycenter of the solar system. The barycentric moment is counted as an interval from the initial pulse and added to the set of intervals within the observation length. Based on the totality of barycentric intervals, including the next, the observed values of the rotation period of the pulsar and derivatives are corrected, the adjusted values of the period and derivatives and the pulse intervals calculated from them are stored within the observation length. The duration of Earth days is measured on the date of observation of the next pulse of the pulsar, the relative deviation of Earth days from their duration on the date of observation of the initial pulse of the pulsar is calculated. Each measured barycentric interval is modified in proportion to the ratio of the duration of the Earth day on the date of observation to the duration of the Earth day on the date of observation of the initial pulse of the pulsar. Based on the set of modified barycentric intervals counted from the selected initial pulse, the observed values of the period of rotation of the pulsar and derivatives are corrected. The corrected values of the period and derivatives, the intervals of the observed pulses calculated from them within the entire length of the observations, and the values of the duration of the Earth's days along the growing set of observed barycentric intervals are remembered.
Измеренные моменты импульсов пульсара, наблюдаемых в координатной системе с центром в фазовом центре радиотелескопа по установленным датам, отсчитывают в виде интервалов от выбранного начального импульса пульсара. По совокупности интервалов, включая очередной, корректируют значения периода вращения пульсара и его производных, по которым вычисляют интервалы импульсов пульсара в пределах протяженности наблюдений, запоминают скорректированные значения периода и производных, вычисленные по ним интервалы наблюдаемых импульсов в пределах всей протяженности наблюдений. Каждый вычисленный интервал модифицируют пропорционально отношению продолжительности земных суток, измеренной на дату наблюдения к продолжительности земных суток, измеренной на дату наблюдения начального импульса пульсара. Наблюдения импульсов пульсара повторяют через установленный промежуток времени с регулярностью измерений продолжительности земных суток. По модифицированным интервалам корректируют значения периода вращения пульсара и его производных, по которым вычисляют интервалы всемирного времени, запоминают скорректированные значения периода и производных, вычисленные по ним интервалы наблюдаемых импульсов в пределах всей протяженности наблюдений и значения относительной величины земных суток по нарастающей совокупности наблюдаемых интервалов.The measured moments of the pulsar pulses observed in the coordinate system centered in the phase center of the radio telescope according to the set dates are counted in the form of intervals from the selected initial pulsar pulse. Based on the set of intervals, including the next, the values of the rotation period of the pulsar and its derivatives are corrected, by which the intervals of the pulsar pulses are calculated within the observation duration, the adjusted values of the period and derivatives are calculated, the intervals of the observed pulses calculated from them within the entire observation duration are stored. Each calculated interval is modified in proportion to the ratio of the duration of the earth day, measured at the date of observation to the duration of the earth day, measured at the date of observation of the initial pulse of the pulsar. Observations of pulsar pulses are repeated after a set period of time with the regularity of measurements of the duration of earthly days. Based on the modified intervals, the values of the rotation period of the pulsar and its derivatives are corrected, according to which the world time intervals are calculated, the corrected values of the period and derivatives are calculated, the intervals of the observed pulses calculated from them within the entire length of the observations and the relative magnitude of the earth's day over the growing set of observed intervals are stored.
По совокупностям модифицированных и немодифицированных интервалов, вычисленных по скорректированным значения периода вращения пульсара и его производных, определяют разность интервалов в барицентрической системе отсчета и в системе с центром в фазовом центре радиотелескопа и по этой разности определяют всемирное время путем корректировки на величину этой разности показаний атомных часов.From the sets of modified and unmodified intervals calculated from the adjusted values of the period of rotation of the pulsar and its derivatives, the difference in the intervals in the barycentric reference system and in the system centered in the phase center of the radio telescope is determined, and world time is determined by this difference by adjusting the value of the difference in the readings of the atomic clock .
Интервалы от выбранного начального импульса пульсара выбирают в диапазоне от нескольких часов до нескольких лет по нарастающей совокупности измерений моментов наблюдаемых импульсов пульсара с шагом между измерениями в пределах от суток до нескольких суток.The intervals from the selected initial pulse of the pulsar are selected in the range from several hours to several years according to the growing set of measurements of the moments of the observed pulses of the pulsar with a step between measurements in the range from day to several days.
Продолжительность земных суток определяют методом лазерных светодальномерных наблюдений ИСЗ, или радиотехническими наблюдениями ИСЗ навигационной системой GPS, или методом радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), или их комбинацией.The duration of Earth days is determined by the method of laser light-ranging observations of a satellite, or by radio-technical observations of a satellite by the GPS navigation system, or by the method of radio interferometry with extra-long bases (VLBI), or a combination thereof.
Продолжительность земных суток определяется каждые сутки по состоянию на Oh UT методом лазерных наблюдений ИСЗ, по состоянию на 12h UT с помощью навигационной системы GPS и в среднем один раз в сутки методом РСДБ с указанием модифицированной юлианской даты наблюдения (MJD) с точностью 0,01 с и погрешностью определения продолжительности земных суток в пределах 20-30 мкс.The duration of Earth days is determined every day according to the state on Oh UT by the method of laser observations of the satellite, as of 12h UT using the GPS navigation system and, on average, once a day by VLBI with the modified Julian date of observation (MJD) with an accuracy of 0.01 s and the error in determining the duration of Earth days in the range of 20-30 μs.
Протяженность наблюдений выбирают от нескольких суток до нескольких лет и более, при этом даты наблюдения импульсов пульсара и измерения продолжительности земных суток выбирают либо совпадающими, либо различающимися на целое число суток, либо, если эти условия не выполняются, приводят к ним, например, методом интерполяции измеренных величин продолжительности земных суток.The length of the observations is chosen from several days to several years or more, while the dates of observation of the pulsar pulses and measurements of the duration of the earth's days are chosen either to coincide or differ by an integer number of days, or, if these conditions are not met, lead to them, for example, by interpolation measured values of the duration of the earth day.
Протяженность наблюдений отсчитывают от выбранного начального импульса пульсара до последнего наблюдаемого импульса пульсара и вычисляют по скорректированным значениям периода и производных всю совокупность интервалов, содержащуюся в границах протяженности наблюдений, с погрешностью 50-100 нс для всех интервалов импульсов пульсара в границах протяженности наблюдений.The length of the observations is counted from the selected initial pulse of the pulsar to the last observed pulse of the pulsar and calculated from the adjusted values of the period and derivatives of the entire set of intervals contained within the boundaries of the length of the observations, with an error of 50-100 ns for all intervals of the pulsar pulses within the limits of the length of the observations.
Интервалы импульсов пульсара модифицируют пропорционально отношению продолжительности земных суток на дату наблюдения, которую измеряют с погрешностью 20-30 мкс, к продолжительности земных суток на дату наблюдения начального импульса пульсара, по ним корректируют наблюдаемые величины периода вращения пульсара и производных в пределах протяженности наблюдений и вычисляют по ним интервалы импульсов пульсара, погрешность которых составляет 50-100 нс в пределах этой протяженности.The intervals of the pulsar pulses are modified in proportion to the ratio of the duration of the earth day on the observation date, which is measured with an error of 20-30 μs, to the duration of the earth day on the date of observation of the initial pulse of the pulsar, the observed values of the period of rotation of the pulsar and derivatives are corrected for them within the observation length and calculated by the intervals of the pulsar pulses, the error of which is 50-100 ns within this length.
Измеренные в координатной системе с началом в фазовом центре радиотелескопа моменты пересчитывают в координатную систему с началом в барицентре Солнечной системы, преобразуют их в интервалы, которые отсчитывают от момента начального импульса, корректируют параметры вращения пульсара, по ним вычисляют барицентрические интервалы, которые пересчитывают в координатную систему отсчета с началом в фазовом центре радиотелескопа.The moments measured in the coordinate system with the beginning in the phase center of the radio telescope are converted into the coordinate system with the beginning in the barycenter of the Solar system, they are converted into intervals that count from the moment of the initial pulse, the pulsar rotation parameters are corrected, and barycentric intervals are calculated from them, which are converted into the coordinate system reference point with the beginning in the phase center of the radio telescope.
Для иллюстрации определения всемирного времени и выявления корректирующих поправок атомных часов по измеренным интервалам наблюдаемых на радиотелескопе импульсов пульсара с учетом неравномерности вращения Земли использовалась та же последовательность измеренных моментов на 8-летней протяженности по наблюдениям в Аресибо (1984-1992 гг.). После коррекции параметров вращения пульсара и вычисления интервалов наблюдаемых импульсов по скорректированным значениям параметров вращения пульсаров в барицентрической системе отсчета и в системе с центром в фазовом центре радиотелескопа полученные совокупности интервалов импульсов, наблюдаемых в обеих координатных системах, модифицировались пропорционально величине, моделирующей изменение продолжительности земных суток на дату наблюдения. Тем самым имитировалась неравномерность вращения Земли, с учетом которой определялась совокупность интервалов всемирного времени и обусловленные неравномерностью вращения Земли отклонения наблюдаемых интервалов в обеих системах отсчета, по которым корректируют показание атомных часов.To illustrate the determination of world time and the identification of corrective corrections of the atomic clock from the measured intervals of pulsar pulses observed on a radio telescope, taking into account the uneven rotation of the Earth, the same sequence of measured moments over an 8-year length was used according to observations in Arecibo (1984-1992). After correcting the parameters of the rotation of the pulsar and calculating the intervals of the observed pulses from the adjusted values of the parameters of rotation of the pulsars in the barycentric reference frame and in the system centered on the phase center of the radio telescope, the obtained sets of intervals of pulses observed in both coordinate systems were modified in proportion to the value simulating the change in the duration of the Earth’s day by date of observation. This simulated the unevenness of the Earth's rotation, taking into account which the totality of the world time intervals was determined and the deviations of the observed intervals in both reference systems due to the uneven rotation of the Earth, according to which the atomic clock readings are corrected.
При моделировании предполагалось, что продолжительность земных суток изменяется по линейному закону:When modeling, it was assumed that the duration of the earth's day varies according to a linear law:
где ti - моменты наблюдаемых импульсов пульсара, отсчитываемые от начального импульса.where t i are the moments of the observed pulses of the pulsar, counted from the initial pulse.
Расчет коэффициента δ в (9) выполнен по методике, изложенной в [1]. Накопленная неравномерность времени UT в промежутке τ определяетсяThe coefficient δ in (9) was calculated according to the method described in [1]. The accumulated time unevenness UT in the interval τ is determined
где Ω0 - угловая скорость вращения Земли в начале промежутка.where Ω 0 is the angular velocity of the Earth at the beginning of the gap.
Зависимость продолжительности земных суток от угловой скорости вращения Земли:The dependence of the duration of the earth day on the angular velocity of rotation of the Earth:
Изменение продолжительности суток с учетом, что δΩ<<1:Change in the length of the day, taking into account that δΩ << 1:
где LOD0=2π/Ω0 - продолжительность земных суток в начале промежутка (на дату наблюдения начального импульса пульсара). Значение коэффициента δ определяется из соотношенияwhere LOD 0 = 2π / Ω 0 is the duration of Earth days at the beginning of the interval (on the date of observation of the initial pulse of the pulsar). The value of the coefficient δ is determined from the relation
Учитывая, что за одно столетие накопленная неравномерность UT составляет приблизительно 30 с, а расчетная продолжительность земных суток 86400 с, находимConsidering that over one century, the accumulated unevenness of UT is approximately 30 s, and the estimated duration of Earth days is 86,400 s, we find
По найденному значению коэффициента δ, представляющую собой в соответствии с (9) константу в пределах всей протяженности наблюдений, вычисляют величину Using the found value of the coefficient δ, which is a constant in accordance with (9) within the entire length of the observations, the value is calculated
(1+δ·ti), равную отношению продолжительности земных суток на дату наблюдения к продолжительности земных суток на дату наблюдения начального импульса пульсара. Эта величина используется для модификации интервалов импульсов пульсара, измеренных в барицентрической системе отсчета и в системе с центром в фазовом центре радиотелескопа. В качестве значений ti приняты значения интервалов импульсов, наблюдаемых в каждой системе и отсчитываемых от начального импульса.(1 + δ · t i ), equal to the ratio of the duration of Earth days on the date of observation to the duration of Earth days on the date of observation of the initial pulse of the pulsar. This value is used to modify the pulsar pulse intervals measured in the barycentric reference system and in the system centered in the phase center of the radio telescope. As the values of t i taken values of the intervals of pulses observed in each system and counted from the initial pulse.
На Фиг.5 показаны имитированные значения разности модифицированных и немодифицированных интервалов по скорректированным параметрам вращения пульсара, наблюдаемых в барицентре Солнечной системы и в фазовом центре радиотелескопа. Результаты получены по нарастающим интервалам в пределах 8-летней протяженности наблюдений. На графике обе разностные последовательности практически совпадают, их среднеквадратичное отклонение в пределах всей протяженности не превышает 0,59 мкс, они того же порядка, что и для нескорректированных интервалов в обеих координатных системах отсчета (СКО составляет 0,31 мкс), приведенных на Фиг.4.Figure 5 shows the simulated difference values of the modified and unmodified intervals for the adjusted parameters of the rotation of the pulsar observed in the barycenter of the solar system and in the phase center of the radio telescope. The results were obtained at increasing intervals within the 8-year observation length. On the graph, both difference sequences practically coincide, their standard deviation within the entire length does not exceed 0.59 μs, they are of the same order as for unadjusted intervals in both coordinate frames (standard deviation is 0.31 μs) shown in FIG. four.
Между тем абсолютные величины отклонений модифицированных и немодифицированных интервалов различаются между собой вследствие влияния неравномерности вращения Земли, приблизительно на 5 порядков. Из этого следует, что точность определения всемирного времени в абсолютном исчислении и разность модифицированных и немодифицированных интервалов, обусловленная неравномерностью вращения Земли, близка к предельно достижимой при измерениях с помощью атомных часов, не зависит от выбранной координатной системы отсчета и ограничивается в основном только точностью преобразования моментов импульсов пульсара из одной координатной системы в другую.Meanwhile, the absolute deviations of the modified and unmodified intervals differ from each other due to the influence of the uneven rotation of the Earth, by about 5 orders of magnitude. From this it follows that the accuracy of determining universal time in absolute terms and the difference between the modified and unmodified intervals, due to the uneven rotation of the Earth, is close to the maximum achievable when measured using an atomic clock, does not depend on the selected coordinate frame of reference, and is mainly limited only by the accuracy of moment conversion pulsar pulses from one coordinate system to another.
Таким образом, предложенный способ определения всемирного времени благодаря измерению последовательности интервалов импульсов пульсара по шкале атомного времени, модификации их длительности пропорционально изменению продолжительности земных суток из-за неравномерности вращения Земли решает задачу измерения и отсчета по шкале атомного времени последовательности интервалов всемирного времени в пределах всей протяженности измерений. Тем самым достигается непосредственное сопоставление всемирного и атомного времени по показаниям одних и тех же атомных часов.Thus, the proposed method for determining world time by measuring the sequence of intervals of pulsar pulses on an atomic time scale, modifying their duration in proportion to the change in the duration of Earth days due to uneven rotation of the Earth, solves the problem of measuring and counting on a scale of atomic time a sequence of intervals of universal time over the entire length measurements. Thus, a direct comparison of world and atomic time is achieved according to the readings of the same atomic clock.
Вместо эпизодических поправок, определяемых по измерениям неравномерности вращения Земли со случайной выборкой, всемирное время определено в виде регулярного континуума интервалов излучаемых импульсов пульсара, которые корректируются с учетом выявленных изменений продолжительности земных суток, обусловленных неравномерностью вращения Земли, и отсчитываются по равномерной атомной шкале.Instead of episodic corrections, determined by measuring the irregularity of the Earth’s rotation with a random sample, universal time is determined as a regular continuum of intervals of the emitted pulsar pulses, which are corrected for the detected changes in the duration of the Earth day due to the uneven rotation of the Earth and are counted on a uniform atomic scale.
Инвариантность всемирного времени, измеренного по интервалам импульсов пульсара в барицентрической системе отсчета с неподвижным центром и в фазовом центре радиотелескопа, совершающего вращательное и орбитальное движение вместе с Землей, позволяет определить всемирное время в любой другой координатной системе отсчета с произвольно выбранным центром в пределах Солнечной системы и реализовать тем самым его универсальность.The invariance of universal time, measured by pulsar pulse intervals in a barycentric reference frame with a fixed center and in the phase center of a radio telescope that rotates and orbits with the Earth, allows you to determine universal time in any other coordinate frame of reference with an arbitrarily chosen center within the solar system and thereby realize its versatility.
Всемирное время, измеряемое по интервалам пульсарных импульсов, которые определяются скорректированными параметрами вращения пульсара, обладают высокой порядка 10-15, долговременной стабильностью и нечувствительны к периодическим и случайным вариациям измеряемых величин. Поэтому, несмотря на значительную вариабельность измеренных отклонений земных суток, сопоставимых с величиной этих отклонений, всемирное время, определяемое по интервалам пульсарных импульсов, обладает такой же устойчивостью к вариациям и имеет долговременную стабильность того же порядка, что и интервалы пульсарных импульсов, которые определяются скорректированными параметрами вращения пульсара.World time, measured by the intervals of pulsar pulses, which are determined by the adjusted parameters of the rotation of the pulsar, have a high order of 10 -15 , long-term stability and are insensitive to periodic and random variations of the measured values. Therefore, despite the significant variability of the measured deviations of the Earth's day, comparable with the magnitude of these deviations, the universal time, determined from the intervals of pulsar pulses, has the same resistance to variations and has long-term stability of the same order as the intervals of pulsar pulses, which are determined by the adjusted parameters rotation of the pulsar.
Следовательно, предложенный способ определения всемирного времени решает задачи сопоставления шкал времени, основанных на вращении Земли вокруг своей оси, по высокостабильным регулярным интервалам излучаемых импульсов пульсара в любой координатной системе отсчета с произвольно выбранным центром в пределах Солнечной системы. Благодаря универсальности определения всемирного времени в пространстве и долговременной стабильности измеряемых интервалов предложенный способ ориентирован на применение в высокоточных глобальных координатно-временных системах измерений, например ГЛОНАСС, где должна учитываться неравномерность вращения Земли.Therefore, the proposed method for determining universal time solves the problem of comparing time scales based on the rotation of the Earth around its axis, using highly stable regular intervals of the emitted pulsar pulses in any coordinate reference system with an arbitrarily chosen center within the solar system. Due to the universality of the definition of universal time in space and the long-term stability of the measured intervals, the proposed method is focused on the use in high-precision global coordinate-time measurement systems, for example, GLONASS, where the uneven rotation of the Earth should be taken into account.
Суммируя, отметим, что предлагаемый способ определения всемирного (универсального) времени импульсам пульсара включает накопление периодических сигналов импульсного радиоизлучения пульсара на установленную дату наблюдений, по которым определяют момент наблюдаемого импульса пульсара в координатной системе с центром в фазовом центре радиотелескопа по шкале местного времени измерительного эталона радиотелескопа, синхронизированного со шкалой Международного атомного времени с учетом орбитального движения и суточного вращения Земли, и преобразуют его в барицентрический момент наблюдаемого импульса в координатной системе с центром в барицентре Солнечной системы. Осуществляют последовательность наблюдений импульсов пульсара по установленным датам наблюдений, получают совокупность барицентрических моментов импульсов пульсара в пределах протяженности наблюдений, определяемой установленными датами наблюдений. Всю совокупность барицентрических моментов импульсов пульсара в пределах протяженности, определяемой установленными датами наблюдений, преобразуют в интервалы, которые отсчитывают от начального импульса пульсара в пределах этой протяженности. По полученным интервалам корректируют наблюдаемые величины периода вращения пульсара и производных таким образом, чтобы вычисленные по ним интервалы совокупности импульсов в пределах протяженности наблюдений имели минимальное значение среднеквадратичной величины вариаций разности наблюдаемых интервалов и вычисленных по скорректированным значениям периода и производных. Запоминают скорректированные значения периода и производных и вычисленную по ним совокупность интервалов наблюдаемых импульсов в пределах протяженности наблюдений. Измеряют продолжительность земных суток на дату наблюдения импульса пульсара. Вычисляют относительное отклонение земных суток от их продолжительности на дату наблюдения начального импульса пульсара, каждый измеренный барицентрический интервал модифицируют пропорционально отношению продолжительности земных суток на дату наблюдения к продолжительности земных суток на дату наблюдения начального импульса пульсара. По совокупности модифицированных барицентрических интервалов, отсчитываемых от выбранного начального импульса, корректируют наблюдаемые величины периода вращения пульсара и производных. Запоминают скорректированные значения периода и производных, вычисленные по ним интервалы наблюдаемых импульсов в пределах всей протяженности наблюдений и значения продолжительности земных суток по нарастающей совокупности наблюдаемых барицентрических интервалов. Измеренные моменты импульсов пульсара, наблюдаемых в координатной системе с центром в фазовом центре радиотелескопа, определяемой установленными датами наблюдений, отсчитывают в виде интервалов от выбранного начального импульса пульсара, по ним корректируют значения периода вращения пульсара и его производных, по которым вычисляют интервалы импульсов пульсара в пределах протяженности наблюдений. Запоминают скорректированные значения периода и производных, вычисленные по ним интервалы наблюдаемых импульсов в пределах всей протяженности наблюдений, каждый вычисленный интервал модифицируют пропорционально отношению продолжительности земных суток, измеренной на дату наблюдения к продолжительности, измеренной на дату наблюдения начального импульса пульсара. Наблюдения импульсов пульсара повторяют с регулярностью измерений продолжительности земных суток. По модифицированным интервалам корректируют значения периода вращения пульсара и его производных, по которым вычисляют интервалы всемирного времени. Запоминают скорректированные значения периода и производных, вычисленные по ним интервалы наблюдаемых импульсов в пределах всей протяженности наблюдений и значения относительной величины земных суток по нарастающей совокупности наблюдаемых интервалов. По совокупностям модифицированных и немодифицированных интервалов, вычисленных по скорректированным значения периода вращения пульсара и его производных, определяют разность интервалов в барицентрической системе отсчета и в системе с центром в фазовом центре радиотелескопа и по этой разности определяют всемирное время путем корректировки на величину этой разности показаний атомных часов.Summarizing, we note that the proposed method for determining the universal (universal) time for pulsar pulses includes the accumulation of periodic pulsar radio signals from the pulsar at the set observation date, which determine the moment of the pulsar pulse observed in the coordinate system centered in the phase center of the radio telescope using the local time scale of the measuring standard of the radio telescope synchronized with the scale of international atomic time, taking into account the orbital motion and daily rotation of the earth , and transform it into the barycentric moment of the observed pulse in the coordinate system centered in the barycenter of the solar system. A sequence of observations of pulsar pulses is carried out according to the established observation dates, and a set of barycentric moments of the pulsar pulses is obtained within the observation length determined by the established observation dates. The entire set of barycentric moments of the pulsar pulses within the extent determined by the established observation dates is converted into intervals that are counted from the initial pulse of the pulsar within this extent. Based on the obtained intervals, the observed values of the rotation period of the pulsar and derivatives are corrected so that the intervals of the set of pulses calculated from them within the observation length have a minimum value of the rms value of the difference between the observed intervals and calculated from the corrected values of the period and derivatives. The corrected values of the period and derivatives and the set of intervals of the observed pulses calculated from them are stored within the limits of the observation length. The duration of the earth day on the date of observation of the pulsar pulse is measured. The relative deviation of Earth days from their duration on the date of observation of the initial pulsar pulse is calculated, each measured barycentric interval is modified proportionally to the ratio of the duration of Earth days on the observation date to the duration of Earth days on the date of observation of the initial pulsar pulse. Based on the set of modified barycentric intervals counted from the selected initial pulse, the observed values of the period of rotation of the pulsar and derivatives are corrected. The corrected values of the period and derivatives, the intervals of the observed pulses calculated from them within the entire length of the observations, and the values of the duration of the Earth's days along the growing set of observed barycentric intervals are remembered. The measured moments of the pulsar pulses observed in the coordinate system centered in the phase center of the radio telescope, determined by the established observation dates, are counted in the form of intervals from the selected initial pulsar pulse, the values of the rotation period of the pulsar and its derivatives are corrected according to which the pulsar pulse intervals are calculated within length of observations. The corrected values of the period and derivatives are stored, the intervals of the observed pulses calculated from them within the entire length of the observations are modified, each calculated interval is modified in proportion to the ratio of the duration of the earth's day, measured on the date of observation to the duration, measured on the date of observation of the initial pulse of the pulsar. Observations of pulsar pulses are repeated with regular measurements of the duration of the earth's day. Using the modified intervals, the values of the rotation period of the pulsar and its derivatives are corrected, according to which the world time intervals are calculated. The adjusted values of the period and derivatives, the intervals of the observed pulses calculated from them within the entire length of the observations, and the values of the relative magnitude of the Earth's days along the growing set of observed intervals are remembered. From the sets of modified and unmodified intervals calculated from the adjusted values of the period of rotation of the pulsar and its derivatives, the difference in the intervals in the barycentric reference system and in the system centered in the phase center of the radio telescope is determined, and world time is determined by this difference by adjusting the value of the difference in the readings of the atomic clock .
Интервалы от выбранного начального импульса пульсара выбирают в диапазоне от нескольких часов до нескольких лет по нарастающей совокупности измерений моментов наблюдаемых импульсов пульсара с шагом между измерениями в пределах от суток до нескольких суток.The intervals from the selected initial pulse of the pulsar are selected in the range from several hours to several years according to the growing set of measurements of the moments of the observed pulses of the pulsar with a step between measurements in the range from day to several days.
Продолжительность земных суток определяют методом лазерных светодальномерных наблюдений ИСЗ, или радиотехническими наблюдениями ИСЗ навигационной системой GPS, или методом радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), или их комбинацией.The duration of Earth days is determined by the method of laser light-ranging observations of a satellite, or by radio-technical observations of a satellite by the GPS navigation system, or by the method of radio interferometry with extra-long bases (VLBI), or a combination thereof.
Продолжительность земных суток определяется каждые сутки по состоянию на Oh UT методом лазерных наблюдений ИСЗ, по состоянию на 12h UT с помощью навигационной системы GPS и в среднем один раз в сутки методом РСДБ с указанием модифицированной юлианской даты наблюдения (MJD) с точностью 0,01 с и погрешностью определения продолжительности земных суток в пределах 20-30 мкс.The duration of Earth days is determined every day according to the state on Oh UT by the method of laser observations of the satellite, as of 12h UT using the GPS navigation system and, on average, once a day by VLBI with the modified Julian date of observation (MJD) with an accuracy of 0.01 s and the error in determining the duration of Earth days in the range of 20-30 μs.
Протяженность наблюдений выбирают от нескольких суток до нескольких лет и более, при этом даты наблюдения импульсов пульсара и измерения продолжительности земных суток выбирают либо совпадающими, либо различающимися на целое число суток, либо, если эти условия не выполняются, приводят к ним, например, методом интерполяции измеренных величин продолжительности земных суток.The length of the observations is chosen from several days to several years or more, while the dates of observation of the pulsar pulses and measurements of the duration of the earth's days are chosen either to coincide or differ by an integer number of days, or, if these conditions are not met, lead to them, for example, by interpolation measured values of the duration of the earth day.
Протяженность наблюдений отсчитывают от выбранного начального импульса пульсара до последнего наблюдаемого импульса пульсара и вычисляют по скорректированным значениям периода и производных всю совокупность интервалов, содержащуюся в границах протяженности наблюдений, с погрешностью 50-100 нс для всех интервалов импульсов пульсара в границах протяженности наблюдений.The length of the observations is counted from the selected initial pulse of the pulsar to the last observed pulse of the pulsar and calculated from the adjusted values of the period and derivatives of the entire set of intervals contained within the boundaries of the length of the observations, with an error of 50-100 ns for all intervals of the pulsar pulses within the limits of the length of the observations.
Интервалы импульсов пульсара модифицируют пропорционально отношению продолжительности земных суток на дату наблюдения, которую измеряют с погрешностью 20-30 мкс, к продолжительности земных суток на дату наблюдения начального импульса пульсара, по ним корректируют наблюдаемые величины периода вращения пульсара и производных в пределах протяженности наблюдений и вычисляют по ним интервалы импульсов пульсара, погрешность которых составляет 50-100 нс в пределах этой протяженности.The intervals of the pulsar pulses are modified in proportion to the ratio of the duration of the earth day on the observation date, which is measured with an error of 20-30 μs, to the duration of the earth day on the date of observation of the initial pulse of the pulsar, the observed values of the period of rotation of the pulsar and derivatives are corrected for them within the observation length and calculated by the intervals of the pulsar pulses, the error of which is 50-100 ns within this length.
Измеренные в координатной системе с началом в фазовом центре радиотелескопа моменты пересчитывают в координатную систему с началом в барицентре Солнечной системы, преобразуют их в интервалы, которые отсчитывают от момента начального импульса, корректируют параметры вращения пульсара, по ним вычисляют барицентрические интервалы, которые пересчитывают в координатную систему отсчета с началом в фазовом центре радиотелескопа.The moments measured in the coordinate system with the beginning in the phase center of the radio telescope are converted into the coordinate system with the beginning in the barycenter of the Solar system, they are converted into intervals that count from the moment of the initial pulse, the pulsar rotation parameters are corrected, and barycentric intervals are calculated from them, which are converted into the coordinate system reference point with the beginning in the phase center of the radio telescope.
Таким образом, предлагаемым способом устраняются указанные выше недостатки существующего способа и достигается поставленная цель изобретения - повышение точности измерения, регуляризация отсчитываемых значений всемирного времени, определяемых с учетом неравномерности вращения Земли и отсчитываемым по равномерной шкале атомного времени.Thus, the proposed method eliminates the above disadvantages of the existing method and the goal of the invention is achieved - improving the accuracy of measurement, regularizing the measured values of universal time, determined taking into account the uneven rotation of the Earth and counted on a uniform atomic time scale.
Источники информацииInformation sources
1. В.Е.Жаров. Сферическая астрономия. Изд. «Век 2», Фрязино, 2006, с.170-181.1. V.E. Zharov. Spherical astronomy. Ed. "Century 2", Fryazino, 2006, p.170-181.
2. А.Е.Авраменко, А.Е.Родин. Способ синхронизации атомных часов по наблюдаемым на радиотелескопе импульсам пульсара. Патент №2316034 RU. 2008, Бюл. №3.2. A.E. Avramenko, A.E. Rodin. A method for synchronizing atomic clocks by pulsar pulses observed on a radio telescope. Patent No. 2316034 RU. 2008, Bull. Number 3.
3. О.В.Дорошенко, С.М.Копейкин Алгоритм высокоточного фазового анализа наблюдений одиночных пульсаров. Астрономический журнал, 1990, 67, 5, с.986-998.3. OV Doroshenko, S. M. Kopeikin Algorithm for high-precision phase analysis of observations of single pulsars. Astronomical Journal, 1990, 67, 5, pp. 986-998.
4. К.Одуан, Б.Гино. Измерение времени. Основы GPS. Пер. с англ. под ред. В.М.Татаренкова. М., ТЕХНОСФЕРА, 2002, стр.73.4. K. Oduan, B. Gino. Time measurement. GPS basics. Per. from English under the editorship of V.M. Tatarenkova. M., TECHNOSPHERE, 2002, p. 73.
5. А.А.Логунов. Лекции по теории относительности. Изд. «Наука», Москва, 2002, с.39-52.5. A.A. Logunov. Lectures on the theory of relativity. Ed. “Science”, Moscow, 2002, p. 39-52.
6. V.M.Kaspi, J.H.Taylor, and M.F.Ryba. High Precision Timing of Millisecond Pulsars. III. Long-Term Monitoring of PSRs B1855+09 and B1937+21. The Astrophysical Journal, 428:713-728, 1994, June 20.6. V. M. Kaspi, J. H. Taylor, and M. F. Ryba. High Precision Timing of Millisecond Pulsars. III. Long-Term Monitoring of PSRs B1855 + 09 and B1937 + 21. The Astrophysical Journal, 428: 713-728, 1994, June 20.
7. J.H.Taylor, R.N.Manchester, and A.G.Lyne. Catalog of 558 Pulsars. The Astrophysical Journal Supplement Series, 88: 529-568, 1993. October.7. J.H. Taylor, R.N. Manchester, and A.G. Lyne. Catalog of 558 Pulsars. The Astrophysical Journal Supplement Series, 88: 529-568, 1993. October.
8. ГОСТ 8.567-99. Межгосударственный стандарт «Измерения времени и частоты. Термины и определения».8. GOST 8.567-99. Interstate standard “Measurements of time and frequency. Terms and Definitions".
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008121287/28A RU2378676C1 (en) | 2008-05-29 | 2008-05-29 | Method of determining world (universal) time from pulsar pulses |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008121287/28A RU2378676C1 (en) | 2008-05-29 | 2008-05-29 | Method of determining world (universal) time from pulsar pulses |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2378676C1 true RU2378676C1 (en) | 2010-01-10 |
Family
ID=41644319
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008121287/28A RU2378676C1 (en) | 2008-05-29 | 2008-05-29 | Method of determining world (universal) time from pulsar pulses |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2378676C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2453813C1 (en) * | 2011-03-10 | 2012-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-исследовательский центр "НИКА" | Method of navigating spacecraft based on celestial periodic radiation sources |
WO2020056217A1 (en) * | 2018-09-14 | 2020-03-19 | Booz Allen Hamilton Inc. | System and methods for updating a reference time from a decaying rotational period of a pulsar |
CN117014007A (en) * | 2023-09-07 | 2023-11-07 | 湖南时空信安科技有限公司 | Clock difference driving method and device and terminal equipment |
-
2008
- 2008-05-29 RU RU2008121287/28A patent/RU2378676C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
ЖАРОВ В.Е. Сферическая астрономия. - Фрязино: Из-во «Век 2», 2006, с.170-181. B.GUINOT. Atomic time scales for pulsar studies and other demanding application, Astronomy and astrophysics, 1988, No. 192, pp.370-373. * |
ОДУАН К., ГИНО Б. Измерение времени. Основы GPS. Пер. с англ. под ред. В.М.ТАТАРЕНКОВА. - М.: ТЕХНОСФЕРА, 2002, с.73, 262-268, 280, 340-344. ДОРОШЕНКО О.В., КОПЕЙКИН С.М. Алгоритм высокоточного фазового анализа наблюдений одиночных пульсаров. Астрономический журнал, 1990, №67(5), с.986-998. V.M.KASPI, J.H.TAYLOR, M.F.RYBA. High precision timing of millisecond pulsars. Astrophysical journal. No 428, 1994, June 20, pp.713-728. TAYLOR, JR., JOSEPH H., "Millisecond Pulsars: Nature's Most Stable Clocks", Proceedings of the IEEE, vol.79, No.7, Jul. 1, 1991, pp.1054-1062. CHESTER, BUTMAN, "Navigation Using X-Ray Pulsars", NASA Technical Reports, No 81-27129, June 15, 1981, pp.22-25. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2453813C1 (en) * | 2011-03-10 | 2012-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-исследовательский центр "НИКА" | Method of navigating spacecraft based on celestial periodic radiation sources |
WO2020056217A1 (en) * | 2018-09-14 | 2020-03-19 | Booz Allen Hamilton Inc. | System and methods for updating a reference time from a decaying rotational period of a pulsar |
US10802036B2 (en) | 2018-09-14 | 2020-10-13 | Booz Allen Hamilton Inc. | System and methods for updating a reference time from a decaying rotational period of a pulsar |
CN117014007A (en) * | 2023-09-07 | 2023-11-07 | 湖南时空信安科技有限公司 | Clock difference driving method and device and terminal equipment |
CN117014007B (en) * | 2023-09-07 | 2024-01-05 | 湖南时空信安科技有限公司 | Clock difference driving method and device and terminal equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1904642B (en) | Apparatus and method for compensating the drift of a local clock used as sampling frequency | |
Verbiest et al. | Precision timing of PSR J0437–4715: an accurate pulsar distance, a high pulsar mass, and a limit on the variation of Newton’s gravitational constant | |
Kaspi et al. | High-precision timing of millisecond pulsars. 3: Long-term monitoring of PSRs B1855+ 09 and B1937+ 21 | |
CN109633701B (en) | GNSS timing receiver system delay calibration method based on time-keeping laboratory resources | |
US20130329040A1 (en) | Method of measuring the accuracy of a mechanical watch | |
CN111025341B (en) | Error refinement method for satellite orbit | |
RU2378676C1 (en) | Method of determining world (universal) time from pulsar pulses | |
Nice et al. | On the mass and inclination of the PSR J2019+ 2425 binary system | |
McCarthy | Evolution of timescales from astronomy to physical metrology | |
CN101995816B (en) | Automatic clock calibration method and automatic clock calibration device | |
JP2010164346A (en) | Method and system for correcting measurement time of data logger | |
CN113359191B (en) | Real-time correction method of constant-temperature crystal oscillator and electromagnetic receiver | |
JP2018119826A (en) | Time correction device, sensor device, sensor system, time correction method and program | |
Exertier et al. | T2L2: Five years in space | |
RU2316034C1 (en) | Method of synchronizing atomic clock | |
CN101833079B (en) | Method for converting original measurement value of global positioning system into precise and uniform sampling in real time | |
Taylor | Astronomical and space experiments to test relativity | |
Maciuk | Aging of ground global navigation satellite system oscillators | |
CN114740260A (en) | Special synchronous acquisition method for detecting and adjusting crystal oscillator output frequency in real time | |
CN201266923Y (en) | GPS combined time frequency instrument | |
CN106814249A (en) | A kind of frequency measurement method for optical pumped magnetometer frequency meter | |
Forbriger et al. | Frequency response of the superconducting gravimeter SG056 | |
Yakut et al. | The early-type close binary CV Velorum revisited | |
Munera et al. | Observation during 2004 of periodic fringeshifts in an adialeiptometric stationary Michelson-Morley experiment | |
Essen | Time scales |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150530 |