ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (3): 526580.doi: 10.7527/S1000-6893.2022.26580
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Chengshi ZHAO1(
), Yuping GAO1,2, Minglei TONG1, Xingzhi ZHU1, Jintao LUO1
CJA
Received:2021-10-28
Revised:2021-12-23
Accepted:2022-03-15
Online:2023-02-15
Published:2022-03-22
Contact:
Chengshi ZHAO
E-mail:zhaocs@ntsc.ac.cn
Supported by:CLC Number:
Chengshi ZHAO, Yuping GAO, Minglei TONG, Xingzhi ZHU, Jintao LUO. Unity of pulsar-based ephemeris time-space reference systems for navigation[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(3): 526580.
Fig. 1
Flow chart of pulsar ephemeris construction
Fig. 2
Timing residuals of PSR J0437-4715 using different reference combinations
Fig. 3
Position vector deviation of the earth relative to the SSB between different versions of DE ephemerides
Table 1
Fitting values of pulsar ephemeris parameters with different versions of DE ephemeris
| 参数 | DE436 | DE200 | 偏差 |
|---|---|---|---|
| 频率/Hz | 173.687 945 737 518 42（4） | 173.687 945 737 737 18（9） | 2.1×10-10 |
| 频率一阶导数/s-2 | -1.728 374 8（3）×10-15 | -1.728 240 9（6）×10-15 | 1.3×10-19 |
| 赤经/（hh：mm：ss） | 04：37：15.912 532 7（3） | 04：37：15.910 713 4（8） | -0.0018 |
| 赤纬/（dd：mm：ss） | -47：15：09.208 59（3） | -47：15：09.206 73（8） | 0.0018 |
| 赤经自行/（mas.a -1） | 121.438 8（6） | 121.360 6（15） | -0.078 |
| 赤纬自行/（mas.a -1） | -71.467 6（7） | -71.499 4（16） | -0.032 |
| 视差/mas | 6.64（6） | 8.24（16） | 1.6 |
| 残差/μs | 0.246 | 0.637 | 0.391 |
| 参考历元MJD | 55 000 | 55 000 |
Fig. 4
Difference between TT（BIPM15） and TT（TAI） and same difference after a quadratic polynomial has been fitted and removed
Table 2
Fitting values of pulsar ephemeris parameters based on different time reference
| 参数 | TT（BIPM15） | TT（TAI） | 偏差 |
|---|---|---|---|
| 频率/Hz | 173.687 945 737 518 42（4） | 173.687 945 737 519 04（4） | 6.2×10-13 |
| 频率一阶导数/s-2 | -1.728 374 8（3）×10－15 | -1.728 377 6（3）×10-15 | -2.8×10-21 |
| 赤经/（hh：mm：ss） | 04：37：15.912 532 7（3） | 04：37：15.912 532 8（3） | 1.0×10-7 |
| 赤纬/（dd：mm：ss） | -47：15：09.208 59（3） | -47：15：09.208 59（3） | 0 |
| 赤经自行/（mas.a -1） | 121.438 8（6） | 121.439 8（6） | 0.001 |
| 赤纬自行/（mas.a -1） | -71.467 6（7） | -71.467 1（7） | 5.0×10-4 |
| 视差/mas | 6.64（6） | 6.62（6） | -0.02 |
| 残差/μs | 0.246 | 0.247 | 0.001 |
| 参考历元MJD | 55 000 | 55 000 | 54 500 |
Table 3
Fitting values of pulsar ephemeris parameters at different reference coordinate time
| 参数 | TCB | TDB | 偏差 |
|---|---|---|---|
| 频率/Hz | 173.687 945 737 518 42（4） | 173.687 948 430 584 41（4） | 2.69×10-6 |
| 频率一阶导数/s-2 | -1.728 374 8（3）×10-15 | -1.728 374 9（3）×10-15 | -1.0×10-22 |
| 赤经/（hh：mm：ss） | 04：37：15.912 532 7（3） | 04：37：15.912 532 7（3） | 0 |
| 赤纬/（dd：mm：ss） | -47：15：09.208 59（3） | -47：15：09.208 59（3） | 0 |
| 赤经自行/（mas.a-1） | 121.438 8（6） | 121.438 8（6） | 0 |
| 赤纬自行/（mas.a-1） | -71.467 6（7） | -71.467 6（7） | 0 |
| 视差/mas | 6.64（6） | 6.64（6） | 0 |
| 双星模型 | T2 | T2 | |
| 双星轨道周期/d | 5.741 044 2（6） | 5.741 044 2（6） | 0 |
| 过近星点时间（MJD） | 55 316.696 2（6） | 55 316.696 0（6） | -2.0×10-4 |
| 投影半长轴/ls | 3.366 720 18（10） | 3.366 720 12（10） | -6.0×10-8 |
| 近星点经度/（°） | 1.43（4） | 1.43（4） | 0 |
| 轨道偏心率 | 1.918 2（3）×10-5 | 1.918 2（3）×10-5 | 0 |
| 残差/μs | 0.246 | 0.246 | 0 |
| 参考历元MJD | 55 000 | 54 500 |
Fig. 5
TOA prediction deviation caused by different ephemerides measured with reference to TDB and TCB
Table 4
Pulsar ephemeris parameters with reference to DE421 converted from DE200
| 参数 | 数值 | 与实测值偏差 |
|---|---|---|
| 频率/Hz | 173.687 945 737 517 11（16） | -1.3×10-12 |
| 频率一阶导数/s-2 | -1.728 409 5（12）×10-15 | -3.4×10-20 |
| 赤经/（hh：mm：ss） | 04：37：15.912 526（6） | -6.7×10-7 |
| 赤纬/（dd：mm：ss） | -47：15：09.208 64（7） | -5.0×10-5 |
| 赤经自行/（mas.a -1） | 121.444（10） | 5.2×10-3 |
| 赤纬自行/（mas.a -1） | -71.472（10） | -4.4×10-3 |
| 视差/mas | 7.1（14） | 0.46 |
Fig. 6
TOA prediction deviation of ephemeris before and after conversion from reference DE200 to DE436 and measured ephemeris under reference DE436
Table 5
Pulsar ephemeris parameters with reference to TT（BIPM15） converted from TT（TAI）
| 参数 | 数值 | 与实测值偏差 |
|---|---|---|
| 频率/Hz | 173.687 945 737 518 362（7） | -5.8×10-12 |
| 频率一阶导数/s-2 | -1.728 375 35（5）×10-15 | -5.5×10-22 |
| 赤经/（hh：mm：ss） | 04：37：15.912 532 7（3） | 0 |
| 赤纬/（dd：mm：ss） | -47：15：09.208 59（3） | 0 |
| 赤经自行/（mas.a-1） | 121.440 0（4） | 1.2×10-3 |
| 赤纬自行/（mas.a -1） | -71.466 2（4） | 1.4×10-3 |
| 视差/（mas） | 6.67（6） | 0.03 |
Fig. 7
TOA prediction deviation of ephemeris before and after conversion from reference TT（TAI） to TT（BIPM15） and measured ephemeris under reference TT（BIPM15）
Table 6
Pulsar ephemeris parameters with reference to TCB converted from TDB
| 参数 | 参数 | 与实测值偏差 |
|---|---|---|
| 频率/Hz | 173.687 945 737 518 418 8（15） | -1.2×10-15 |
| 频率一阶导数/s-2 | -1.728 374 798（5）×10-15 | 2×10-24 |
| 赤经/（hh：mm：ss） | 04：37：15.912 532 7（3） | 0 |
| 赤纬/（dd：mm：ss） | -47：15：09.208 59（3） | 0 |
| 赤经自行/（mas.a -1） | 121.438 75（4） | 5×10-5 |
| 赤纬自行/（mas.a -1） | -71.467 64（4） | -4×10-5 |
| 视差/mas | 6.644（6） | 4×10-3 |
| 双星模型 | T2 | |
| 双星轨道周期/d | 5.741 044 23（4） | 3×10-8 |
| 过近星点时间（MJD） | 55 316.696 10（5） | -1×10-4 |
| 投影半长轴/ls | 3.366 720 175（9） | -5×10-9 |
| 近星点经度/（°） | 1.424（4） | -6×10-3 |
| 轨道偏心率 | 1.918 22（3）×10-5 | 2×10-10 |
| 参考历元/MJD | 55 000 |
Fig. 8
TOA deviation of ephemeris with reference to TCB converted from TDB
Table 7
Pulsar ephemeris parameters with reference to DE436/TT（BIPM15）/TCB converted from DE421/TT（TAI）/TDB
| 参数名称 | DE436/TT（BIPM15）/ TCB下实测值 | DE421/TT（TAI）/ TDB下实测值 | 偏差 | 模拟转换为 DE436/TT（BIPM15）/TCB | 转换后偏差 |
|---|---|---|---|---|---|
| 频率/Hz | 173.687 945 737 518 42（4） | 173.687 948 430 585 07（4） | 2.7×10-7 | 173.687 945 737 517 03（16） | -1.3×10-12 |
| 频率一阶导数/s-2 | -1.728 374 8（3）×10-15 | -1.728 376 4（3）×10-15 | -1.5×10-21 | -1.728 410 1（12）×10-15 | 3.5×10-20 |
| 赤经/（hh：mm：ss） | 04：37：15.912 532 7（3） | 04：37：15.912 502 5（3） | 3×10-5 | 04：37：15.912 526（6） | -6.7×10-6 |
| 赤纬/（dd：mm：ss） | -47：15：09.208 59（3） | -47：15：09.208 53（3） | -6×10-5 | -47：15：09.208 63（7） | -4×10-5 |
| 赤经自行/（mas.a -1） | 121.438 8（6） | 121.437 0（6） | -1.8×10-3 | 121.446（10） | 7.2×10-3 |
| 赤纬自行/（mas.a -1） | -71.467 6（7） | -71.468 9（6） | -1.3×10-3 | -71.471（10） | -3.4×10-3 |
| 视差/mas | 6.64（6） | 6.57（6） | -0.07 | 7.1（14） | 0.46 |
Fig. 9
TOA prediction deviation before and after converted from DE421/TT（TAI）/TCB to DE436/TT（BIPM15）/TCB）
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