Adaptivní náhradní modelování pulsarového signálu
Loading...
Date
Authors
Kašpárek, Tomáš
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií
Abstract
Tato práce je zaměřena na adaptivní náhradní modelování signálů z pulsarů, což jsou neutronové hvězdy produkující stabilní periodický signál. Takový signál hvězdných objektů může být výhodný při realizaci palubních hodin a navigaci vesmírných lodí a umožňuje doplnit nebo nahradit tradiční navigační metody pro vesmírné mise. Pro pozemní mise nebo mise na oběžné dráze Země jsou nyní pro navigaci běžné systémy GNSS . Pro provoz vesmírné lodi nad geostacionární oběžnou dráhou Země je jedinou dnes použitelnou možností navigace využití komunikačního systému, což představuje vážná omezení. Pro pulsary se ve vesmíru dává přednost měkkému rentgenovému záření, což vede k menším detektorům s nižšími požadavky na napájení a hmotnost. Vzhledem k neprostupnosti zemské atmosféry pro rentgenové záření se pro demonstraci a vývoji potřebných technologií na Zemi často používají rádiová pozorování. Při testování vyvíjených modulů pro navigaci s využitím pulsarů nebo při simulaci jejich použití pro dlouhodobé vesmírné mise je nezbytné mít možnost využít velké množství simulovaných měření těchto signálů. Pro tento účel se používají různé metody generování syntetických signálů pulsarů. Jejich vstupy jsou konstantní parametry jako profil jednoho pulsu nebo jeho intenzita. Autor popisuje vývoj adaptivního náhradního modelu pulsarového signálu vytvořeného na základě reálných měření na radioteleskopu. Model pracuje s dynamickou změnou všech vstupních parametrů. Vzhledem k tomu, že pro tvorbu modelu není vyžadována kvalita pozorování, které jsou schopny dosáhnout pouze největší a nejcitlivější radioteleskopy, je možné využít mnohem širší a dostupnější pozorovací sít’ a pracovat s vlastními výběry pulsarů a pozorovacími plány. Navržený model je postaven na regresi s pomocí Gaussovských procesů.
This work focuses on adaptive surrogate modeling of signals from pulsars - the neutron stars producing a stable periodic signal. Such signals from stellar objects can be advantageous when implementing onboard clocks and spacecraft navigation, possibly complementing or replacing traditional navigation methods for space missions. The GNSS is now a navigation state-of-the-art standard for terrestrial or Earth orbit missions. Once one needs to operate a spacecraft above the geostationary Earth orbit, the only navigation option applicable today is the use of a communication system. This poses serious limitations. In space, soft X-ray is preferred for pulsar signals leading to smaller detectors with lower power budget and mass. Due to the Earth’s atmosphere’s impenetrability for the X-ray part of the spectrum, radio observations are often used to demonstrate and develop the necessary technologies on Earth. A large number of simulated measurements of these signals are essential when testing pulsar navigation modules under development or simulating their use for long-duration space missions. Various methods of generating synthetic pulsar signals are used for this purpose, but their inputs are constant parameters, such as the profile of a single pulse or its intensity. In this work, author describes the development of an adaptive surrogate model formed using actual measurements on a radio telescope, where the model works with the variation of all input parameters. Since the quality of observations that only the largest and most sensitive radio telescopes are able to achieve is not required for radio measurements, it is possible to use a much broader and more accessible observation radio telescope network and work with self-selected pulsars and own observation plans providing higher resulting signal flexibility. The resulting model is based on Gaussian process regression.
This work focuses on adaptive surrogate modeling of signals from pulsars - the neutron stars producing a stable periodic signal. Such signals from stellar objects can be advantageous when implementing onboard clocks and spacecraft navigation, possibly complementing or replacing traditional navigation methods for space missions. The GNSS is now a navigation state-of-the-art standard for terrestrial or Earth orbit missions. Once one needs to operate a spacecraft above the geostationary Earth orbit, the only navigation option applicable today is the use of a communication system. This poses serious limitations. In space, soft X-ray is preferred for pulsar signals leading to smaller detectors with lower power budget and mass. Due to the Earth’s atmosphere’s impenetrability for the X-ray part of the spectrum, radio observations are often used to demonstrate and develop the necessary technologies on Earth. A large number of simulated measurements of these signals are essential when testing pulsar navigation modules under development or simulating their use for long-duration space missions. Various methods of generating synthetic pulsar signals are used for this purpose, but their inputs are constant parameters, such as the profile of a single pulse or its intensity. In this work, author describes the development of an adaptive surrogate model formed using actual measurements on a radio telescope, where the model works with the variation of all input parameters. Since the quality of observations that only the largest and most sensitive radio telescopes are able to achieve is not required for radio measurements, it is possible to use a much broader and more accessible observation radio telescope network and work with self-selected pulsars and own observation plans providing higher resulting signal flexibility. The resulting model is based on Gaussian process regression.
Description
Keywords
autonomní navigace, časování pulsarů, Gaussovské procesy v regresi, generátor syntetického signálu, meziplanetární navigace, model časování pulsarů, náhradní modelování, pozorování pulsarů, PRESTO, pulsarová navigace, rádiové vlny, rentgenové vlny, Autonomous Navigation, Gaussian Process Regression, Interstellar Navigation, PRESTO, Pulsar Navigation, Pulsar Observation, Pulsar Timing, Pulsar Timing Model, Radio Waves, Surrogate Modeling, Synthetic Signal Generator, X-Ray Waves
Citation
KAŠPÁREK, T. Adaptivní náhradní modelování pulsarového signálu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Výpočetní technika a informatika
Comittee
prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Lubomír Grmela, CSc. (člen)
prof. PhDr. Vladimír Karas, DrSc. (člen)
prof. Ing. Antonín Kavička, Ph.D. (člen)
prof. Dr. Ing. Tomáš Vampola (člen)
Date of acceptance
2024-09-26
Defence
The student presented the goals and results, which he achieved within the solution of the dissertation.
The student has competently answered the questions of the committee members and reviewers.
The discussion is recorded on the discussion sheets, which are attached to the protocol. Number of discussion sheets: 3
The committee has agreed unanimously that the student has fulfilled requirements for being awarded the academic title Ph.D.
The committee recommends awarding the thesis the deans prize.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení