Complete Catalog of Laser Locking Configurations for LISA
本文系统分析并编目了 LISA 所有可能的激光锁定配置，提出自动化探索与分类方法，识别出 36 种非频率交换配置和 72 种频率交换配置，为全运行场景下的频率规划奠定基础。
2025-05-28 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Robustness Analysis and Controller Design of Arm-locking System in Space-based Gravitational Wave Detectors
针对空间引力波探测器臂锁系统的稳定性问题，本文结合D-细分理论与半离散化方法分析参数稳定边界，并设计鲁棒控制器以在参数扰动下保持闭环稳定并抑制激光频率噪声。
2025-10-20 astro-ph.IM gr-qc
First stage of LISA data processing: Clock synchronization and arm-length determination via a hybrid-extended Kalman filter
在本文中，我们描述了一种混合扩展卡尔曼滤波算法，以同步时钟，并精确地确定空间的引力波探测器，如（e）LISA的航天器之间的距离。仿真结果表明，该算法显著提高了测距精度，实现了时钟同步，使相位计原始测量值满足时延干涉算法的要求。
2014-09-10 astro-ph.IM gr-qc
Numerical simulation of time delay interferometry for new LISA, TAIJI and other LISA-like missions
LISA Pathfinder在证明LISA无阻力要求方面的成功为利用空间飞行任务探测低频和中频全球引力波铺平了道路。新的LISA GW任务建议使用2.5 Gm（1 Gm = 106 km）的臂长。TAIJI GW任务建议使用3 Gm的臂长。为了获得所需的灵敏度，激光频率噪声必须被抑制到低于次级噪声，如光路噪声，加速度噪声等。在以前的论文中，我们已经进行了数值模拟的时间延迟干涉（TDI）的原始LISA，ASTROD-GW和eLISA，以及一个LISA类飞行任务，标称臂长为2 Gm，使用CGC2.7/CGC2.7.1星历框架。在本文中，我们遵循相同的程序来模拟新的LISA任务和太极任务的时间延迟干涉术的数值与LISA的臂长1，2，4，5和6 Gm的任务。计算得到的第二代TDI的光程差为新的LISA，TAIKI，和LISA类任务或臂长1，2，4，5和6 Gm远低于其各自的限制，激光频率噪声需要被抑制。然而，对于第一代X、Y和Z TDI配置，原始要求需要放宽3至30倍才能满足。对于新的LISA和TAIJI，大约一个数量级的弛豫将是好的，并推荐;鉴于激光稳定性的最新进展，这可以根据激光稳定性要求来承担。与X、Y和Z相比，X+Y+Z配置确实具有良好的路径长度差消除，并且可以用作空字符串检测检查。我们编译和比较各种TDI配置的差异，由于不同的臂长的各种LISA样的任务建议和ASTROD-GW任…
2017-12-10 astro-ph.IM gr-qc
Enhanced Frequency noise suppression for LISA by combining cavity and arm locking control systems
本文提出了一种新的方法，激光干涉仪空间天线（LISA）的任务中的激光频率稳定的激光器锁定到两个稳定的长度参考-干涉仪的臂和板载光学腔。这两个参考是使用精心设计的控制系统进行数字融合的，试图对基线LISA任务硬件进行最小或不进行更改。干涉仪臂提供了LISA科学波段（0.1 mHz - 1 Hz）中最稳定的参考，而腔传感器的宽带和线性读数可在LISA波段以下和以上实现额外的控制系统增益。这种双传感器的方法的主要技术问题是不理想的慢激光频率牵引耦合到控制系统的多普勒频移的光，由于相对航天器运动沿LISA arm. This不完善的知识本文概述了要求的多普勒频移知识，以保持谐振腔以及激活时，融合的控制系统。提出了两种多普勒频移估计方法，使用已经在船上的测量，航天器间干涉仪链路（主要的科学测量），和绝对航天器间激光测距系统。这两种方法在几千秒的测量积分后都达到了所需的精度。本文演示了一种方法来初始化和从事拟议的激光稳定系统，从自由运行的激光器和双传感器频率控制系统结束。结果表明，该技术将LISA科学波段中的残余激光频率噪声降低了3个数量级以上，可能允许放宽对时间延迟干涉测量（TDI）的要求-可能达到第一代TDI可能足够的程度。
2022-03-01 gr-qc
Assessing the data-analysis impact of LISA orbit approximations using a GPU-accelerated response model
引力波（GW）数据集的分析是基于测量的时间序列与探测器对各种源参数的响应的理论模板的比较。对于LISA，主要的科学观测将是所谓的时间延迟干涉（TDI）组合，它抑制了压倒性的激光噪声。计算对GW的TDI响应涉及将GW偏振投影到LISA星座臂上，然后将延迟了多个光传播时间的投影沿着臂进行组合。这两个计算是很难有效地执行通用LISA轨道和GW信号。目前在实践中使用各种近似，例如，假设恒定和相等的臂长，这产生分析TDI表达式。在这篇文章中，我们提出了“fastlisaresponse”，一个新的高效的GPU加速代码，实现了通用TDI响应的GW在时域。我们用它来表征的参数估计偏差分析响亮的银河二进制信号使用等臂长近似。我们的结论是，等臂长参数估计代码应升级到通用的响应，如果他们要达到最佳的精度高（但合理）的SNR源内的实际LISA数据。
2022-09-01 astro-ph.IM gr-qc
Laser noise residuals in LISA from onboard processing and time-delay interferometry
本文统一框架下全面描述LISA中星上处理与TDI导致的激光噪声残差，首次分析激光锁定影响，并通过数值模拟验证，指出后续研究需考虑锁定配置。
2023-06-20 astro-ph.IM gr-qc
Transient analysis of arm locking controller
本文分析了臂锁定控制器的瞬态响应，发现传统相位裕度准则无法保证稳定性，首次提出严格的分析稳定性准则，并证明高增益PI控制器可在科学波段内将激光相位噪声抑制5个数量级。
2023-09-11 gr-qc
LISA long-arm interferometry
激光干涉仪空间天线（LISA）将在毫赫兹波段观测引力辐射，方法是在大约500万公里的基线上测量无阻力检验质量之间距离的皮米级波动。对每一基线的测量将分为三个部分：在检验质量块与各自航天器上的基准点之间进行两次短臂测量，在不同航天器上的基准点之间进行一次长臂测量。这项工作的重点是与这些长臂测量相关的技术挑战和为克服这些挑战而开发的技术。
2009-11-16 gr-qc
Arm-Locking with the GRACE Follow-On Laser Ranging Interferometer
臂锁定技术是一种利用航天器间距作为频率基准来稳定航天器间干涉仪激光频率的技术。作为未来天基引力波探测器的一种候选技术，如激光干涉仪空间天线（LISA），通过分析模型、时域模拟和硬件在环实验室演示，对臂锁定进行了广泛的研究。在本文中，我们显示了即将到来的重力恢复和气候实验后续（GRACE-FO）任务上飞行的激光测距干涉仪仪器提供了一个合适的平台，用于在轨演示臂锁定技术。我们描述了臂锁定控制器的GRACE-FO系统的设计和一系列的时域仿真，证明其可行性。我们的结论是，它是有可能实现的激光频率噪声抑制约两个数量级的傅立叶频率为1Hz的系统的稳定性与保守的裕度。我们进一步证明，“拉”的主激光频率由于波动的多普勒频移和锁定采集瞬态小于$100\,$ MHz的几个GRACE-FO轨道。这些研究结果促使进一步研究这种示范的实施情况。
2015-10-09 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Time Delay Interferometry for LISA with one arm dysfunctional
为了达到必要的灵敏度LISA -欧空局和美国宇航局的联合空间任务-激光频率噪声必须被抑制低于二次噪声，如光路噪声，加速度噪声等，通过结合六个适当的时间延迟的数据流包含分数多普勒频移-一种技术称为时间延迟干涉（TDI）-激光频率噪声可能会得到充分抑制。我们认为一般模型的LISA的臂长随时间而变化，使第二代TDI是相关的。然而，我们必须设想这样的可能性，即不是LISA的所有光链路都将在所有时间操作，因此，我们在这里考虑仅用两个臂操作的LISA的情况。如文献中所示，获得TDI的一般问题的甚至近似解是非常困难的。由于这里只有四个光链路是相关的，代数问题大大简化。然后，我们能够展示大量的解决方案（从数学的角度来看，无限多），并进一步提出了一个算法来生成这些解决方案。
2010-01-27 gr-qc
Arm-Locking Frequency Noise Suppression for Astronomical Middle-Frequency Interferometric Gravitational Wave Observatory
本文研究将臂锁定技术应用于 AMIGO 引力波观测台，可将激光频率噪声抑制三个数量级，使辅助噪声分配更宽松，并在不到一天内将多普勒频率牵引降至 ±0.001 Hz 以内。
2024-09-30 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Revisiting time delay interferometry for unequal-arm LISA and TAIJI
本文利用数值轨道研究不等臂 LISA/TAIJI 的第一代时间延迟干涉测量灵敏度，发现 T 通道在低频段偏离等臂情形且残余激光噪声不满足任务要求。
2022-08-02 gr-qc
Arm locking in conjunction with time-delay interferometry
星载引力波（GW）探测的一个关键挑战在于激光相位噪声，通常比不可避免的噪声高7到8个数量级。为了抑制预稳激光器中的噪声，提出了一种光臂锁定技术。基于反馈控制理论，它是通过适当的信号路由结构，特别是控制器的传递函数的设计来实现的。理论上和实验上，该技术已被证明是能够抑制约2-4个数量级的激光相位噪声，同时考虑到各个方面，如增益和零值的分布在波德图和激光频率牵引与多普勒频率相减。因此，所得到的噪声基底由归因于时钟抖动、光具座运动、测试质量波动、光电探测器处的散粒噪声相位波动的源组成，而这些噪声的幅度在该过程期间基本上保持不变。此外，原始GW信号通过臂锁定控制回路变形，因此具有由相关联的臂锁定方案支配的特定特征。尽管如此，来自臂锁定反馈路由的剩余激光相位噪声在时间延迟干涉测量（TDI）的能力阈值内稳定。在这方面，通常理解的是，臂锁定的输出使TDI的输入失真，通过TDI，残余噪声在后处理阶段被进一步降低到期望的水平。在这项工作中，我们调查的具体计划，关于如何臂锁定输出进一步处理的TDI算法。根据激光相位噪声的抑制和GW信号的变形，导出了TDI组合的具体形式。
2022-10-31 gr-qc
Effects of finite arm-length of LISA on analysis of gravitational waves from MBH binaries
当引力波的长度小于探测器的臂长时，由于波的性质表现得很强，干涉仪的响应变得很复杂。我们研究了在LISA情况下这种复杂效应对合并大质量黑洞双星参数估计的影响。结果表明，某些双星的三维位置可能比过去使用长波近似的估计更好地确定。对于质量相等的二进制文件，这种改进在$\sim 10^5\sol$上最为突出。
2002-10-09 astro-ph gr-qc
Synthetic LISA: Simulating Time Delay Interferometry in a Model LISA
我们报告三个数值实验的时间延迟干涉（TDI）的LISA的实施，与合成LISA，一个C++/Python包，我们开发的LISA科学过程中的科学和技术要求的水平进行。具体来说，我们研究了第一代TDI留下的激光噪声残差时，LISA臂长有一个现实的时间依赖性;我们表征的臂长测量精度，需要有有效的激光噪声消除在第一代和第二代TDI;我们估计的量化和遥测位深度所需的相位测量。合成LISA生成LISA基本噪声的合成时间序列，通过所有TDI观测值进行过滤;它还提供了一个流线型模块，根据TDI的完整模型计算TDI对引力波的响应，包括LISA阵列的运动以及臂长的时间和方向依赖性。我们讨论的理论模型，基于模拟，其实施，并在未来的调查中使用的系统表征和数据分析原型LISA。
2005-01-05 gr-qc
Operating LISA as a Sagnac interferometer
提出了一种用于LISA的锁相配置，其提供了明显更简单的操作模式。该方案提供了一个Sagnac信号读出固有的不敏感的激光频率噪声和光具座运动的非旋转LISA阵列。该Sagnac输出对时钟噪声也不敏感，不需要数据的时移，也不需要绝对的臂长知识。由于所有的测量都是在一个航天器上进行的，因此既不需要航天器之间的时钟同步，也不需要交换相位信息。相位锁定配置仅为一个Sagnac变量提供这些优点，但仍保留与用于获得其他TDI变量的基线方法的兼容性。的LISA星座的轨道运动示出在Sagnac干涉仪中的反向传播光束之间产生14公里的路径长度差。利用该长度差，1 Hz/$\sqrt{\rm Hz}$的激光频率噪声谱密度将消耗Sagnac变量的整个光路噪声预算。对于Sagnac模式下的全灵敏度LISA操作，将需要激光频率稳定性（目前为30 Hz/$\sqrt{\rm Hz}$）的显著改进。可替代地，可以应用附加水平的时间延迟处理以去除激光频率噪声。提出了新的相位测量延时组合。
2003-06-29 gr-qc
Time-Frequency Analysis for LISA: Galactic Foreground Modulation
Montana State University（蒙大拿州立大学）
本文提出一种快速正向模型，将银河系引力波光度密度映射到LISA年调制前景，并预测一年观测可约束盘尺度宽度和高度分别达8%和12%。
2026-10-07 astro-ph.IM gr-qc
GPU-accelerated LISA parameter estimation with full time domain response
本研究首次利用GPU加速的时域响应和IMRPhenomT波形模型，对LISA参数估计进行完整贝叶斯推断，验证了其以百分之一精度测量自旋和定位、亚百分之一精度测量质量的能力。
2025-09-10 astro-ph.IM gr-qc
Real-Time Doppler-Frequency Measurement and Frequency-Pulling Suppression in Arm-locking
School of Mechanical Engineering and Electronic Information, China University of Geosciences（中国地质大学机械与电子信息学院）；National Gravitation Laboratory, MOE Key Laboratory of Fundamental Physical Quantities Measurement, and School of Physics, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学引力实验室、教育部基孔物理量测量重点实验室和物理学院）
本文提出基于线性二次高斯控制器的实时多普勒频率测量与频率牵引抑制方法，采用时变控制策略平衡噪声与牵引抑制，实现约1000秒内将频率牵引降至100 MHz以下，并满足TDI噪声要求，为臂锁定快速获取提供可行方案。
2026-09-22 astro-ph.IM gr-qc physics.optics
Unified model for the LISA measurements and instrument simulations
本文提出一个统一的 LISA 测量与仪器模拟模型，首次纳入相对论参考系、时钟同步、激光频率及噪声等关键环节，并通过 LISANode 和 LISA Instrument 两种实现验证 TDI 可从高真实度模拟数据中恢复引力波信号。
2023-03-29 astro-ph.IM gr-qc
Data Combinations Accounting for LISA Spacecraft Motion
LISA是一个由三个航天器组成的阵列，呈近似等边三角形结构，将用作低频引力波探测器。在这里，我们提出了新的概括的迈克尔逊和萨尼亚克型的时间延迟干涉数据组合。这些组合消除了激光相位噪声，在阵列的每个臂中存在不同的向上和向下传播延迟，以及航天器缓慢变化的系统运动。这些广义组合的引力波灵敏度与以前计算的稳态情况相同，尽管现在的组合更加复杂。我们引入一个图形表示来说明这些组合实际上是合成的等臂干涉仪。
2003-07-16 gr-qc
Bayesian Time Delay Interferometry for Orbiting LISA: Accounting for the Time Dependence of Spacecraft Separations
本文提出一种贝叶斯时间延迟干涉测量方法，通过泰勒展开的分数延迟插值滤波器降低计算成本，实现了轨道LISA在开普勒轨道下臂长参数的日尺度估计和激光频率噪声抑制。
2023-05-26 gr-qc
End-to-end simulation and analysis pipeline for LISA
构建LISA端到端模拟与分析流水线，包含相对论参考系、时钟同步、激光频率建模等先进模拟与噪声降低算法，验证了噪声降低效果及参数估计能力。
2023-05-19 astro-ph.IM gr-qc
The LISA Optimal Sensitivity
激光干涉仪空间天线（LISA）上的多个多普勒读数允许同时形成几个干涉观测值。所有这些观测量都与激光频率涨落无关，并且与引力波和各种LISA仪器噪声有不同的耦合。在干涉组合LISA的功能空间将能够合成，我们已经确定了一个三重干涉组合，显示最佳组合的灵敏度。作为该方法的一个应用，我们计算了标称，等臂LISA配置的正弦源的灵敏度改善。在波的周期比光在LISA上的典型传播时间长的傅里叶频带部分，单个迈克耳孙干涉仪的灵敏度增益等于$\sqrt{2}$。在LISA迈克尔逊组合具有最佳灵敏度的中频带区域中，相对于迈克尔逊灵敏度的改善略优于$\sqrt{2}$，并且最佳灵敏度的频带被加宽。对于大于光传播时间的倒数的频率，灵敏度的提高是振荡的和$\sim \sqrt{3}$，但在LISA臂中单程光传播时间的倒数的整数倍的频率附近可以大于$\sqrt{3}$。
2003-06-04 gr-qc
Numerical simulation of time delay interferometry for eLISA/NGO
eLISA/NGO是一个新的引力波探测方案，其臂长为10^6 km，在LISA的基础上缩小了一个干涉仪。就像LISA和ASTROD-GW一样，为了获得eLISA/NGO所需的灵敏度，激光频率噪声必须被抑制到低于二次噪声，如光路噪声，加速度噪声等。在以前的论文中，我们已经使用CGC 2.7星历对LISA和ASTROD-GW进行了单臂故障的时间延迟干涉测量（TDI）的数值模拟。结果远低于其各自的限制，激光频率噪声需要被抑制。在本文中，我们遵循相同的程序来模拟时间延迟干涉术的数值。为此，我们使用CGC 2.7星历框架，从2021年1月1日开始计算eLISA/NGO航天器的一组1000天优化任务轨道。然后，我们使用数值方法来计算剩余的光程差在第二代TDI解决方案，在我们以前的论文。对于计算的所有配置，最大路径长度差低于13 mm（43 ps）。它远低于eLISA/NGO要求抑制的激光频率噪声限值。我们比较并讨论了由于不同任务提案的不同臂长而产生的差异- eLISA/NGO，一个NGO-LISA类型的任务，标称臂长为2 x 10^6 km，LISA和ASTROD-GW。
2013-01-30 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
On the matrix formulation of time-delay interferometry
时间延迟干涉测量（TDI）是科学利用LISA的一个重要处理步骤，因为它减少了干涉测量中压倒性的激光噪声。其基本思想是通过结合适当的时移测量来定义新的无激光噪声的观测量。第一代和第二代TDI组合在假设LISA臂长恒定或分别随时间线性演变的情况下消除激光噪声。最近，我们通过隐式地求解无激光噪声组合来扩展TDI，直接根据基本测量结果来写入数据的可能性，并使用可以容纳臂长的任何时间依赖性的延迟的离散化表示。我们将得到的形式命名为“TDI-无穷”[PRD 103，082001（2021）]。根据Tinto，Dhurandhar和Joshi [arXiv/2105.02054]，我们的基于矩阵的方法由于设计矩阵假设的简化启动条件而无效，该设计矩阵将激光噪声波动的时间序列连接到沿LISA臂的干涉测量的时间序列。在这里，我们回应说，如果这些边界条件确实是不切实际的，他们不无效的算法，因为人们可以简单地截断设计矩阵，以排除“不完整”的测量，或将它们设置为零。我们的形式主义，然后进行修改，除了激光噪声消除时间序列的长度减少了排除测量的数量。Tinto和他的同事进一步声称，矩阵公式化仅仅是Dhurandar，Nayak和Vinet为了形式化TDI而引入的延迟算子的多项式环的有限表示。我们表明，这是唯一正确的，如果所有的干涉延迟的采样间隔的确切倍数，这将是不可能的，在实际情况下，如LISA。
2021-06-07 astro-ph.IM gr-qc
Adapting time-delay interferometry for LISA data in frequency
时间延迟干涉测量法是一种后处理技术，用于减少不等臂外差干涉测量中的激光噪声，这是激光干涉仪空间天线等空间重力探测器的一种特点。这种技术包括适当的时间偏移和线性组合的干涉测量，以减少激光噪声的几个数量级，并检测引力波。在此通信中，我们表明，由于臂长的时间演变的多普勒频移导致不可接受的大残留噪声时，使用干涉测量表示的频率和标准表达式的TDI变量的单位。我们还提出了一种技术，以减轻这种影响，包括一个缩放的干涉测量除了通常的时移操作时，构建TDI变量。我们证明了分析和使用数值模拟，这种技术可以恢复标准的激光噪声抑制，这是必要的测量引力波。
2021-06-14 gr-qc
Modulation-assisted time-delay interferometric ranging for LISA
本文提出调制辅助时延干涉测距MATDIR，通过近1 Hz激光相位调制提升LISA光传播时间估计的精度与鲁棒性，并经理论和模拟验证其性能可媲美PRN基线。
2025-07-25 astro-ph.IM gr-qc
Tilt-to-length coupling in LISA Pathfinder: analytical modelling
本文首次提出一个解析模型描述LISA Pathfinder中测试质量重新对准引起的倾角到长度耦合噪声变化，涵盖杠杆臂、活塞效应等机制及非几何噪声贡献，并通过数值模拟验证，为成功分析任务数据提供基础。
2023-05-05 astro-ph.IM gr-qc
Testing Alternative Theories of Gravity using LISA
我们调查的可能的界限，可以放置在其他理论的重力使用引力波检测与建议的LISA空间干涉仪从螺旋紧凑的双星。具体地说，我们估计了Brans-Dicke型标量-张量理论的耦合参数ω的下界和假设的大质量引力子理论中引力子的康普顿波长λ g的下界。在这些理论中，引力辐射阻尼公式或波传播的修改转化为观测到的引力波形的相位演化的变化。我们通过匹配滤波技术，采用LISA灵敏度曲线发生器（SCG），可在线获得的界限。对于室女星系团中的一颗中子星，在两年的积分中，我们发现一个下限ω> 3 * 10 ^5。对于质量较低的黑洞，这个界限可以大到2 * 10^6。该界限与LISA臂长无关，但与LISA位置噪声误差成反比。引力子康普顿波长的下限范围为10^15 km至5 * 10^16 km，可以通过在宇宙学距离（3 Gpc）上对质量为10^4至10^7 M_sun的大质量双黑洞螺旋的一年观测来获得。对于最高质量的系统（10^7 M_sun），该边界与（LISA臂长）^{1/2}和（LISA加速度噪声）^{-1/2}成正比。对于其他的，因为在频谱的相关部分的白矮星混淆噪声的主导地位的界限是独立的这些参数。这些界限改进和扩展了早期的工作，其中使用的噪声曲线的解析公式。
2004-03-25 gr-qc
The Effects of Orbital Motion on LISA Time Delay Interferometry
为了消除激光干涉仪星载引力波探测器中的激光相位噪声，已经发现了几种信号组合，这些信号组合允许激光噪声被抵消而引力波信号仍然存在。这个过程被称为时间延迟干涉测量（TDI）。在定义TDI变量的论文中，在引力波探测器固定在空间的限制下评估了它们的性能。然而，性能取决于某些对称性的臂长，这是可用的，如果探测器是固定在太空中，但将被打破，在实际的旋转和弯曲配置所产生的LISA轨道。在本文中，我们调查的性能，这些TDI变量的真实LISA轨道。首先，针对旋转的影响，我们验证了Daniel Shaddock的结果，即Sagnac变量不会抵消激光相位噪声，我们也发现对称Sagnac变量的相同结果。后一个变量的损失将是特别不幸的，因为这个变量也抵消了引力波信号，允许检测器中的仪器噪声被隔离和测量。幸运的是，我们发现了一组更复杂的TDI变量，我们称之为Delta-Sagnac变量，其中一个变量可以实现与对称Sagnac变量相同的目标。最后，然而，当我们调查的弯曲的检测器臂由于非圆形轨道运动的影响，我们表明，所有的变量，包括干涉仪变量，这生存的旋转引起的损失的方向对称性，将不能完全消除激光相位噪声时，臂长随时间变化。这一不可避免的问题将对激光器的稳定性提出严格的要求，即每根赫兹5赫兹。
2003-06-21 gr-qc
Accelerating the time-domain LISA response model with central finite differences and hybridization techniques
本文提出一种基于中心有限差分和混合技术的LISA时域响应模型，在早期旋进用低频近似加速，晚期用完整响应，兼顾效率与精度，并支持偏心双星和参数估计。
2025-08-14 astro-ph.IM gr-qc
TDI-infinity: time-delay interferometry without delays
空间引力波天文台LISA依赖于一种合成干涉测量法（时间延迟干涉测量法，或TDI），在这种方法中，通过适当延迟的相位测量的线性组合来消除压倒性的激光相位噪声。考虑到LISA轨道的现实特征，这些观测量的长度和复杂性都会增加。在本文中，我们概述了一个隐式制定的TDI，我们直接写的LISA可能性的基本相位测量，我们边缘化的激光相位噪声在无限的激光噪声方差的限制。等价地，我们依赖于TDI观测值，这些观测值是从激光传播延迟的离散滤波器表示中数值定义的（而不是代数定义的）。我们的方法推广到臂长的任何时间依赖性;它简化了引力波信号的建模;并且它允许直接处理数据间隙和丢失的测量。
2020-08-27 astro-ph.IM gr-qc
Clock-noise propagation and calibration for phase-locking configurations in space-based gravitational-wave detectors
College of Physics, Chongqing University（重庆大学物理学院）；School of Physics and Optoelectronic Engineering, Yangtze University（长江大学物理与光电工程学院）
本文针对空间引力波探测器主从锁相配置，推导时钟噪声传播公式并构建有序边带标定规则，证明锁相可降低TDI组合在最终标定前的时钟噪声残差。
2026-09-10 astro-ph.IM gr-qc
Time Delay Interferometry and LISA Optimal Sensitivity
LISA的灵敏度取决于对几种噪声源的抑制，其中最主要的是激光频率噪声。它已被证明，从三个航天器获得的六个多普勒数据流可以适当的时间延迟和最佳组合，以消除这种激光频率噪声。我们表明，最佳的数据组合时，在网络模式下操作，提高了灵敏度超过迈克尔逊从40%到100%。在这篇文章中，我们总结了这些结果。我们进一步表明，由于典型的臂长不准确性为200米的最佳数据组合中的残余激光噪声远低于光路和检测质量噪声的水平。
2003-06-13 gr-qc
Characterization of Time Delay Interferometry combinations for the LISA instrument noise
时间延迟干涉测量（TDI）是一种用于激光干涉空间天线（LISA）的后处理技术，通过组合时移原始相位测量来构建等臂干涉仪来降低激光频率噪声。考虑到现实的LISA轨道动力学，充分抑制激光频率噪声的所谓的第二代TDI变量的集合最近被大量的附加解决方案所扩展。在本文中，我们通过将这些新的TDI通道与众所周知的第一代变量$α$、$β$、$γ$和$ζ$相关联来表征它们。我们明确计算如何每个第二代变量可以近似为这四个第一代变量的线性组合，并在数值上表明，这些近似是足够准确的模型TDI不抑制的噪声。我们使用这些结果来讨论如何新发现的通道可能有利于使用的LISA数据分析。此外，我们证明，新发现的变量$ζ$的变体显着优于以前已知的文献。
2022-01-24 gr-qc
Assessing the Impact of Unequal Noises and Foreground Modeling on SGWB Reconstruction with LISA
本研究针对利用LISA搜寻宇宙学起源SGWB的现实干扰问题，更新SGWBinner代码纳入臂间可变噪声与复杂前景谱形，发现噪声适度变化影响小、前景建模不佳会显著劣化重建，还集成JAX提升了计算效率。
2025-06-18 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Evaluating Black Hole Detectability with LISA
我们进行了独特的LISA探测器设计的测量能力的分析，检查LISA的低频性能的检测和定性的大规模黑洞二进制文件的影响。我们特别感兴趣的是LISA测量大质量黑洞合并的能力，这些黑洞的合并频率接近低频带边缘，质量在$\sim 10^6-10^{10}M_\odot$范围内。我们研究的信噪比（SNR）使用现象学波形的螺旋，合并，并在很宽的范围内的大规模黑洞二元参数的振铃。我们采用了广泛的调色板可能的LISA配置在低频具有不同的灵敏度。对于此分析，我们创建了一个工具（github.com/mikekatz04/BOWIE），用于评估两种参数化情况之间的SNR变化。SNR的偏移被计算为作为二进制参数的函数的增益或损失，并且在参数值的二维网格上以图形方式显示。我们说明了使用这种技术的参数化LISA任务设计，以及考虑天体物理参数对引力波信号模型的影响。在低频灵敏度方面，加速度噪声或臂长是观测最大质量黑洞双星的最重要因素，其次是破裂频率，然后是谱指数。LISA探测$\sim10^7-10^9M_\odot$黑洞的天体物理学人口的能力很大程度上受到其灵敏度的这些方面的影响。组成黑洞自旋的重要性也被强调。
2019-03-06 gr-qc
Stellar binary black holes in the LISA band: a new class of standard sirens
最近先进的LIGO探测到的合并黑洞二进制（BHB）意味着大量的这样的系统发射在毫赫兹的频率，可访问的激光干涉仪空间天线（LISA）。我们表明，这些系统提供了一类新的宇宙学标准警报器。直接LISA光度距离-$D_l$-测量，结合可能的宿主星系的不均匀红移-$z$-分布，提供了一种有效的方法来填充$z<0.1$的$D_l-z$图，从而允许精确的哈勃膨胀率的局部测量。为了有效，该方法需要足够精确的LISA距离确定和相当数量的BHB的天空定位，这对于6链路检测器配置是最好实现的。我们发现，对于BHB人口与目前的基准LIGO率一致，哈勃常数$H_0$可以确定在$\sim$ 5%和$\sim$ 2%的水平（68%的置信度），假设两个和五个百万公里的臂长分别。
2017-03-03 astro-ph.CO gr-qc
Time-Delay Interferometry
重力辐射的悬臂干涉检测器允许相位测量比将光注入到其臂中的激光器的固有相稳定性低许多数量级。这是因为激光中的噪声对于两个臂是共同的，经历完全相同的延迟，并且因此当其在光电检测器处有差异时消除。在这种情况下，低得多的次级噪声则设置整体性能。然而，如果两个臂具有不同的长度（对于星载干涉仪必然是这种情况），则激光噪声在两个臂中经历不同的延迟，因此不会在检测器处直接抵消。为了解决这个问题，提出了一种不等臂长和独立相位差读出的外差干涉技术。它依赖于适当的时移和线性组合独立的多普勒测量，因此它被称为时间延迟干涉测量（或TDI）。本文概述了TDI的理论和数学基础，因为它将由即将到来的天基干涉仪，如激光干涉仪空间天线（LISA）任务。我们特意从我们关于TDI的“生活评论”文章的第一个版本中删除了所有更实用和实验性质的结果，以及数据分析师在分析LISA TDI数据组合时需要考虑的TDI的所有方面。我们即将出版的这份审查文件的"第二版“将包括这些主题。
2005-07-11 gr-qc
The Effect of the LISA Response Function on Observations of Monochromatic Sources
预计激光干涉仪空间天线将提供太阳下质量致密的暗淡天体，特别是白矮星的双星系统的最大观测样本，白矮星的辐射在激光干涉仪空间天线的大部分观测窗口内都是单色的。目前的天体物理学估计表明，该仪器将能够解决约10000个这样的系统，其中很大一部分在3兆赫以上的频率，其中引力波的波长变得可比或短于LISA臂长。这影响了所谓的LISA传递函数的结构，该传递函数在该频率范围内不能被视为常数：它引入了取决于源在天空中的位置和发射频率的特征相位和幅度调制。在这里，我们调查的LISA传递函数的单色源的检测和参数估计的效果。对于信号检测，我们表明，通过近似的传递函数作为一个常数（长波长近似）的滤波器引入了一个可以忽略不计的损失的信噪比-拟合因子总是超过0.97 -为f低于10兆赫，因此在一个频率范围内，人们实际上会期望的近似失败。对于参数估计，我们得出结论，在3 mHz至30 mHz的范围内，与参数测量相关的误差与使用长波长近似计算的误差相差约5%至10倍（取决于实际源参数和发射频率）。
2004-06-25 gr-qc
Octahedron configuration for a displacement noise-cancelling gravitational wave detector in space
我们第一次研究了一个三维八面体星座的天基引力波探测器，我们称之为八面体引力天文台（OGO）。有了六个航天器，星座就能够消除激光频率噪声和引力波信号中的加速度干扰，而不需要像LISA那样的无阻力控制，从而简化了有效载荷，对推进器的要求也不那么严格。我们推广LISA的时间延迟干涉测量位移噪声免费干涉测量（DFI）通过推导出一组发电机的数据流，消除激光和加速度噪声的组合。然而，三维构型使轨道选择变得复杂。到目前为止，只有拉格朗日点L1附近的晕轨道被发现是足够稳定的，这只允许短臂高达1400公里。我们推导出OGO的灵敏度曲线与此臂长，导致在100 Hz附近的峰值灵敏度约为$2\times10^{-23}\,\mathrm{Hz}^{-1/2}$。我们比较这个版本的OGO到目前这一代的地面探测器和一些未来的探测器。我们还研究了这样一个探测器的科学潜力，其中包括观察引力波从紧凑的二元聚结，随机背景和散射，以及可能性，以测试替代理论的重力。我们发现这个短臂长探测器的性能水平平庸，初始和先进的地面探测器之间。因此，实际建造这种特定配置的天基探测器似乎效率不高。然而，当可以找到允许更长探测器臂的替代轨道时，可以使用本文中演示的八面体配置和DFI解决方案来构建具有更高科学输出的探测器。（节略）
2013-11-12 astro-ph.IM gr-qc
Science of the LISA mission: A Summary for the European Strategy for Particle Physics
LISA任务是欧空局、其成员国和NASA之间的一项国际合作，用于探测来自太空的引力波。它于2024年1月通过，计划于2030年中期发射。这将是一个由三个相同的航天器组成的星座，在日心轨道上形成一个近等边三角形，在$2.5 \cdot 10^6$公里长的臂上传输激光束。激光干涉测量法用于跟踪测试质量之间的分离，从而测量作为时间函数的时空应变变化。LISA科学目标解决了天体物理学，基础物理学和宇宙学中的许多开放性问题，包括欧空局的宇宙观问题“宇宙的基本定律是什么？”“宇宙是如何起源的，它是由什么构成的？“".在这篇文章中，基于LISA红皮书，我们提出了一个与欧洲粒子物理战略相关的LISA科学目标的摘要。
2025-07-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
General relativistic treatment of LISA optical links
LISA是美国宇航局和欧空局的联合空间任务，用于探测$10^{-5} - 1$ Hz波段的低频引力波。为了达到必要的灵敏度LISA，激光频率噪声必须被抑制低于其他二次噪声，如光路噪声，加速度噪声等，这是通过结合时间延迟的数据，时间延迟的精确知识是必需的。引力场，主要是太阳引力场和LISA的运动影响时延和光链路。此外，还考虑了地球的引力场对航天器轨道的影响。这导致了额外的弯曲超过太阳的弯曲。我们编写了一个数字代码，用于计算光学链路，即在轨道的大部分时间内以$\sim 10^{-2}$米的高精度计算时间延迟-比时间延迟干涉测量法所需的时间延迟要高，并且在大约六天的综合时间窗内以$\sim 10$米的足够精度计算时间延迟，此时其中一个臂趋于与轨道相切。我们的分析的光链路是完全广义相对论和数值代码考虑到的影响，如Sagnac，夏皮罗延迟等。我们表明，在LISA的设计中所考虑的参数，有固有的对称性，在LISA的配置和物理，这可能是有效地用来抑制残余激光噪声在修改后的第一代TDI。我们证明了我们的一些重要的TDI变量的结果。
2008-05-28 gr-qc
Detection of the stochastic gravitational wave background with the space-borne gravitational-wave detector network
本文提出基于 TDI Michelson 型通道的贝叶斯方法，研究天琴-LISA 网络对各向同性随机引力波背景的探测能力，并给出三个月观测下不同模型的最低可探测能量密度。
2025-11-07 astro-ph.IM gr-qc
Unequal arm space-borne gravitational wave detectors
与地基干涉式引力波探测器不同，大型天基系统将不是刚性结构。当激光干涉仪的终端站是自由飞行的航天器时，臂长将由于航天器沿其轨道轨迹的位置变化而改变，因此在实验室干涉仪中消除激光相位噪声所需的臂的精确相等是不可能的。然而，使用Tinto和Armstrong发现的方法，即使在不等臂干涉仪中，也可以构建激光相位噪声完全抵消的信号。我们研究的情况下，臂长的比例是一个可变的参数，并计算平均引力波传递函数作为该参数的函数。示例灵敏度曲线计算提出了预期的设计参数的建议LISA干涉仪，比较它与一个类似的仪器，一个臂缩短了100倍，显示臂长的比率将如何影响仪器的整体灵敏度。
2002-06-26 gr-qc
Local dark matter searches with LISA
LISA的无阻力卫星将使试验质量在多年内保持测地运动，剩余加速度处于前所未有的小水平，时间延迟干涉测量法将跟踪它们在皮米水平上的差分位置。这可能允许研究太阳系中以前无法获得的引力场的细节。在这种精神下，我们提出了一种方法的概念，直接测量的重力效应的密度弥漫本地暗物质（LDM）的星座的几个无阻力的卫星，通过利用它会如何特别地影响他们的相对运动。使用理想化的LISA与刚性臂的测试床，我们发现，在时间上的测试质量之间的分离是唯一扰动的LDM，使他们获得差分呼吸模式。这样的LDM信号与轨道内的LDM密度相关，并且具有特征谱分量，其中在星座的动态的各种频率处，振幅随时间增加。这是相关的结果，因为LDM信号被带到非零频率。
2009-01-12 astro-ph gr-qc
Modulator noise suppression in the LISA Time-Delay Interferometric combinations
我们之前展示了如何组合相对频率或相移的大约18个时间序列的测量（1）以消除激光器的相位噪声，（2）以消除由于六个光具座的非惯性运动引起的多普勒波动，以及（3）以去除跟踪光电探测器条纹所需的机载参考振荡器的相位噪声，all the while preserving保存signals信号from passing通过gravitational引力waves波.在这里，我们分析了由于用于消除板载参考振荡器的相位波动的光调制器的附加噪声的影响。我们使用最近测得的噪声频谱的一个单独的调制器量化的调制器噪声的贡献的第一代和第二代的时间延迟干涉（TDI）的组合作为调制频率的函数。我们表明，调制器噪声可以小于预期的质量加速度和光路噪声，如果调制频率大于$\approx 682$ MHz的情况下，不等臂迈克尔逊TDI组合$X_1$，$\approx 1.08$ GHz的Sagnac TDI组合$α_1$，和$\approx 706$ MHz的对称Sagnac TDI组合$ζ_1$。这些调制频率远小于先前估计的频率，可能导致对LISA的振荡器噪声校准子系统的要求不那么严格。
2007-07-25 gr-qc
TDIR: Time-Delay Interferometric Ranging for Space-Borne Gravitational-Wave Detectors
对低频（兆赫）波段敏感的星载干涉引力波探测器将在今后十年内投入使用。在这些探测器中，航天器到航天器的光传播时间必然是不相等的，并且是随时间变化的，并且（由于像差）在上行链路和下行链路上将具有不同的值。在这种不等臂干涉仪中，激光相位噪声将通过采用在成对航天器之间测量的激光相位可观测量值的线性组合来消除，该线性组合通过沿相应臂的光传播时间适当地进行时移。这个过程，称为时间延迟干涉测量（TDI），需要准确的知识的光时间延迟的时间函数。在这里，我们提出了一个高精度的技术来估计这些时间延迟，并研究其使用的激光干涉仪空间天线（LISA）任务的背景下。我们将这种依赖于TDI组合本身的测距技术称为时延干涉测距（TDED）。对于每一个TDI组合，我们表明，通过最大限度地减少均方根功率在该组合（平均积分时间$\sim 10^4$ s）相对于时间延迟参数，我们得到的时间延迟的估计准确到足以消除激光噪声的水平远低于二次噪声。因此，TTRO允许在不使用专用航天器间测距系统的情况下实施TDI，从而可能简化LISA设计。在本文中，我们正式定义的Tdish程序，我们通过模拟与\textit{Synthetic LISA}软件包，其预期的性能。
2004-10-25 gr-qc
Time-Averaged Template for Stochastic Gravitational-Wave Background Detection in Space-Based Interferometers
本文提出基于时间平均的模板方法，用于提高空间干涉仪中随机引力波背景参数估计的准确性。
2025-12-09 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
A statistical inference approach to time-delay interferometry for gravitational-wave detection
未来的天基引力波观测站LISA将由三角形星座中的三个航天器组成，由具有250万公里臂的激光干涉仪连接。除其他挑战外，该任务的成功在很大程度上取决于消除激光频率噪声的质量，其功率比引力信号高出八个数量级。执行噪声去除的标准技术是时间延迟干涉测量法（TDI）。TDI构造了延迟相位计测量的线性组合，以消除激光噪声项。以前的工作已经证明了TDI和主成分分析（PCA）之间的关系。我们建立在这个想法的基础上，开发一个扩展的TDI模型的可能性，直接取决于相位计测量。假设平稳高斯噪声，我们在频域中使用PCA分解测量协方差。我们得到一个全面而紧凑的框架，我们称之为PCI的“主成分干涉”，并表明它提供了一个最佳的描述LISA数据分析问题。
2022-04-26 astro-ph.IM gr-qc
Detection of Gravitational memory effect in LISA using triggers from ground-based detectors
本文提出利用地面探测器事件目录在LISA数据中搜索引力记忆效应，通过相干叠加提升信噪比，估算表明LISA十年任务期内有望探测到该效应。
2023-02-09 gr-qc physics.data-an
First-step experiment in developing optical-spring quantum locking for DECIGO: sensitivity optimization for simulated quantum noise by completing the square
DECi-hertz干涉仪引力波观测站是未来的一项星载激光干涉仪飞行任务。DECIGO有1,000公里长的臂腔，主要用于探测0.1 Hz左右较低频率的原始引力波（PGW）。电磁波谱的观测降低了PGW能量密度上限（$Ω_{\rm gw} \sim 10^{-15} \to 10^{-16}$）的界限。因此，DECIGO的目标灵敏度，这主要是由量子噪声限制，需要进一步提高。为了最大限度地提高探测的可行性，同时受到DECIGO的大衍射损耗的限制，理论上提出了一种具有光学弹簧的量子锁定技术，以提高PGW的信噪比。在本文中，我们通过实验验证了光弹簧量子锁定的一个关键因素：通过完成多个探测器输出的平方来优化灵敏度。该实验在简化的桌面光学装置上进行，经典噪声模拟量子噪声。我们成功地得到了最佳的灵敏度与两个不同的激光功率的平方完成的方法。
2022-11-23 gr-qc quant-ph
