An accurate and efficient algorithm for detection of radio bursts with an unknown dispersion measure, for single dish telescopes and interferometers
天文射电暴在穿越星际介质时会散开。为了最佳地检测频带内的短持续时间信号，我们必须精确地补偿脉冲色散，这是一项计算要求很高的任务。我们提出了快速色散测量变换（FDMT）算法，用于此类信号的最佳检测。该算法具有较低的理论复杂度：2NfNt + NtNdlog2（Nf），其中Nf，Nt和Nd分别是频点，时间点和色散测量点的个数.与以前建议的快速算法不同，我们的算法保留了蛮力解色散的敏感性。我们的测试表明，该算法，在标准的台式计算机上运行，并在一个高级编程语言中实现，已经比最先进的去分散代码运行在图形处理单元（GPU）的状态更快。我们还提出了一个变种的算法，可以有效地实现在GPU上。后一种算法的计算和数据传输要求与二维FFT相似，这表明在规划未来调查时，不相干去色散现在可以被认为是一个不存在的问题。我们进一步提出了一个快速算法的敏感的解色散脉冲短于通常允许的非相干解色散。在典型情况下，该算法比通过卷积的相干去色散快几个数量级。我们分析了无线电干涉仪搜索脉冲信号的计算复杂度。我们的结论是，使用我们建议的算法，最大限度地敏感的盲搜索这种脉冲是可行的，使用现有的设施。我们提供了这些算法在Python和MATLAB中的实现。
2014-11-19 astro-ph.IM
Astropulse: A Search for Microsecond Transient Radio Signals Using Distributed Computing. I. Methodology
我们正在使用阿雷西博望远镜进行一次短暂的微秒时间尺度的无线电天空调查，称为"Astropulse"。Astropulse搜索以1，420 MHz为中心的短（0.4 μ s至204.8 μ s）宽带（相对于其2.5 MHz带宽）无线电脉冲。Astropulse是一种背驮式巡天，扫描的范围是赤纬-1.33至38.03度之间。我们在ALFA接收器的7个波束中的每个波束中获得了1，540小时的数据，每个波束具有2个偏振。因为我们使用了相干去色散，所以可以检查几微秒量级的时间尺度。更常用的技术，非相干去色散，不能解决低于最小时标的信号。然而，相干解色散需要比非相干解色散更密集的计算。所需的处理能力由伯克利开放式网络计算基础设施BOINC提供。
2013-03-06 astro-ph.IM
PulsarX: a new pulsar searching package -I. A high performance folding program for pulsar surveys
本文提出PulsarX脉冲星搜寻软件包中的高性能折叠程序，通过剪枝FDMT算法和Tikhonov正则化最小二乘折叠算法大幅降低候选体折叠的计算开销，并在MeerKAT两个大型巡天项目中验证了性能。
2023-09-05 astro-ph.HE astro-ph.IM
Efficient Summation of Arbitrary Masks -- ESAM
针对快速射电暴盲搜索中计算密集的色散消除问题，提出ESAM方法，高效计算任意二维掩模的一维卷积，在保持信噪比精度下将计算成本降低约10倍，并支持灵活选择掩模以优化性能。
2024-12-14 astro-ph.IM physics.data-an
Accelerating Dedispersion using Many-Core Architectures
针对射电天文数据色散消除处理的实时性需求，提出基于NVIDIA GPU、Intel和AMD CPU的暴力非相干色散消除优化实现，速度较现有方案提升4倍，比实时处理快至少20倍，已集成入AstroAccelerate包。
2023-11-09 astro-ph.IM cs.DC
A PRESTO-based Parallel Pulsar Search Pipeline Used for FAST Drift Scan Data
基于PRESTO（PulsaR Exploration and Search Toolkit）开发了一个脉冲星搜索管道。该流水线简单地在进程级并行运行去色散、FFT（快速傅立叶变换）和加速搜索，以缩短处理时间。通过两种并行策略，流水线可以大大缩短正常搜索和加速搜索的处理时间。该管道首先用PMPS（Parkes Multibeam Pulsar Survery）数据进行了测试，并发现了两个新的微弱脉冲星。该方法已成功应用于500米口径球面射电望远镜（FAST）漂移扫描数据的处理，至今已发现数十颗新的脉冲星。该管道仅基于CPU，可以轻松快速地部署在计算节点中，用于测试目的或数据处理。
2019-12-30 astro-ph.GA astro-ph.IM
A Real-Time, GPU-Based, Non-Imaging Back-End for Radio Telescopes
自RRAT发现以来，对单脉冲无线电搜索的兴趣急剧增加。由于这些搜索产生的数据量很大，特别是在未来射电望远镜的计划调查中，这种搜索必须实时进行。这导致了大量搜索技术和实时管道原型的发展。在这项工作中，我们研究了GPU的适用性。我们设计并实现了一个可扩展的，灵活的，基于GPU的，瞬态搜索管道组成的几个处理阶段，包括RFI缓解，去分散，事件检测和分类，以及数据量化和持久性。这些阶段被封装为一个独立的框架。与优化的CPU实现相比，优化的GPU实现的直接去色散实现了超过一个数量级的加速。我们使用基于密度的聚类算法，再加上候选人选择机制，将同一事件引起的检测分组在一起，并自动将其分类为RFI或天体起源。该装置部署在Medicina BEST-II阵列上，在该阵列上进行了几次测试观察。最后，我们计算处理SKA 1-mid非成像管道的所有光束所需的GPU数量。我们还研究了GPU用于波束成形的适用性，其中我们的实现实现了超过50%的峰值理论性能。我们还证明，对于大型阵列，以及在观察中，生成的光束需要在GPU之外处理，系统将成为PCIe带宽有限。这可以通过在GPU本身上处理合成波束来缓解，我们通过将波束形成器集成到瞬态检测管道来证明这一点。
2014-01-31 astro-ph.IM
A multi-wavelength pipeline for pulsar searches
近年来的脉冲星研究表明，多波长方法比其他方法更能使脉冲星受益。卡利亚里天文台（INAF-OAC）是一个不断发展的设施，有一个年轻的小组致力于整个电磁波谱的脉冲星和快速瞬变研究。利用这一专业知识，我们致力于提供一套多波长软件和数据库，用于在撒丁岛射电望远镜（SRT）上观测银河系天体和致密天体。反过来，SRT的无线电脉冲星观测结果将以经过处理的格式提供给使用AGILE和费米伽马射线卫星的伽马射线搜索，在不久的将来，它们将与IXPE的偏振X射线观测结果相辅相成。
2019-04-04 astro-ph.IM
Pulsar Acceleration Searches on the GPU for the Square Kilometre Array
脉冲星加速搜索是从射电望远镜中恢复信号的方法，否则可能会由于双星系统中的轨道加速效应而丢失。下一代仪器（如平方公里阵列（SKA））将产生大量数据，需要实时加速搜索，这反过来又需要使用HPC平台。我们提出了我们的实现的傅立叶域加速搜索（FDAS）算法的图形处理器单元（GPU）的SKA的上下文中，作为天文加速实时数据处理库的一部分，目前正在开发中的牛津电子研究中心（OeRC），牛津大学。
2015-11-24 astro-ph.IM
A GPU implementation of the Correlation Technique for Real-time Fourier Domain Pulsar Acceleration Searches
对双星的研究使广义相对论的检验成为可能。双星系统中的轨道运动会导致脉冲星自旋频率的漂移，从而降低了周期性搜索的灵敏度。加速度搜索是考虑轨道加速度影响的方法。现有的方法目前在计算上是昂贵的，并且将由下一代仪器（例如平方公里阵列（SKA））产生的大量数据需要实时加速搜索，这反过来又需要使用高性能计算（HPC）平台。我们提出了我们的实现相关技术的傅立叶域加速搜索（FDAS）算法的图形处理器单元（GPU）。相关技术被应用为在傅立叶域中与多个有限脉冲响应滤波器的卷积。比较了两种方法：第一个使用NVIDIA cuFFT库在GPU上应用快速傅立叶变换（FFT），第二个包含GPU共享内存中的自定义FFT实现。我们发现，FFT共享内存的实现执行1.5和3.2倍之间的速度比我们的cuFFT为基础的应用程序较小，但足够的滤波器大小。它也比FDAS的现有GPU和OpenMP实现快4到6倍。这项工作是AstroAccelerate项目的一部分，AstroAccelerate项目是一个用于射电天文学的众核加速时域信号处理库。
2018-04-15 astro-ph.IM
Versatile Directional Searches for Gravitational Waves with Pulsar Timing Arrays
通过多年来定期监测最稳定的毫秒双星，脉冲星定时阵列（PTA）被定位为检测和研究这些双星定时行为的相关性。来自超大质量黑洞双星的引力波是一个令人兴奋的潜在的可探测的关联源。我们描述了一个简单的技术，PTA可以“逐步上升”，形成时间序列的两个偏振模式的GW来自一个特定的方向的天空。我们的技术不需要关于GW信号的时域行为的假设。这种方法已经被用来放置严格的边界上的GW从单个SMBHB在圆形轨道。在这里，我们描述的方法，并证明了该技术的多功能性，在搜索各种各样的GW信号，包括突发与未建模的波形。使用前六年的数据从帕克斯脉冲星定时阵列，我们进行了一个全天空的搜索，可检测的过剩GW功率从任何方向。对于附近几个大质量星系团的视线，我们进行了更详细的搜索GW爆发的记忆，这是不同的签名SMBHB合并。在所有情况下，我们发现数据与噪声一致。
2015-10-27 astro-ph.IM
The High Time Resolution Universe survey XIV: Discovery of 23 pulsars through GPU-accelerated reprocessing
我们在南方高时间分辨率宇宙脉冲星巡天的中高银河纬度部分的档案数据中进行了一次新的射电望远镜搜索。这是第一次在整个数据集中搜索二进制序列，这是一项由GPU加速的去色散和周期性搜索代码实现的成就，比以前使用的管道快近50倍。候选人选择完全由机器学习算法处理，允许在几个人天内评估1760万名候选人。我们还引入了一种离群值检测算法，用于有效减轻折叠数据的射频干扰（RFI），这是一种新方法，可以发现先前被RFI掩盖的干扰。我们讨论了对未来搜索的影响，特别是扩大RFI缓解工作的重要性，以提高调查的完整性。我们总共发现了23个以前未知的源，包括6个毫秒双星和至少4个双星系统中的毫秒双星。我们还发现了一个难以捉摸但可信的红背候选人，我们还没有确认。
2018-11-12 astro-ph.HE astro-ph.IM
Time-domain Implementation of the Optimal Cross-Correlation Statistic for Stochastic Gravitational-Wave Background Searches in Pulsar Timing Data
超大质量黑洞双星、宇宙弦、暴胀遗留的引力波和早期宇宙的一级相变可能对10^（-9）Hz-10^（-7）Hz频段的引力波的随机背景有贡献。脉冲星定时阵列（PTAs）利用射电望远镜的高精度定时来检测这些频率的信号。在这里，我们提出了一个时域实现的最佳互相关统计随机背景搜索PTA数据。由于PTA数据典型的不规则采样以及使用定时模型来预测无线电脉冲的到达时间，时域方法更适合于此类数据的引力波数据分析。我们提出了从似然函数开始的最佳互相关统计量的推导，产生模拟随机背景信号的方法，以及两个相关PTA制度中互相关统计量的信噪比的标度律的严格推导：弱信号极限，其中仪器噪声在所有频率上都占主导地位，以及引力波信号在最低频率处占主导地位的第二状态。
2014-10-30 astro-ph.IM
Continuous gravitational wave searches with pulsar timing arrays: Maximization versus marginalization over pulsar phase parameters
可分辨的超大质量黑洞双星是基于脉冲星定时阵的引力波研究的重要来源。对这些目标的搜索算法必须与数据的联合对数似然函数中的大量所谓脉冲星相位参数相抗衡。我们比较了两种方法的定位精度：最大化脉冲星相位参数（MaxPhase）对边缘化（AvPhase）。使用模拟数据从脉冲星定时阵列与17个脉冲星，我们发现，对于弱信号和中等强度的信号，AvPhase优于MaxPhase显着，而他们执行的强信号。
2017-04-19 astro-ph.IM gr-qc
Applying saliency-map analysis in searches for pulsars and fast radio bursts
研究使用显着图分析来帮助搜索瞬态信号，例如快速射电暴和来自射电望远镜的单个脉冲。我们的目标是证明显着图提供了理解机器学习算法预测的方法，并且可以在用于搜索瞬态事件的流水线中实现。我们已经实现了一种新的深度学习方法来预测数据的任何部分是否包含瞬态事件。该算法已经使用真实和模拟数据集进行了训练。我们证明，该算法是能够识别这样的事件。通过使用显着图对输出结果进行视觉分析。我们发现，显着图可以产生任何瞬态功能的增强图像，而不需要去色散或去除射频干扰。这样的地图可以用来理解图像中的哪些特征用于做出机器学习决策，并可视化瞬态事件。尽管这里报告的算法是为了证明显着图分析，我们已经检测到，在档案数据中，一个单一的突发事件与分散测量$41$ \，厘米$^{-3}$ pc，这是不相关的任何目前已知的脉冲星。
2020-05-22 astro-ph.IM
An Interference Removal Technique for Radio Pulsar Searches
由于脉冲式人造地面射频干扰的增加，无线电导航变得越来越困难。在这里，我们提出了一种新的技术，零DM滤波，它可以显着减少脉冲星搜索数据中的这种信号的影响。该技术已经应用于帕克斯多波束脉冲星调查的一小部分数据，发现了四颗新的脉冲星，从而说明了其功效。
2009-01-26 astro-ph.GA astro-ph.IM
PONDER - A Real time software backend for pulsar and IPS observations at the Ooty Radio Telescope
本文介绍了一种新的实时多功能后端，脉冲星Ooty射电望远镜新的数字高效接收器（PONDER），它已被设计为与Ooty射电望远镜（ORT）的传统模拟系统一起工作。PONDER利用最先进的计算硬件、图形处理单元和足够大的磁盘存储器，以支持脉冲星观测的高时间分辨率实时数据，这些数据是通过在16兆赫的带通上进行相干去色散获得的。在PONDER中实施了四种不同的脉冲星观测模式，以提供标准的简化数据产品，如带时间戳的综合剖面图和去分散时间序列，从而可以更快地获得各种脉冲星研究的科学结果。此外，PONDER还支持行星际闪烁（IPS）测量和甚长基线干涉测量数据记录的一般模式。IPS模式产生一个单一的极化相关的时间序列的太阳风闪烁的带宽约四倍（16 MHz）比传统的系统，以及其波动频谱具有高的时间和频率分辨率。关键是上述所有模式都是实时操作的。本文介绍了PONDER的设计方面，并概述了未来类似后端的设计方法。它还解释了PONDER的主要操作，说明了它对各种脉冲星和IPS观测的能力，并证明了它对利用ORT的高灵敏度进行各种天体物理学研究的有用性。
2015-03-04 astro-ph.IM astro-ph.SR
Image-based searches for pulsar candidates using MWA VCS data
脉冲星已被证明有助于探索各种物理学。低射频脉冲星是研究脉冲星光谱特性和发射机制的重要手段。Murchison宽场阵列电压捕获系统（MWA-VXS）已被常规用于研究和发现低频率脉冲星，它提供了记录复杂电压的独特机会，可以离线波束形成或以毫秒时间分辨率成像。设计基于图像的方法来寻找脉冲星候选者，这可以在波束形成的数据中得到验证，可以通过减少所需的捆绑阵列波束的数量，提高计算资源效率来加速整个过程并导致更多的脉冲星检测。尽管灵敏度损失了~4倍，但从MWA-ESTA图像中搜索脉冲星候选者，我们可以探索更大的参数空间，这可能导致发现高频勘测遗漏的卫星，例如在高时间分辨率时间序列数据中因传播效应而模糊的卫星。的搜索也是必不可少的探测部分的参数空间无法达到传统的波束形成搜索的MWA。在本文中，我们描述了创新的方法，双处理MWA卫星数据的能力，即在这些图像中找到脉冲星候选者，并通过形成捆绑阵列波束进行验证。我们开发并测试了基于图像的方法来寻找脉冲星候选者，基于脉冲星的属性，如光谱指数，偏振和变化。这些方法的效率已经在已知的卫星上得到验证，和主要限制解释的敏感性和低-一些脉冲星的频谱周转。没有候选者被证实是一个新的脉冲星。这种新的能力现在将应用于多个观测，以加速脉冲星的发现，MWA并使用SKA-Low加速未来的搜索。
2022-12-14 astro-ph.HE astro-ph.IM
Pulsar Searches with the SKA
平方公里阵列将是脉冲星天文学的一个惊人的仪器。虽然完整的SKA将足够敏感，可以检测到从地球上可见的银河系中的所有恒星，但已经有SKA1，脉冲星搜索将发现足够的恒星，使目前已知的恒星数量增加四倍，毫无疑问，包括一系列令人惊叹的未知来源。需要实时处理每天收集的60 PB脉冲星搜索数据，使用执行10次以上POPS所需的信号处理管道。在这里，我们提出了SKA脉冲星搜索引擎的设计建议，并讨论了脉冲星搜索企业的挑战和解决方案。
2017-12-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
Proving the short-wavelength approximation in Pulsar Timing Array gravitational-wave background searches
在未来几年内，脉冲星定时阵列有望探测到来自超大质量黑洞宇宙合并历史的低频引力波背景。GWB在脉冲星残差中引入了独特的相关性--脉冲的预期到达时间减去其实际到达时间。简化的假设是为了写一个解析表达式的关联函数，称为海林和唐斯曲线的各向同性GWB，这取决于角分离的脉冲星对，考虑的引力波频率，和距离的脉冲星。这就是所谓的短波长近似，我们证明这里严格和分析的第一次。
2018-09-11 astro-ph.GA astro-ph.IM
Parameter-space metric for all-sky semicoherent searches for gravitational-wave pulsars
全天空搜索引力波星的灵敏度主要受到计算资源有限的限制。半相干搜索是一种以固定计算成本最大化对引力波探测器灵敏度的广泛使用的方法：将来自引力波探测器的数据划分为多个段，对每个段进行相干分析，并将每个段的分析结果相加在一起。生成模板银行的相干分析的每一个部分，并为求和，需要的知识的度量相关的相干和半相干的参数空间分别。我们提出了一个有用的近似半相干参数空间度量，类似于Wette和Prix [Phys. Rev. D 88，123005（2013）]中提出的相干度量。新的半相干度量与Pletsch [Phys. Rev. D 82，042002（2010）]和Brady和Creighton [Phys. Rev. D 61，082001（2000）]中的先前工作进行了比较。我们发现，半相干全天空搜索需要的数量级比以前预测的模板。
2015-10-28 astro-ph.IM gr-qc
Nano-Hertz Gravitational Waves Searches with Interferometric Pulsar Timing Experiments
我们估计的灵敏度，纳赫兹引力波的脉冲星定时实验中，两个高度稳定的毫秒级的脉冲星被同时跟踪与两个相邻的射电望远镜，参考相同的时间保持子系统（即“时钟”）。通过取两个到达时间残差数据流的差值，我们可以精确地消除合并数据集中的时钟噪声，从而提高对引力波的灵敏度。我们估计，在（$10^{-9} - 10^{-8}$）Hz波段，这种“干涉”脉冲星计时技术可以潜在地提高对引力辐射的灵敏度，比单望远镜的灵敏度提高近两个数量级。干涉脉冲星计时实验可以用即将到来的大型阵列项目的相邻天线对进行。
2011-01-20 astro-ph.IM gr-qc
IQRM: real-time adaptive RFI masking for radio transient and pulsar searches
在搜索时域数据中的短时间尺度天体物理瞬变时，射频干扰（RFI）会导致大量的假阳性候选人和灵敏度显着降低，如果不正确减轻。在这里，我们提出了一种算法，直接从短持续时间（$\sim$ 1秒）数据块推断时变频率信道掩码：该方法包括计算频谱统计，以及与RFI的存在相关，然后在所得值中找到高离群值。对于后者的任务，我们提出了一个离群值检测算法称为四分位数间范围缓解（IQRM），这是非参数和鲁棒性的存在下，在顺序数据的趋势。该方法不需要训练，原则上可以适应任何望远镜和RFI环境;它的效率在MeerKAT和Lovell 76米射电望远镜的数据上得到了证明。IQRM的速度足够快，可以用于流搜索，并已集成到MeerTRAP实时瞬态搜索管道中。还提供了开源Python和C++实现。
2021-12-01 astro-ph.IM
Coherent network analysis for continuous gravitational wave signals in a pulsar timing array: Pulsar phases as extrinsic parameters
超大质量黑洞双星是利用脉冲星定时阵进行引力波搜索的主要目标之一。来自这样的系统的引力波信号被参数化模型很好地表示，允许标准的广义似然比检验（GLRT）用于它们的检测和估计。然而，有一个二分法如何GLRT可以实现脉冲星定时阵列：有两种可能的方式，其中一个可以分裂的信号参数集的半解析和数值极值。早期的一篇论文（Wang等人，2014年）讨论了在地面引力波搜索中用于连续信号的方法的直接扩展，其中所谓的脉冲星相位参数在数值上最大化。在本文中，我们报告的第二种方法，脉冲星相位最大化半解析的性能的第一次研究。这种方法是可扩展的，因为剩下的参数的数量数值优化不依赖于脉冲星定时阵列的大小。我们的研究结果表明，对于相同的阵列大小（9个脉冲星），新的方法在参数估计，但不是在检测性能稍差，比以前的方法，脉冲星相位的数值最大化。性能差异的起源可能是任何网络分析方法固有的不适定性。然而，新方法的可扩展性允许通过简单地向阵列添加更多的矩阵来减轻不适定性。这一点可以通过一个更大的矩阵来明确地显示。
2016-01-22 astro-ph.IM
A nested sampling code for targeted searches for continuous gravitational waves from pulsars
本文描述了一个代码，用于在使用来自地面引力波探测器的数据对来自已知天体的连续引力波进行有针对性的搜索中执行参数估计和模型选择。我们描述了一般的工作代码和模拟数据包含噪声和模拟信号。我们还展示了它是如何执行相比，以前的MCMC和基于网格的方法来信号参数估计。附录A中提供了如何在各种情况下运行代码的详细信息。
2017-05-24 astro-ph.IM gr-qc
Citizen COmputing for Pulsar Searches: CICLOPS
当今脉冲星天文学中使用的大多数周期性搜索算法都非常高效，并利用了多个CPU或GPU。瓶颈通常表现为需要专家进行明智选择的操作。一个典型的情况是数据中存在射频干扰，这往往模仿脉冲星的周期性信号，需要对数百或数千个满足一些预先选择的标准的脉冲星“候选者”进行目视检查。CICLOPS是一个公民科学项目，旨在将寻找海盗转变为一个有趣的3D视频游戏。我们构建了一个分布式计算平台，使用用户的CPU和GPU运行计算，并利用人类在模式识别方面的独特能力来找到最佳候选脉动。
2020-12-23 astro-ph.HE astro-ph.IM
Optimized Blind Gamma-ray Pulsar Searches at Fixed Computing Budget
在费米LAT的多年光子数据中进行盲伽马射线脉冲星搜索的灵敏度主要受到有限计算资源的限制。为了解决这个“大海捞针”的问题，我们在这里提出了优化盲搜索的方法，以达到最高的灵敏度在固定的计算成本。对于相干和半相干的方法，我们考虑他们的统计特性，并研究其搜索灵敏度下的计算约束。结果验证了多级策略，其中第一阶段使用有效的半相干方法扫描整个参数空间，然后通过完全相干的分析来细化有希望的候选者。我们还发现，对于第一阶段的盲目搜索不相干谐波求和的权力是不值得在固定的计算成本为典型的伽玛射线散射。进一步提高灵敏度，我们提出了效率提高插值技术的半相干搜索阶段。通过现实的模拟，我们表明，总体上这些优化可以显着降低最小可检测的脉冲分数几乎50%，在相同的计算费用。
2014-09-25 astro-ph.HE astro-ph.IM
Efficient Gravitational Wave Searches with Pulsar Timing Arrays using Hamiltonian Monte Carlo
脉冲星定时阵列（PTA）通过寻找脉冲到达时间的相关偏差来探测低频引力波（GW）。当前贝叶斯搜索使用马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）方法，该方法难以对PTA和GW信号建模所需的大量参数进行采样。随着数据跨度和数据库数量的增加，这个问题只会变得更糟。另一种蒙特卡罗采样方法，哈密顿蒙特卡罗（HMC），利用哈密顿动力学产生样本建议告知模型似然的一阶梯度。这反过来又允许它更快地收敛到高维分布。我们实现HMC作为一种替代的抽样方法，在我们的搜索各向同性随机GW背景，并表明，这种方法产生等效的统计结果与标准MCMC技术运行类似的分析，而需要100-200倍的样本。我们表明，HMC样本生成的速度尺度为$\mathcal{O}(N_\mathrm{psr}^{5/4})$，其中$N_\mathrm{psr}$是的数目，相比之下，$\mathcal{O}(N_\mathrm{psr}^2)$的MCMC方法。这些因素抵消了使用HMC生成样品所需的增加的时间，证明了采用HMC技术用于PTA的价值。
2023-03-07 astro-ph.IM gr-qc
Accelerated Bayesian model-selection and parameter-estimation in continuous gravitational-wave searches with pulsar-timing arrays
我们描述了几种新的技术，加速贝叶斯搜索连续引力波发射的超大质量黑洞二进制脉冲星定时阵列。这些技术减轻了搜索维数的问题增加与脉冲星阵列的大小，所产生的必须包括一个额外的参数，每个脉冲星作为阵列扩展。这个额外的参数对应于搜索的相位的引力波，因为它传播通过每个脉冲星，使我们可以连贯地包括脉冲项在我们的搜索策略。我们的技术使分析易于使用强大的证据评估包，如MultiNest。我们发现我们的技术与参数估计和贝叶斯因子评估与完整的信号模板进行了良好的协议，并得出结论，这些技术使脉冲星定时阵列的连续引力波信号的检测和表征优秀的第一刀工具。重要的是，在低到中等的信噪比下，分析加速的因子可以> 100，允许系统注入和信号恢复的严格程序，以在贝叶斯形式体系内建立稳健的检测标准。
2014-11-21 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Elementary Wideband Timing of Radio Pulsars
本文提出了一种从折叠宽带脉冲星数据中同时测量脉冲到达时间（TOA）和色散测度（DM）的算法。我们扩展了Taylor（1992）的处方，以适应一般的二维模板“肖像”，其对准可用于测量脉冲相位和DM。我们发现，有一个去色散参考频率，删除这两个量之间的协方差，并注意到恢复的脉冲轮廓缩放幅度可以提供有用的信息。我们实验脉冲建模，通过使用高斯分量方案，允许独立的组件与频率的演变，一个“基准组件”，并列入散射。我们展示的算法使用我们的公开代码从明亮的毫秒脉冲星J1824- 2452 A（M28 A）从绿岸望远镜的宽带数据，和一套蒙特卡罗分析验证算法。通过使用一个简单的模型画像M28 A，我们获得DM的趋势相比，通过更标准的方法测量，提高TOA和DM的精度的几个因素。从我们的算法的测量将产生精度至少从传统的技术一样好，但往往较少的系统影响，是没有特设的参数。广泛应用这种新的方法与现代大带宽观测系统的色散测量跟踪应改善脉冲星定时阵列实验的定时残差，如北美纳赫兹观测站的引力波。
2019-10-01 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
The effect of timing noise on targeted and narrow-band coherent searches for continuous gravitational waves from pulsars
大多数对中子星的连续引力波的研究都使用泰勒展开来模拟中子星的自旋下降。研究表明，他们的电磁（EM）发射遭受\emph{timing noise}，泰勒展开模型的相位小偏差。产生电磁辐射的机制如何与任何连续的引力波（CW）辐射相关尚不清楚;如果它们相互作用或锁定相位，那么CW也将经历定时噪声。信号和匹配滤波方法中使用的搜索模板之间的任何不一致将导致信噪比（SNR）的损失，称为“失配”。在这项工作中，我们假设CW遭受类似的定时噪声水平，其EM对应。我们注入和恢复假CW信号，其中包括从蟹状星云脉冲星的观测数据产生的定时噪声。测量$\sim 10$月数量级持续时间内的不匹配，发现大部分影响很小。这表明，最近所谓的“窄带”搜索对来自蟹状星云和船帆座星云的信号设置了上限，不会受到明显影响。在固定的观测时间，我们发现失配依赖于观测历元。考虑到平均失配作为观测时间的函数，我们发现它随时间呈幂律增加，因此在长基线搜索中可能变得相关。
2015-03-27 astro-ph.IM astro-ph.SR gr-qc
Fisher formalism for anisotropic gravitational-wave background searches with pulsar timing arrays
脉冲星计时阵列（PTA）是目前唯一直接对周期长达十年的引力波敏感的实验。在未来的五到十年内，PTA有望探测到由吸入的超大质量黑洞双星共同产生的随机引力波背景（SGWB）。预计这一背景主要是各向同性的，目前的搜索集中在SGWB的反射部分。展望未来，SGWB中的各向异性可能会提供关于已知和未知天体物理学和宇宙学来源的额外信息。在本文中，我们建立了一个简单而现实的Fisher形式主义各向异性SGWB搜索与PTA。我们的形式主义是能够适应现实的PTA属性，并允许简单而准确的预测。我们说明了我们的方法与理想化的PTA组成的相同的，各向同性分布的heteroars。在一篇配套论文中，我们将我们的形式主义应用于当前的PTA，并表明它可以成为指导和优化真实数据分析的强大工具。
2020-11-30 astro-ph.IM gr-qc physics.data-an
Searching for Millisecond Pulsars: Surveys, Techniques and Prospects
在过去的五年里，银河场中毫秒周期的周期星（我们在这里粗略地定义为周期为$<$ 20 ms的周期星）经历了一次复兴。新的或最近翻新的射电望远镜利用冷却接收器和最先进的数字数据采集系统，以各种射频对整个天空进行观测。在由{ \it Fermi}伽马射线太空望远镜确定的点源中有针对性地搜索毫秒级双星已经证明是非常成功的，在过去的五年中有超过50个发现。目前毫秒级恒星的样本数量已经接近200个，25年来第一次超过了银河系球状星团中的同类。虽然许多这些搜索的动机是找到脉冲星定时阵列的一部分，各种各样的有趣的系统，现在正在发现。下面的毫秒脉冲星现象的简要概述，我们描述这些搜索，并提出了一些在过去十年中的新发现的亮点。最后，我们对正在进行的和未来的调查进行预测和展望。
2013-08-21 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Exploiting Orbital Constraints from Optical Data to Detect Binary Gamma-ray Pulsars
很难通过它们的伽马射线发射来发现双星，因为目前的仪器通常每百万次旋转检测不到一个光子。这为孤立的搜索器带来了巨大的计算挑战，其中典型的参数搜索空间在四维中跨越很宽的范围。当脉冲星处于双星系统中时，要求甚至更高，其中轨道运动引入了几个额外的未知参数。在Pletsch & Clark（arXiv：1408.6962）早期工作的基础上，我们提出了这种搜索的最佳方法。这些也可以结合外部约束的参数空间进行搜索，例如，从光学观测的一个假定的二进制伴侣。解决办法有两部分。首先是通过参数空间度量在参数空间中构建最优搜索网格，用于初始半相干搜索和随后的完全相干后续搜索。第二种是解调和检测周期性脉动的方法。这些方法与传统的无线电搜索双星具有不同的灵敏度特性，可能会发现新的双星种群。
2020-10-22 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
The Benefits of VLBI Astrometry to Pulsar Timing Array Searches for Gravitational Radiation
精确的天体测量是成功的脉冲星计时活动的一个组成部分。天体测量参数通常通过将它们作为定时模型的参数拟合到一系列脉冲到达时间（TOA）来获得。在几年的时间跨度内测量到微秒精度的TOA可以产生亚毫弧秒精度的位置测量。然而，如果脉冲星显示出任何红色自旋噪声，则基于时间的天体测量可能会产生偏差，这可以与随机引力波背景产生的红色噪声信号进行比较。我们研究了不同光谱类型的噪声是如何被定时模型吸收的，从而导致天体测量参数的显著估计误差。我们发现，常用的技术，在红噪声（Cholesky白化）的存在下，防止噪声吸收到定时模型非常好，如果观测的时间基线超过几年，但不足以处理较短的脉冲星数据集。脉冲星优化的甚长基线干涉测量（VLBI）不依赖于定时，能够提供精确到高精度定时所需的亚毫角秒水平的位置估计。我们计算了国际天体参考系和脉冲星时间框架之间的必要转换，并定量讨论了未来几年转换将如何改进。我们发现，将VLBI天体测量到的定时模型的恒星，只有几年的定时数据存在将导致更现实的评估红自旋噪声，并可以提高幅度的引力波签名后拟合定时残差的20倍或更多。
2013-12-10 astro-ph.HE astro-ph.IM
Bayesian cross validation for gravitational-wave searches in pulsar-timing array data
引力波数据分析需要复杂的统计噪声模型，以便从数据中提取高度模糊的信号。在贝叶斯模型比较中，我们通过比较它们的边际可能性来选择模型。然而，这种计算在数值上是充满的，并且可能对参数先验规范中的任意选择敏感。在贝叶斯交叉验证中，我们通过计算训练数据集中模型参数的贝叶斯后验来表征模型的拟合度和预测能力，然后使用该后验来计算不同测试数据集的平均可能性。由此产生的交叉验证分数很容易计算;它们对先前的调整不敏感;并且它们以牺牲预测性能为代价惩罚了过度拟合训练数据的不必要的复杂模型。在这篇文章中，我们讨论了交叉验证的背景下，脉冲星定时阵列数据分析，我们将其应用到模拟脉冲星数据（成功地选择了正确的频谱指数的随机引力波背景），并从NANOGrav 11年的释放脉冲星数据集（它令人信服地有利于一个模型，代表了一个短暂的功能，在星际介质）。我们认为，交叉验证提供了一个有前途的替代贝叶斯模型比较，我们讨论了它的使用引力波检测，通过选择或反驳模型，包括一个引力波组件。
2019-04-10 astro-ph.IM gr-qc
Identifying pulsar candidates in interferometric radio images using scintillation
本文提出一种在干涉射电图像中通过识别闪烁源来筛选脉冲星候选体的新技术，可节省计算量并发现时域搜索难以探测的脉冲星。
2024-07-25 astro-ph.HE astro-ph.IM
The noise properties of 42 millisecond pulsars from the European Pulsar Timing Array and their impact on gravitational wave searches
脉冲星定时阵列对引力波的灵敏度取决于单个脉冲星定时数据中存在的噪声。噪声对于脉冲星来说既可以是内在的，也可以是外在的。例如，噪声的内在来源将包括旋转不稳定性。噪声的外部来源包括没有充分建模的物理过程的贡献，例如色散和散射效应、分析误差和仪器不稳定性。我们提出的结果，从噪声分析的42毫秒脉冲星（MSP）观察到的欧洲脉冲星定时阵列。为了表征低频，随机和无色噪声分量，或“定时噪声”，我们采用两种方法，基于贝叶斯和频率统计。对于25个MSP，我们实现了统计上显着的测量其定时噪声参数，并发现这两种方法给出了一致的结果。对于其余17个MSP，我们在95%置信水平下对定时噪声幅度设置上限。此外，我们把上限的脉冲星噪声预算的参考陆地时间标准的误差（低于1%）的贡献，我们发现的证据，噪声分量，这是目前只在四个使用的望远镜之一的数据。最后，我们估计，个别的时间噪声的各向同性，随机GW背景的数据集的灵敏度降低了一个因素>9.1和一个因素>2.3的连续GW从可分辨的，螺旋形的超大质量黑洞二进制与圆形轨道。
2016-01-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Search for glitches of gamma-ray pulsars with deep learning
脉冲星的故障通常被认为是中子星内部超流体的明显表现。它们中的大多数是通过无线电波长的连续监测发现和广泛研究的。费米-LAT太空望远镜带来了一场革命，发现了大量的伽马射线天体。在本文中，我们建议采用这些观察新的毛刺的搜索。我们开发的方法能够检测阶跃样频率变化与毛刺在稀疏的伽玛射线数据。它是基于加权H-测试统计和毛刺识别的卷积神经网络的计算。该方法在Monte Carlo集上具有较高的精度，并将在未来的工作中应用于实际伽玛射线数据中脉冲星毛刺的搜索。
2021-05-26 astro-ph.HE astro-ph.IM
Analytic distribution of the optimal cross-correlation statistic for stochastic gravitational-wave-background searches using pulsar timing arrays
本研究通过解析与数值方法证明脉冲星计时阵列GWB搜寻的最优互相关统计量服从广义卡方分布，纠正了此前认为其零分布近似高斯的错误，为探测显著性的准确计算提供了正确的统计基础。
2023-05-01 astro-ph.IM gr-qc
Reprocessing of a Green Bank 43-meter Telescope Survey of Unidentified Bright Radio Sources for Pulsars and Radio Bursts
我们重新处理了一组用绿岸43米望远镜拍摄的75个明亮、身份不明、陡谱偏振射电源的观测结果，以发现以前未被发现的亚毫秒射电星和射电爆发。Schmidt等人报告了这些数据的第一次搜索的（空）结果。我们的再处理搜索了1000 pc cm $^{-3}$的色散测量（DM）的单脉冲，这些脉冲使用基于深度学习的分类器FETCH进行分类。我们还在更大范围的DM和加速度下搜索周期性。我们的搜索对紧凑双星系统中的高加速、快速旋转的双星（包括亚毫秒双星）以及高度分散的脉冲信号（如快速射电暴）敏感。在后处理过程中没有发现射电暴或天体物理学爆发信号。
2021-02-01 astro-ph.HE astro-ph.IM
The SUrvey for Pulsars and Extragalactic Radio Bursts I: Survey Description and Overview
我们描述的调查脉冲星和河外射电暴（SUPERB），正在进行的脉冲星和快速瞬变调查使用帕克斯射电望远镜。SUPERB包括实时加速搜索射电星和单脉冲搜索射电星以及快速射电暴。我们报告的观测设置，数据分析，多波长/信使连接，调查灵敏度的卫星和快速射电暴和射频干扰的影响。我们进一步报告了在该项目中发现的前10颗恒星。其中有PSR~ J 1306 $-$ 40，它是双星系统中的一颗毫秒脉冲星，在轨道的很大一部分时间里它似乎被食了。PSR~ J 1421 $-$ 4407是另一颗毫秒脉冲双星，其轨道周期为$30.7$天。这个轨道周期是在一个只有高偏心双星已知的范围内，并且理论上是预期的;尽管如此，它的轨道的偏心率为$10^{-5}$。
2017-08-14 astro-ph.HE astro-ph.IM
Coherent Signal Detection with Pruning -- I. Finding Short-Period Binary Pulsars in Circular Orbits
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
研究旨在解决短周期双星系统中脉冲星探测的计算挑战，提出基于极端剪枝的分层搜索框架，克服传统方法局限，提高检测概率和计算效率，提升高价值目标发现潜力。
2026-07-09 astro-ph.HE astro-ph.IM
Modeling the uncertainties of solar-system ephemerides for robust gravitational-wave searches with pulsar timing arrays
一旦我们将脉冲到达太阳系的时间与太阳系的惯性静止坐标系联系起来，脉冲星发射的规律性就变得显而易见了。由此可见，在确定地球相对于太阳系重心的位置时，误差可能会在脉冲星定时剩余时间序列中表现为时间相关偏差，从而影响脉冲星定时阵列对低频引力波的搜索。事实上，最近的阵列数据集产生不同的引力波背景上限和检测统计分析时，与不同的太阳系星历。重要的是，星历表通常不提供可用的误差表示。在这篇文章中，我们描述的动机，建设和应用的物理模型的太阳系星历的不确定性，重点是自由度（木星的轨道要素）最相关的引力波搜索与脉冲星定时阵列。该模型BayesEphem用于在NANOGrav的11年随机背景搜索中获得星历稳健的结果，并为NANOGrav和其他联盟的未来搜索提供了基础。这里报告的分析和模拟表明，星历表建模降低了11年数据集的引力波敏感性，这种退化将消失与改进星历表和更长的脉冲星定时数据集，将在不久的将来成为可用。
2020-01-06 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Controlling Outlier Contamination In Multimessenger Time-domain Searches For Supermasssive Binary Black Holes
许多种类的时域数据集可能容易出现由仪器或天体物理异常引起的统计异常值。这些可能会损害对时间序列内信号的搜索，并导致有偏的参数估计。针对超大质量二元黑洞的多信使时域搜索的通用离群值缓解方法尚未得到充分探索。在努力执行强大的孤立与低计算成本，我们提出了一个吉布斯抽样计划。这为离群值建模和隔离提供了结构简单性，因为它需要最小的修改来适应具有脉冲星定时阵列或光度数据的时域建模场景。我们稳健地诊断异常值存在于模拟脉冲星定时数据集，然后进一步将我们的方法应用于脉冲星J $1909$ $-$ $3744$从NANOGrav 9年数据集。我们还探讨了周期性的二元活动星系核候选PG $1302$ $-$ $102$使用的数据集从卡塔利娜实时瞬态调查，全天自动调查超新星，和林肯近地小行星研究。我们提出了我们的研究结果，并概述了未来的工作，可以提高离群建模和隔离多信使时域搜索。
2022-09-16 astro-ph.GA astro-ph.IM gr-qc
The Southern-sky MWA Rapid Two-metre (SMART) pulsar survey -- I. Survey design and processing pipeline
本文介绍了SMART脉冲星巡天的设计与处理流水线，利用MWA大视场和电压捕获系统在140-170 MHz频段高效搜寻南天脉冲星，通过多阶段处理克服计算成本，模拟预测可发现约300颗新脉冲星。
2023-02-23 astro-ph.HE astro-ph.IM
Hierarchical Inference of the Supermassive Black Hole Binary Merger Rates from Joint Searches using Pulsar Timing Arrays
Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）
本研究提出分层贝叶斯框架，将SMBHB并合率密度模型直接嵌入PTA似然，通过泊松点过程推断并合信号，模拟显示可补充SGWB信息并收紧约束。
2026-09-09 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Searching for a waveform-agnostic gravitational wave signal in pulsar timing arrays
Columbia University（哥伦比亚大学）；University of Birmingham（伯明翰大学）；Monash University（蒙纳士大学）；Montana State University（蒙大拿州立大学）；Oregon State University（俄勒冈州立大学）
提出一种基于傅里叶展开的波形无关框架，通过贝叶斯层次模型同时推断引力波源的天区位置、频率成分和随机背景，为脉冲星计时阵列提供灵活且鲁棒的信号搜索工具。
2026-05-30 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
ASTROFLOW: A Real-Time End-to-End Pipeline for Radio Single-Pulse Searches
Astroflow是一个基于GPU加速的端到端射电单脉冲搜索流水线，通过集成RFI剔除、非相干消色散和YOLO深度检测器，在消费级GPU上实现比实时快10倍的处理速度，为大规模射电巡天提供可扩展的实时暂现源发现方案。
2025-11-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
Multi-Messenger Gravitational Wave Searches with Pulsar Timing Arrays: Application to 3C66B Using the NANOGrav 11-year Data Set
当星系合并时，其中心的超大质量黑洞可能会形成双星，并在合并过程中发出低频引力辐射。在本文中，我们考虑星系3C66 B，这是第一个多信使搜索的引力波的目标。由于观测到的源的光度和天体测量数据中存在的周期性，理论上它包含一个超大质量黑洞双星。它明显的1.05年轨道周期将使引力波发射直接进入脉冲星的时间带。自从3C66B的第一次脉冲星定时阵列研究以来，已经公布了源的修订模型，并且定时阵列的灵敏度和技术已经显着改善。有了这些进展，我们进一步限制啁啾质量的潜在超大质量黑洞二进制在3C66 B小于$(1.65\pm0.02) \times 10^9~{M_\odot}$使用的数据从NANOGrav 11年的数据集。该上限提供了比先前限制提高1.6倍的因子，以及比完成的第一次搜索提高4.3倍的因子。尽管如此，最新的轨道模型的来源仍然是符合我们的限制脉冲星定时阵列数据。此外，我们能够量化的改进所取得的列入源属性收集电磁数据的“盲”脉冲星定时阵列搜索。利用这些方法，很明显，它是不必要的，以获得有意义的天体物理推论，以获得确切的先验知识的周期的一个双。
2020-08-12 astro-ph.GA astro-ph.IM
The Targeted Standard Siren Cosmology with Pulsar Timing Arrays
Indian Institute of Science Education and Research Bhopal（印度科学教育研究所博帕尔分校）；Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）
利用脉冲星计时阵列进行靶向搜索，可实现高精度推断哈勃常数，为解决哈勃张力提供支持。
2026-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Red noise and evolving signals: a complete frequentist approach to supermassive black hole binary searches with pulsar timing arrays
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；University of Texas Rio Grande Valley（德克萨斯里奥格兰德河谷大学）；IIT Hyderabad（印度理工学院海德拉巴分校）
针对脉冲星计时阵列中演化超大质量黑洞双星引力波信号，提出广义似然比检验和T统计量，通过半解析最大化与粒子群优化降低维度，实现高效检测。
2026-09-24 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
