Dealing with missing data in the MICROSCOPE space mission: An adaptation of inpainting to handle colored-noise data
MICROSCOPE太空任务于2016年4月25日发射，旨在以10^-15的精度测试弱等效原理（WEP）。为了达到这种性能，需要一种准确和鲁棒的数据分析方法，特别是因为可能的WEP违规信号将由强有色噪声主导。一个重要的复杂性是由于某些值会丢失-因此，测量的时间序列不会严格定期采样。这些缺失的值引起频谱泄漏，显著增加了傅立叶空间中的噪声，在那里寻找WEP违规信号，从而使科学回报复杂化。最近，我们开发了一种修复算法来纠正MICROSCOPE数据的缺失值。该代码已集成在官方MICROSCOPE数据处理管道中，因为它使我们能够在惯性卫星配置中以模型无关的方式显着测量等效原理违反（EPV）信号。在这项工作中，我们提出了几个改进的方法，现在可以让我们达到惯性和自旋卫星配置的显微镜的要求。主要的改进已经获得了使用先验的有色噪声的功率谱，可以直接从不完整的数据。我们发现，在用这种新算法重建缺失值后，最小二乘拟合可以使我们在惯性模式下以0.96x10^-15的精度和在自旋模式下以1.2x10^-15的精度显著测量EPV信号。虽然，本文中提出的修复方法已被优化的显微镜数据，它仍然足够一般的时间序列中的缺失数据的一般情况下，由一个未知的有色噪声占主导地位。改进后的修复软件名为ICON，可在http://www.cosmostat.org/software/icon上免费获得。
2016-12-16 astro-ph.IM gr-qc
Constraints on chameleon gravity from the measurement of the electrostatic stiffness of the MICROSCOPE mission accelerometers
这篇文章致力于使用显微镜任务的数据来检验引力的变色龙理论。我们利用技术会议的优势，旨在表征MICROSCOPE仪器固有的电容测量系统的静电刚度。预期刚度和实测刚度之间的任何差异可能是由于未考虑的贡献因素（即额外力）造成的。这项工作认为变色龙引力的情况下，作为一个可能的贡献者。以前的研究表明，在类似于这些测量会话的情况下，变色龙第五力出现，并作为小位移的刚度。在变色龙的参数空间上计算刚度的这个新分量的大小。它允许我们通过排除任何与显微镜数据不一致的力来导出约束。正如预期的那样--由于显微镜不是为这种分析而设计的--这些新的界限与最先进的约束条件不具有竞争力，但是可以通过更好地估计这些会话中的所有影响来改进它们。因此，我们的工作说明了这种新的技术作为一种新的方式来约束第五力。
2021-01-29 gr-qc
MICROSCOPE mission: Statistics and impact of glitches on the test of the weak equivalence principle
MICROSCOPE对弱等效原理（WEP）的空间测试是基于对两个测试质量在绕地球轨道运行时所经历的加速度差的微小测量。违反WEP的检测将出现在公知的频率$f_{\rm EP}$上，这取决于卫星的轨道和旋转频率。因此，对实验进行了优化，以最大限度地减少$f_{\rm EP}$的系统误差。小故障是在测试质量的测量加速度中可见的短暂事件，最有可能起源于卫星涂层的裂缝。在本文中，我们描述了它们的形状和时间分布。虽然本质上是随机的，但它们的到达时间分布受到轨道和旋转周期的调制。它们对必须量化的WEP测试有影响。然而，现有的数据使我们无法明确地处理这一任务。我们表明，毛刺影响测试的WEP，一个先验的未知水平。因此，丢弃扰动数据是减少其影响的最佳方法。
2020-12-22 astro-ph.IM gr-qc physics.space-ph
Regression analysis with missing data and unknown colored noise: application to the MICROSCOPE space mission
ONERA - The French Aerospace Lab（法国航空航天实验室）；Geoazur (UMR 7329), Observatoire de la Cöte d’Azur（蔚蓝海岸观测站）
针对有色噪声下数据间隙导致线性回归精度下降的问题，提出基于噪声自回归拟合的回归方法，在MICROSCOPE任务模拟测试中精度较普通最小二乘法提升60倍，还可提供测量不确定性的显著性检验。
2015-03-04 astro-ph.IM gr-qc
Space test of the Equivalence Principle: first results of the MICROSCOPE mission
弱等效原理（weak equivalence Principle，WEP）是广义相对论的基础，它指出两个不同成分和/或质量的物体在引力场中以相同的速度下落（自由降落的普遍性）。显微镜任务的目标是通过在绕地球的准圆形轨道上使用两种不同成分（钛和铂合金）的质量来测试其有效性，精度达到$10^{-15}$，比当前的地面测试高两个数量级。这是通过测量加速度来实现的，加速度是从保持两个质量完全在同一轨道上所需的力推断出来的。在定义的频率下，测量到的加速度之间的任何显著差异都将对应于违反WEP的检测，或者发现一种微小的新型力添加到重力中。显微镜的第一个结果没有显示出这种差异的迹象，用钛和铂对材料的Eötvös参数$δ(Ti,Pt)=[-1\pm{}9{\rm (stat)}\pm{}9{\rm (syst)}] \times{}10^{-15}$（均为1 $σ$不确定度）表示。这一结果是在120次轨道旋转中获得的，占整个飞行任务期间获得的现有数据的7%。1个$σ$不确定性的二次组合导致$δ$的电流限值约为$1.3\times{}10^{-14}$。
2019-09-23 astro-ph.IM gr-qc physics.space-ph
MICROSCOPE Mission scenario, ground segment and data processing
测试弱等效原理（WEP）的精度为$10^{-15}$需要大量的数据，这些数据对最终结果有足够的信心：理想情况下，测量时间越长，对统计噪声的抑制越好。科学会议最多持续120个轨道，定期重复并间隔开，以适应操作限制，但也是为了在不同条件下重复实验，并留出时间校准仪器。在2.5年的实验期间进行了几次科学会议。本文的目的是描述如何产生的数据的基础上的任务情景和数据流过程中，由科学目标和业务约束之间的权衡。这次飞行任务由法国国家空间研究中心领导，该中心提供卫星、发射和地面操作。地面部分由法国空研中心和国家航空航天研究和探索局负责。法国国家空间研究中心通过Centre d'Expertise de Compensation de Traumnée（CECT：无阻力专门知识中心）提供原始数据。这项科学研究由蔚蓝海岸天文台牵头，法国国家天文台研究所负责数据处理。后者还提供了仪器和显微镜科学任务中心。
2022-01-26 astro-ph.IM gr-qc physics.app-ph
The MICROSCOPE mission: first results of a space test of the Equivalence Principle
根据弱等效原理，所有物体在引力场中应以相同的速率下落。MICROSCOPE卫星于2016年4月发射，旨在通过测量将两个测试质量（钛和铂合金）完全保持在同一轨道上所需的力来测试其在$10^{-15}$精度水平上的有效性。一个非零的结果将对应于对等效原理的违反，或者对应于一种新的长程力的发现。第一个数据的分析给出了表征其自由落体加速度相对差异的钛-铂Eötvös参数的$δ\rm{(Ti,Pt)}= [-1 \pm 9 (\mathrm{stat}) \pm 9 (\mathrm{syst})] \times 10^{-15}$（1 $σ$统计不确定性）。
2017-12-06 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
New test of Lorentz invariance using the MICROSCOPE space mission
我们使用的数据从T-SAGE仪器上的MICROSCOPE空间任务搜索洛伦兹违反所描述的物质重力耦合的洛伦兹违反标准模型扩展（SME）系数$(\bar{a}_\text{eff})_μ^w$，其中（$μ= T,X,Y,Z$）和（$w = e,p,n$）的电子，质子和中子。这些系数的非零值的现象学后果之一是，不同组成的测试物体在外部引力场中的下落不同。这类似于对自由降落普遍性的“标准”测试，但具有取决于地球轨道速度和旋转的特定特征。我们分析了来自MICROSCOPE的五次测量会议的数据，发现没有证据表明存在这种签名，但对SME系数的线性组合设置了限制，这些线性组合使以前的最佳结果提高了一到两个数量级。此外，我们的独立线性组合与以前的不同，这增加了可用约束的多样性，为各个系数的完全去相关铺平了道路。
2019-12-06 gr-qc physics.space-ph
Gaussian regression and power spectral density estimation with missing data: The MICROSCOPE space mission as a case study
针对具有缺失数据和未知功率谱密度（PSD）平稳残差的时间序列，提出了一种高斯回归方法。在泛克里格法中，基于完全数据协方差的循环近似，通过其条件期望有效地估计缺失数据。在利用噪声的自回归拟合进行初始化之后，以类似于期望条件最大化算法的方式执行估计/重建步骤的几次迭代，直到回归和PSD估计的收敛。可以对任意PSD执行估计，只要它足够平滑。该算法是在MICROSCOPE空间任务的框架内开发的，其目标是以$10^{-15}$的精度测试弱等效原理（WEP）。我们通过数值模拟表明，所开发的方法使我们能够满足三个主要要求：保持WEP测试的目标精度，尽管数据丢失，计算可靠的估计精度和噪声水平，并最终提供一致和忠实的重建数据的科学界。
2016-08-30 gr-qc physics.data-an
MICROSCOPE mission: first constraints on the violation of the weak equivalence principle by a light scalar dilaton
如果存在一个轻的或有质量的标量场，它与物质的耦合强度弱于引力强度，这可能是弱等效原理被违反的一个原因。我们使用的Eötvös参数的第一个结果的显微镜实验设置新的限制，这样的标量场。对于质量小于$10^{-12}$ eV（即范围大于几个$10^5$ m）的大质量标量场，如果标量场耦合到重子数，则将现有约束改进为$|α|<10^{-11}$，如果标量场耦合到重子数和轻子数之间的差，则将现有约束改进为$|α|<10^{-12}$。我们还考虑了一个模型，描述了一个通用的耦合到标准的物质场的五个参数，光场：我们发现，对于小于$10^{-12}$ eV的质量，对耦合参数的约束比以前的等效原理测试提高了一个数量级。
2018-04-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ex
Testing the Equivalence Principle in space after the MICROSCOPE mission
弱等效原理的检验可以揭示一种新的、依赖于成分的自然力，或者反驳许多新物理学模型。这是第一次通过显微镜卫星在太空中成功进行这种测试。早期的结果表明，对于Pt和Ti试验质量，在1 e14中约1分之一的随机误差（积分时间为8.26 d后）和类似的系统误差下，地球没有违反规定。由于轨道上强得多的驱动信号，尽管对差分加速度的灵敏度降低了70倍，但它比使用旋转扭秤的最佳地面试验提高了10倍。该测试受到用于电气接地的金线内部阻尼产生的热噪声的限制。当s/c设置为比计划旋转更快时，这种噪音会降低。在任务结束时，结果会有所改善，因为热噪声会随着更多的数据而减少。不是系统误差。我们调查了主要的非重力效应，发现Pt-Pt传感器不允许它们与信号分离。早期测试报告了Pt-Ti传感器中的系统误差上限，而在Pt-Pt传感器中未检测到该上限，因此无法将其与违规区分开来。一旦所有的积分时间都用来减少随机噪声，就没有时间检查系统了。显微镜展示了空间在进行高精度WEP测试方面的巨大潜力，并指出了如何实现这一潜力。为了实现这一潜力，新的实验需要航天器围绕对称轴快速稳定地旋转，需要高质量的最先进的机械悬挂，并且必须允许系统检查。“伽利略”（GG）实验的设计，旨在测试WEP到1 e17的1部分，结合了所有需要的功能，表明如果新实验注意到显微镜的教训，空间的量子飞跃是可能的。
2018-07-17 gr-qc physics.ins-det
MICROSCOPE mission: final results of the test of the Equivalence Principle
MICROSCOPE任务通过无拖曳卫星上的差分静电加速度计比较钛铂合金与铂检验质量的加速度，最终在10^{-15}精度下未发现弱等效原理违反，将η(Ti, Pt)约束为[-1.5±2.3(stat)±1.5(syst)]×10^{-15}。
2022-09-30 gr-qc hep-th
Progress on testing Lorentz symmetry with MICROSCOPE
弱等效原理和局部洛伦兹不变性是广义相对论的两个主要假设。目前正在运行的显微镜飞行任务将以$10^{-15}$的精度对WEP进行测试。数据也将在SYRTE进行分析，用于与J. Tasson（明尼苏达州卡尔顿学院）和Q.贝利（安柏里德尔航空大学，亚利桑那州）。这项研究将在一个通用的框架，称为标准模型扩展（SME），描述洛伦兹违反可能出现在普朗克尺度（$10^{19}$ GeV）。SME使我们能够推导出一个洛伦兹违反观测设计的显微镜实验，并寻找可能的偏差从LLI的差加速度的测试群众。
2017-05-31 gr-qc
Orbit design and thruster requirement for various constant-arm space mission concepts for gravitational-wave observation
在以前的论文中，我们已经解决了AMIGO（天体动力学中频干涉引力波天文台）任务概念的常臂版本和AIGSO（原子干涉引力波空间天文台）的常臂GW（引力波）任务概念的轨道设计和推力器要求的问题。在本文中，我们应用类似的方法，以恒定臂GW任务B-DECIGO和DECIGO的轨道设计和推力器的需求，并估计在比冲Isp = 300秒和Isp = 1000秒的年度推进剂的需求。对于我们所探讨的B-DECIGO的地心轨道方案，燃料质量要求是一个令人关切的问题。对于B-DECIGO和DECIGO的日心轨道选择，保持力臂相等和恒定所需的燃料应该很容易满足。此外，我们探讨了推力器和推进剂的要求恒定臂版本的LISA和太极任务，并发现燃料质量的要求是不是一个显示停止。检测质量致动噪声是一个问题。为了有足够的动态范围，需要一个替代的检验质量。需要进行详细的实验室研究
2019-08-15 gr-qc
Search for QCD coupled axion dark matter with the MICROSCOPE space experiment
本研究利用MICROSCOPE空间实验的最终数据寻找QCD耦合轴子暗物质引发的等效原理破缺信号，未发现正面信号，并将$10^{-17}$ eV至$10^{-13}$ eV质量范围内的轴子-胶子耦合实验室约束上限提升了多达两个数量级。
2025-04-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ex
On the first test of the Weak Equivalence Principle in low Earth orbit
本研究评估近地轨道Microscope弱等效原理检验实验的结果，指出其热噪声异常的斑块电荷起源、加速度尖峰的热起源，以及原分析用人工数据填补缺口的问题，提出纯真实数据的分析方法，为未来相关任务提供关键参考。
2025-01-14 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
MICROSCOPE instrument description and validation
为显微镜飞行任务研制了专用加速度计，同时考虑到卫星上测量的加速度的具体范围。考虑到一个微g甚至更小的仪器的整个范围，导致一个定制的概念和高性能的电子检测和伺服驱动的加速度计测试质量。除了一个非常精确的几何传感器核心，高性能的电子架构提供了微弱的静电力和扭矩施加到测试质量的测量。一组电容传感器提供的位置和姿态的测试质量相对于一个非常稳定的黄金涂层笼在二氧化硅。施加在每个测试质量周围的电极上的电压被精细地控制，以产生足够的电场，从而产生测试质量上的静电压力。该磁场使测试质量块相对于仪器结构保持静止。数字控制法的实施，以使仪器操作的灵活性和弱的位置传感器噪声。这些电子设备既为MICROSCOPE的广义相对论测试提供科学数据，也为卫星的无阻力和姿态控制系统（DFACS）提供数据。
2020-12-21 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
MICROSCOPE: systematic errors
本文系统分析MICROSCOPE任务中影响弱等效原理检验精度的各类系统误差，并给出可靠上界。
2021-12-20 astro-ph.IM gr-qc physics.app-ph
Core Noise Requirements, and GW Sensitivities of AMIGO
AMIGO -天体动力学中频干涉GW（引力波）观测站是第一代中频GW飞行任务，弥补了高频GW探测器和低频空间GW探测器之间的灵敏度差距。在我们以前的工作中，我们得到了标称臂长为10，000 km的合适的日心轨道编队，它们的第一代时延构形满足频率降噪要求，我们还计算出了推力-燃料友好的恒臂日心轨道编队。在本文中，我们回顾和研究噪声要求，并提出相应的GW灵敏度。从设计白位置噪声和加速度噪声，我们得到的GW灵敏度的第一代迈克尔逊X TDI配置的b-AMIGO（基线AMIGO），AMIGO，和e-AMIGO（增强AMIGO）。鉴于目前的技术发展，我们研究并指出了执行非洲之友组织任务概念的步骤。
2022-02-09 astro-ph.IM gr-qc
Astrodynamical middle-frequency interferometric gravitational wave observatory AMIGO: Mission concept and orbit design
AMIGO是第一代天体动力学中频干涉GW天文台。AMIGO的科学目标是：弥合第一代高频和低频GW灵敏度之间的光谱差距;探测中等质量BH合并;探测螺旋相位并为地面干涉仪预测双黑洞合并和中子星合并的时间;探测紧凑的双螺旋，以研究恒星演化和星系群。飞行任务的概念是对三个无阻力航天器组成的近三角形编队使用时间延迟干涉测量法，这些航天器的标称臂长为10，000公里，发射激光功率为2-10瓦，望远镜直径为300-500毫米。日心轨道和地心轨道都在研究之中。所有的选择都有类似于LISA的编队，即三角形编队与轨道平面倾斜60度。对于AMIGO，第一代时间延迟干涉术对于激光频率噪声的抑制是足够好的。我们还调查研究中的轨道的每个选项，是否恒定的等臂实现是可行的。对于太阳轨道选项，保持编队的加速度可以设计为小于15 nm/s2，推力器要求在15 μN范围内。非政府组织之友将是实施长期平等手段的一个好地方。简要考虑了燃料要求、推力器噪声要求和试验质量加速度激励要求。从轨道研究来看，太阳轨道方案是首要的任务轨道选择。我们研究这个轨道选项的部署。在95天内从300公里的低地球轨道发射到适当的2度地后AMIGO编队的最后一级发射只需要75米/秒的δv。
2019-09-11 astro-ph.IM gr-qc
Mission design for LISA Pathfinder
在这里，我们描述了SMART-2/LISA探路者的任务设计。在低干扰环境和通信距离之间的最佳折衷是围绕日地系统L1的第一个共线拉格朗日点的自由插入李萨如轨道，距离地球1.5 × 10^6公里。为了将SMART-2/LISA探路者号从低地球轨道转移到将由小型发射器放置的低地球轨道，航天器进行了一些远地点升高机动，最终将其置于朝向L1的抛物线逃逸轨道。小型飞行任务设计的挑战得到了满足，满足了非常苛刻的技术演示要求，而不会对发射系统或地面部分造成过多的要求。
2004-11-15 gr-qc
Gravitational redshift test with the future ACES mission
我们调查的性能即将到来的ACES（原子钟包围在空间）的空间任务方面的主要科学目标，引力红移的测试。虽然该测试的最终性能是由2-3 ppm的星上时钟的系统不确定性决定的，但我们确定在存在彩色现实噪声、数据间隙和轨道确定不确定性的情况下是否以及在何种条件下可以达到该极限。为此，我们开发了几种方法和软件工具来模拟和分析ACES数据。利用这些数据，我们发现，只需进行几次每次10-20天的测量，就可以达到2-3 ppm的目标不确定度，对轨道确定的要求相对较低，约为300 m。
2019-07-29 astro-ph.IM gr-qc
Optical Clock and Drag-Free Requirements for a Shapiro Time-Delay Mission
在未来的一二十年里，通过对具有广泛质量比的双黑洞合并的引力波观测，有望在极端条件下对广义相对论进行极其精确的检验。此外，还计划在强等效原理和弱等效原理测试、基于国际空间站ACES计划的时钟测量、更精确的光弯曲测量以及其他新型测试方面进行重大改进。然而，无论这些测试是否都与广义相对论一致，似乎仍然需要对夏皮罗时间延迟进行更好的测量。一种建议的方法是在日地L1点附近的无阻力航天器中使用高质量的光学时钟，在两年周期的太阳轨道上使用较小的无阻力转发器航天器。在视线通过太阳前后的10或20天内，将在两个航天器之间进行激光相位旅行时间测量。将讨论对光学时钟稳定性和无阻力系统的要求。时间延迟的准确度似乎优于1亿分之一。
2011-06-10 gr-qc
Relativistic stellar aberration for the Space Interferometry Mission (2)
我们解决的问题，相对论恒星的空间干涉测量任务（SIM）的要求。由于这一问题对SIM的重要性，我们考虑了用单基线干涉仪对天空中相隔$θ$角的两颗恒星进行相对天体测量观测的问题。虽然关于恒星像差问题的明确答案只能在基于仪器精确天体测量模型的数值模拟中获得，但人们仍然可以通过解释SIM的主要预期属性来得出现实的结论。特别是，我们分析了如何预期的天体测量精度确定的位置，松弛和自行将约束精度的航天器导航。我们估计的天体测量误差引入的不完善的计量（跨瓷砖的利益的校准项的变化），在基线长度估计的误差，以及由于航天器的轨道运动。我们还估计了必要的数据采样率上的要求，以适用于板上，以纠正恒星像差。我们已经表明，最坏情况下的观测方案是实现垂直于瓷砖的方向上的航天器的运动。这种运动的情况下，将提供最严格的要求，对速度的大小的知识的准确性。我们讨论了未来的任务分析所获得的结果的影响。
2002-05-15 gr-qc
Result of the MICROSCOPE Weak Equivalence Principle test
MICROSCOPE空间任务通过比较铂钛合金检验质量的自由落体加速度，将弱等效原理检验精度提升至10⁻¹⁵量级，未发现等效原理破坏。
2022-09-30 astro-ph.IM gr-qc hep-th
A Mission to Test the Pioneer Anomaly
对先锋10/11号航天器的无线电跟踪数据的分析一致表明存在着一种异常的小多普勒频率漂移。这种漂移可以解释为a_P=（8.74 +/- 1.33）x 10^{-8} cm/s^2的恒定加速度指向太阳。虽然人们怀疑这种效应有系统的起源，但没有发现任何这种异常的性质在相对论宇宙学、天文和引力物理学以及航天器设计和高精度导航领域越来越引起人们的兴趣。我们提出了一个概念，指定的深空任务，以测试发现的异常。本报告概述并讨论了这一特派团的一些关键要求和设计考虑。
2002-10-18 gr-qc
Platform and environment requirements of a satellite quantum test of the Weak Equivalence Principle at the $10^{-17}$ level
本文针对STE-QUEST卫星弱等效原理量子检验任务，推导双衍射双组分原子干涉仪实现$10^{-17}$精度的平台约束，证实现有卫星技术积累可满足要求，支撑任务技术就绪性。
2023-10-06 astro-ph.IM cond-mat.quant-gas gr-qc
