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
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: 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
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
Relevance of the weak equivalence principle and experiments to test it: lessons from the past and improvements expected in space
弱等效原理（Weak Equivalence Principle，WEP）是物理学中的一个基本原理。自17世纪初伽利略以来，WEP测试吸引了一些最好的实验家。每一次的进步都是由一种新技术的引进所推动的：扭秤，通过地球旋转来调制信号，旋转的扭秤。对地球和太阳领域的各种材料进行的测试没有发现违反1 e13中约1部分的水平。一种不同的技术，月球激光测距（LLR），已经达到了相当的精度。今天，实验室测试和LLR都达到了一个点，即提高10倍是非常困难的。精确度的另一个飞跃的希望取决于在低地球轨道上进行的实验。显微镜卫星于2016年4月发射，目前正在收集数据，旨在测试地球领域的WEP到1 e-15，由于轨道上的驱动信号比地面上的扭秤强近500倍，因此可能会有100倍的改进。“Galileo Galilei”（GG）实验将空间的优势与旋转扭秤的优势相结合，旨在进行比显微镜精确100倍的WEP测试，达到1 e-17。在两个实验中的关键问题的定量比较，以及最近的实验测量相关的GG。在2017年3月的一次会议上报告的显微镜的早期结果显示，测量性能接近预期，并证实了旋转的关键作用，具有旋转整个航天器的优势（太空特有的）。显微镜的任何非零结果都将是一个重大发现，需要紧急确认; GG的精度提高了100倍，可以解决这个问题，并为物理学基础提供更深入的探索。
2017-10-01 gr-qc
General Relativity in Space and Sensitive Tests of the Equivalence Principle
介绍了空间飞行任务中的基本任务。这些任务是探索相对论性的引力场，自由降落的普遍性，引力红移的普遍性，局部洛伦兹不变性，爱因斯坦场方程的有效性等。在每种情况下，相应的任务利用空间条件，这是必不可少的实验精度的提高相比，在地面上的实验。提供了过去、当前和计划中项目的清单和简短说明。还讨论了空间任务中使用的关键技术。
2004-02-26 gr-qc
Quantum Tests of the Einstein Equivalence Principle with the STE-QUEST Space Mission
我们详细介绍了时空探测器和量子等效空间测试（STE-QUEST）空间任务的基础物理学科学目标。STE-QUEST与其他四个任务一起被欧洲航天局预先选定，用于计划在2024年左右发射的宇宙愿景M3。它使用原子钟、物质波干涉测量和长距离时间/频率链路对爱因斯坦等效原理的不同方面进行测试，在量子力学和引力之间的界面提供迷人的科学，这在地面实验中无法实现。我们特别强调在量子制度中进行等效原理测试的具体强烈兴趣，即使用量子原子波干涉。虽然由于预算和技术原因，STE-QUEST最终在2014年初没有被选中，但它的科学案例得到了很高的评价。我们的目标是向广大观众展示这一科学，以便未来的项目和提案能够利用STE-QUEST的经验。
2014-09-25 astro-ph.CO gr-qc quant-ph
STE-QUEST -- Space Time Explorer and QUantum Equivalence principle Space Test: The 2022 medium-class mission concept
本文介绍响应ESA 2022年科学计划征集的STE-QUEST中型卫星任务，搭载长时运行双组分原子干涉仪，用于高精度检验自由下落普遍性、探究超轻暗物质及审视量子力学基础。
2025-05-19 gr-qc hep-ex hep-ph
Precise Gravitational Tests via the SEE Mission: A Proposal for Space-Based Measurements
SEE任务的目标是通过进行能够确定各种替代理论是否与自然相容的敏感引力测试来支持统一理论的发展。引力是统一理论中一个关键的“缺失环节”。几乎所有的统一理论都在基本层面上包含了引力，因此引力的精确测量将对统一理论产生重要的约束。由于陆地环境中存在许多噪声源，因此不可能进行所需精度的地基重力测量。拟议的天基卫星能量交换飞行任务将测量几个重要参数，其精确度比目前或计划的测量能力高100至10，000倍。它将检验引力“常数”G随时间的变化以及是否违反了弱等效原理（WEP）和平方反比定律（ISL），并将确定G。众所周知，在WEP或ISL中发现故障以及可能确定随时间变化的G将对统一理论的几乎所有方面产生重大影响。
2010-05-20 gr-qc
STE-QUEST Mission and System Design - Overview after completion of Phase-A
STE-QUEST是一项基础科学飞行任务，考虑在欧洲航天局（欧空局）宇宙愿景方案范围内发射。它的主要科学目标是通过测量地球、月球和太阳的引力红移以及以前所未有的精度检验弱等效原理来探索爱因斯坦广义相对论的各个方面。为了进行测量，该系统配备了一个航天器，该航天器配备了两个复杂的仪器，一个原子钟和一个原子干涉仪，一个地面部分，包括若干地面终端，并与现有的最佳地面原子钟搭配使用，以及通过微波和光学链路在空间和地面之间进行时钟比较。基线轨道偏心率很高，入射太阳通量变化很大，除了在高空精确定轨所遇到的困难外，这对热力和动力子系统构成了挑战。任务评估和定义阶段（阶段A）最近已经完成，本文给出了一些系统级结果的简要概述。
2014-01-25 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Testing the Strong Equivalence Principle with spacecraft ranging towards the nearby Lagrangian points
广义相对论得到了大量实验证据的支持。然而，人们对通过正在进行的和未来的实验来精确地设定其极限很感兴趣。一个需要回答的问题是关于强等价原则的有效性。地面实验和月球激光测距提供了Nordtvedt参数$σ[η]=4.4\times 10^{-4}$的最佳上限。随着未来的行星任务BepiColombo，这一参数将进一步改善至少一个数量级。在本文中，我们设想了另一种可能的测试环境与航天器范围对附近的太阳-地球共线拉格朗日点。忽略行星质量和星历表的误差，我们预测$σ[η]=6.4\,(2.0)\times10^{-4}$（5年的积分时间），通过在一个现实的（乐观的）情况下，根据当前（未来）的范围能力和地球的星历表的知识，对$L_1$测距。组合测量$L_1$ + $L_2$给出了$4.8\,(1.7)\times10^{-4}$。在乐观的情况下，一年的单一测量就足以达到$\approx3\times10^{-4}$。所有数据都与月球激光测距相当，但比BepiColombo差。如果数据能够随着时间的推移和围绕两个拉格朗日点中任何一个飞行的卫星的数量而综合起来，性能就可以得到很大的改善。我们指出，与其他实验相比，一些系统学（其他行星的引力摄动或图形效应）更容易控制。我们并不主张用一个特定的任务来约束强等效原理，但我们确实建议分析围绕$L_1$ / $L_2$飞行的当前和未来航天器的测距数据（一个关…
2016-04-21 astro-ph.CO gr-qc
Signature of biased range in the non-dynamical Chern-Simons modified gravity and its measurements with satellite-satellite tracking missions: Theoretical studies
GRACE任务和计划中的GRACE后续任务在距离和距离变化率测量方面具有很高的精度，原则上可以用来对某些相对论引力理论进行强有力的约束。本文计算了星对星跟踪（SST）测量中非动力学Chern-Simons修正重力场的可观测距离。我们发现在非动力学的Chern-Simons引力中出现了一个特征的时间累积距离信号，这在标准的宇称保持度规引力理论中是没有的。对于这些SST任务的每次自由飞行，该Chern-Simons距离信号的幅度将达到$χcm$的几倍，这里$χ$是非动力学Chern-Simons理论的无量纲后牛顿参数。因此，利用GRACE卫星12年的观测数据，可以预期非动力学Chern-Simons引力的质量尺度$M_{CS}=\frac{4\hbar c}{χa}$可以被限制为大于$1.9\times10^{-9}eV$ .对于计划于2017年发射的GRACE FO任务，预计$M_{CS}\geq5\times10^{-7}eV$的约束要强得多。
2015-08-30 gr-qc hep-th
Testing the Strong Equivalence Principle with Mars Ranging Data
1996年将标志着若干新的火星空间飞行任务的开始，我们期望从这些飞行任务中获得一套丰富的数据，包括航天器无线电跟踪数据。预期这些事件，我们已经分析了测试违反强等效原理（SEP）与地球火星测距的可行性。使用解析和数值方法，我们已经证明，测距数据可以提供一个有用的估计SEP参数$η$。引用两个估计的预测精度，一个基于传统的协方差分析，和其他基于“修改的最坏情况”的分析，假设系统误差占主导地位的实验。如果未来的火星任务提供$σ$米精度的测距测量，经过十年的测距，参数$η$的预期精度将达到$σ_η\approx (1-12)\times 10^{-4}σ$的量级。此外，这些测距测量将提供一个显着改进的确定木星系统的质量，独立的{ \small SEP}偏振效应的测试。
1995-10-31 astro-ph 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
Quantum Test of the Equivalence Principle and Space-Time aboard the International Space Station
我们描述了量子测试的等效原理和空间时间（QTEST），一个概念的原子干涉任务在国际空间站（ISS）。该飞行任务的主要科学目标是以优于10 $^{-15}$的精度用两种铷同位素气体测试爱因斯坦的等效原理。与经典测试不同的是，QTEST实验中使用了量子波包及其预期的大空间分离。这种双物种原子干涉仪实验也将对依赖于时间的等效原理违反敏感，这将是超轻暗物质粒子的特征。此外，QTEST将能够进行光子反冲测量，精度优于10 $^{-11}$。这比地面实验提高了100倍，使粒子物理学标准模型的准确测试成为可能，并有助于在拟议的新的国际单位制（SI）中进行质量测量，精度大大提高。QTEST预计的高测量精度来自国际空间站上的微重力环境，在控制良好的环境中提供延长的自由降落时间。通过使用对称干涉仪配置抑制系统误差和抑制共模误差推动了QTEST设计。它使用布拉格干涉测量法，在“魔术”波长下使用单个激光束，其中两种同位素具有相同的极化率，用于减轻对振动和激光噪声的敏感性，用于校正云初始条件和保持对比度的成像检测，用于降低对磁场梯度的敏感性的原子超精细状态的调制，用于同时时间反演测量和冗余的两个源区域，以及使用旋转平台调节重力矢量，以将另外困难的系统学降低到10 $^{-16}$以下。
2015-10-27 gr-qc physics.atom-ph physics.space-ph
