LISA and LISA PathFinder, the endeavour to detect low frequency GWs
本文介绍了LISA及其技术演示器LISA Pathplant。我们首先描述的概念问题，需要克服，以建立一个工作的干涉探测器的低频引力波（GW），然后总结的解决方案，他们目前设想的LISA任务团队。这将表明，其中一些解决方案需要新的技术能力，这些能力仍在开发中，在全面实施之前需要进行适当的测试。LISA Pathplane（LPF）是此类技术的测试平台。论文的最后一部分将讨论路径背后的想法和概念以及它们对LISA的影响。
2006-12-23 gr-qc
Thermo-elastic induced phase noise in the LISA Pathfinder spacecraft
在LISA Pathfinder的在轨热测试活动期间，数据和诊断子系统在集成到卫星中之后首次在接近空间的条件下进行了测试。结果表明，温度测量系统符合要求，得到了$1-30\;{\rm mHz}$频段内$10^{-4}\,{\rm K}\, {\rm Hz}^{-1/2}$周围的温度噪声。此外，控制热信号注入到将LISA技术包（LTP）核心组件锚定到卫星结构的悬挂支柱，允许首次通过实验估计LTP干涉仪（卫星的主要仪器）的热弹性变形的相位噪声贡献。发现这样的贡献在$10^{-12}\,{\rm m}\, {\rm Hz}^{-1/2}$处，比测量带宽（$1\,{\rm mHz}$）下端处的测量噪声低30倍。
2014-12-12 astro-ph.IM gr-qc
The LTP Experiment on the LISA Pathfinder Mission
我们报告的LISA技术包（LTP）的实验，将在2008年欧洲航天局的LISA探路者飞行任务的发展。我们首先总结了实验的科学原理，旨在表明所谓的横向无痕坐标系在LISA所需的精度范围内的操作可行性。然后，我们简要地展示了仪器的基本功能，我们最后讨论了它的投影灵敏度和外推的结果LISA。
2005-04-14 gr-qc
Figures of merit for a stochastic gravitational-wave background measurement by LISA: implications of LISA Pathfinder noise correlations
激光干涉空间天线（LISA）的一个重要目标是观测随机引力波背景（SGWB）。对LISA中可能的相关噪声的研究与建立未来测量的限制有关。为了在比较现实的条件下测试噪声调查方法，我们使用LISA Pathfinder（LPF）的数据。我们计算了两个测试质量的LPF差分加速度与磁场，温度和微牛顿冷气推力器活动的航天器之间的相干性。我们将我们观察到的相关性应用于LISA，并估计这种相关噪声的存在将如何影响其对SGWB的搜索。在品质因数的背景下，我们估计噪声对LISA SGWB搜索的影响。
2022-09-29 gr-qc
Parameter estimation in LISA Pathfinder operational exercises
LISA探路者数据分析团队在过去几年中一直在开发在飞行操作期间运行任务所需的基础设施和方法。这些数据被收集在LTPDA工具箱中，LTPDA工具箱是一个面向对象的MATLAB工具箱，允许对任务进行所有数据分析，同时存储对数据进行的所有操作的历史，从而便于分析的可追溯性和再现性。工具箱中的参数估计方法最近已被应用于OSE（离线模拟环境）生成的数据集，OSE是一个详细的LISA探路者非线性模拟器，将在飞行任务操作期间作为参考模拟器。这些操作演习的目的是在软件和时间限制方面在现实环境中测试在轨实验。这些模拟，即所谓的操作练习，是将这些实验转化为航天器远程命令序列之前的最后一个验证步骤，因此产生非常相关的数据集来测试我们的数据分析方法。在这方面的贡献，我们报告的结果与三种不同的参数估计方法在这些业务演习之一。
2012-01-04 astro-ph.IM gr-qc
Measuring random force noise for LISA aboard the LISA Pathfinder mission
LTP（LISA测试飞行包）将搭载欧空局/美国宇航局LISA探路者任务飞行，旨在演示LISA测试质量的无阻力控制，在1-30 mHz的加速噪声低于30 fm/s^2/Hz^1/2。本文介绍了随机的LTP测量，位置无关的力量作用在测试质量。除了为所有随机力噪声源设定总体上限外，LTP还将测量几种关键干扰转化为加速度噪声的情况，从而对LISA的无阻力性能进行更详细的表征。
2004-02-04 gr-qc
Detection and characterization of instrumental transients in LISA Pathfinder and their projection to LISA
NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；IRFU, CEA, Université Paris-Saclay（法国原子能与替代能源研究所，法国原子能委员会，巴黎萨克雷大学）；ARTEMIS, Observatoire de la Côte d’Azur（阿尔特米斯计划，蔚蓝海岸天文台）；SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, LNE（时间-频率和光学生物物理实验室，巴黎天文台，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，法国计量院）；Department of Physics, University of Trento（特伦托大学物理系）；Department of Physics, Aristotle University of Thessaloniki（塞萨洛尼基亚里士多德大学物理系）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）
本研究首次全面统计LISA Pathfinder的仪器瞬变毛刺信号，基于唯象形状子模型分析其物理特征，构建合成毛刺生成器并初步评估其对未来LISA引力波数据分析的影响。
2021-12-14 astro-ph.IM gr-qc
Free-flight experiments in LISA Pathfinder
LISA探路者飞行任务将演示无阻力测试质量技术，以用作未来天基引力波探测器的惯性基准。为了实现这一点，探路者航天器将围绕一个试验质量进行无阻力飞行，同时测量这个主要试验质量相对于第二个参考试验质量的加速度。由于参考试验质量包含在同一航天器内，因此必须对其施加力以保持其相对于航天器的位置和姿态。这些力是LISA Pathfinder系统中加速噪声的潜在来源，而在完整的LISA配置中不存在。虽然LISA探路者号的设计是为了在这种噪声存在的情况下满足其主要任务要求，但最近的估计表明，在轨性能可能受到这种“悬浮噪声”的限制。漂移模式或自由飞行实验提供了一个机会，以减轻这种噪声源，并进一步表征潜在的干扰，是感兴趣的设计师的LISA类仪器。本文提供了这些实验和正在开发的方法来分析所得数据的高级概述。
2014-12-29 astro-ph.IM gr-qc
Design of the magnetic diagnostics unit onboard LISA Pathfinder
LISA（Laser Interferometer Space Antenna）是欧空局和美国宇航局（NASA）的一项联合任务，旨在成为第一个星载引力波观测站。由于LISA将面临的高度复杂性和技术挑战，欧空局决定发射一个技术演示器，LISA探路者。LISA Pathfinder的有效载荷是所谓的LISA技术包，将是迄今为止飞行的最高灵敏度的测地探测器。LISA技术包设计用于测量标称自由降落（测地线运动）中两个试验质量之间的相对加速度。影响有效载荷的磁、热和辐射干扰由诊断子系统监测和处理。诊断子系统由几个模块组成，其中之一是磁诊断单元。其主要功能是评估由于磁效应引起的试验质量之间的差分加速度噪声。为此，它必须确定测试质量的磁特性，即它们的剩磁和磁化率。在本文中，我们将展示如何实现所需的精度。
2012-02-13 gr-qc
The diagnostics subsystem on board LISA PathFinder and LISA
LTP硬件和软件的数据和诊断子系统目前基本上已准备就绪。在本演示文稿中，我们打算描述这个子系统的科学和技术方面，其中包括热诊断，磁诊断和辐射监测，以及它们在LTP的其余部分的集成前景。我们还概述了最近朝着LISA所需的更苛刻的诊断要求开放的几条进展路线。
2008-10-08 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
Spacetime Metrology with LISA Pathfinder
LISA是欧空局-美国宇航局提出的0.1 mHz - 0.1 Hz波段的引力波探测器。LISA Pathfinder是单个LISA臂的缩小版。该臂-名为Doppler link -可以被视为差分加速度计，测量测试质量之间的相对加速度。LISA探路者-LISA仪器的飞行测试-目前正处于最后实施阶段，计划于2014年发射。它将对将测试质量置于测地线运动中的能力设置严格的限制，使其在所需的差分加速度3 \times 10^{-14} m s^{-2} Hz^{-1/2}范围内，并跟踪其相对运动，使其在所需的差分位移测量噪声9 \times 10^{-1/2} m Hz^{-1/2}范围内，大约1 mHz。鉴于科学目标，它将首次以引力波探测所需的如此高的精度开展时空计量学，其中两个自由下落的试验质量之间的多普勒链路测量曲率。本文提出了一种新的计算引力波多普勒响应的方法。结果表明，四维矢量的平行输运记录了引力波信号的历史。在实践中，多普勒链路在LISA中使用4个身体，在LISA Pathfinder中使用3个身体。为了补偿噪声源，在测量期间实施控制逻辑。LISA Pathfinder的闭环动力学可以被压缩成作用于运动坐标的算子，处理耦合以及串扰。系统识别的范围是仪器的最佳校准。本文介绍了一些数据分析程序应用于合成实验，并显示了相关的系统识别的成功LISA探路者在演示时空计量学的原则，为未来所…
2012-04-19 gr-qc
Discriminating scalar ultralight dark matter from quasi-monochromatic gravitational waves in LISA
Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), The Barcelona Institute of Science and Technology（高等能源物理研究所，巴塞罗那科学与技术研究院）；Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université, Université de Lille（巴黎天文台，巴黎文理研究大学，索邦大学，里尔大学）
本文研究了如何利用LISA探测标量超轻暗物质并区分其信号与引力波信号，采用贝叶斯方法分析了LISA轨道和信号特征，证实LISA能够有效区分两种信号。
2026-05-21 gr-qc
NanoNewton electrostatic force actuators for femtoNewton-sensitive measurements: system performance test in the LISA Pathfinder mission
本文介绍了LISA引力波天文台基于音频电压载波信号的TM静电力执行系统设计，及其在LISA Pathfinder任务中的在轨性能测试，证明该系统满足LISA观测要求，执行力噪声为相关但非主导噪声源。
2023-12-30 astro-ph.IM gr-qc
Bayesian Inference for LISA Pathfinder using Markov Chain Monte Carlo Methods
提出了一种基于贝叶斯框架的参数估计方法，并将马尔可夫链蒙特卡罗算法应用于天基引力波探测器动力学参数的标定。该方法是基于Metropolis-Hastings算法和两阶段退火处理，以确保在链的开始处的参数空间的有效探索。我们比较两个版本的算法与应用程序的LISA探路者数据分析问题。这两种算法共享相同的加热策略，但其中一种使用来自多元高斯分布的建议在坐标方向上移动，而另一种使用某些参数的自然对数并提出Fisher信息矩阵的特征空间中的跳跃。该算法提出的Fisher信息矩阵的特征空间中的跳跃表现出更高的接受率和更好的收敛到平衡的参数分布中的应用LISA探路者数据。对于本实验，我们返回的参数值都在注入值的$\sim1σ$范围内。当我们分析我们的参数估计的准确性方面的影响，他们对每单位的力测试质量噪声估计，我们发现，所引起的错误是三个数量级小于预期的实验不确定性的功率谱密度。
2012-11-30 astro-ph.IM gr-qc physics.data-an
Identifying and Addressing Nonstationary LISA Noise
我们预计激光干涉仪空间天线（LISA）的噪声将在整个任务期间表现出非平稳性，这是由于天线重定向、航天器运动的循环平稳性以及LISA Pathfinder所强调的故障等因素造成的。在本文中，我们使用替代数据的方法来测试的平稳性的时间序列，不依赖于高斯假设。主要目标是在未来的LISA任务中识别噪声非平稳性。这对于确定LISA噪声功率谱密度（PSD）需要多久更新一次以进行参数估计例程是必要的。我们进行了全面的模拟研究，说明了各种版本的假设检验的功率/大小，然后将这些方法应用于LISA Pathfinder的差分加速度测量。我们还开发了一个数据分析策略，用于解决LISA PSD中的非平稳性，在那里我们随着时间的推移更新噪声PSD，同时进行参数估计，重点放在计划的数据差距。
2020-09-18 astro-ph.IM gr-qc
In-flight Diagnostics in LISA Pathfinder
LISA路径（LPF）将在太空中测试LISA的关键技术。然而，它的灵敏度目标是，有充分的理由，一个数量级低于那些LISA将必须满足，无论是在无阻力和光学计量要求，并在观察频带。虽然LPF的预期成功本身当然是向LISA迈出的重要一步，但人们可能不会忘记，仍然需要在性能上进一步提高一个数量级。最后一次飞跃的线索是从适当地解开各种噪声源中得出的，这些噪声源是在Pathouts飞行任务期间在飞行中测量的总噪声的一部分。本文介绍的原则，工作原理和要求的关键工具之一，以服务于上述目标：诊断子系统。这包括温度、磁场和粒子计数器传感器的集合，以及受控热和磁扰动的发生器。至少在调试阶段期间，后者将用于识别诊断传感器读数与相关联的实际噪声贡献之间的馈通系数。还将给出诊断子系统当前开发状态的简要进度报告。
2006-12-23 gr-qc
The end-to-end testbed of the Optical Metrology System on-board LISA Pathfinder
LISA Pathfinder是激光干涉仪空间天线（LISA）的技术演示任务。LISA Pathfinder上的主要实验是所谓的LISA技术包（LTP），其目的是测量两个自由落体测试质量之间的加速度差，精度为3 × 10 ^（-14）ms^（-2）/sqrt[Hz]，范围为1 mHz至30 mHz。该测量由LISA Pathfinder机载光学计量系统（OMS）以干涉方式进行。在本文中，我们提出了整个OMS的实验性端到端测试平台的发展。它包括干涉仪及其子单元、干涉仪后端（相位计）和相位计输出数据的处理。此外，3轴压电致动镜被用来代替自由下落的试验质量，用于表征系统的动态行为以及控制试验质量和卫星的无阻力和姿态控制系统（DFACS）的某些部分。端到端试验台包括LTP的所有部件，这些部件可以在地面上进行合理的试验，而无需自由落体试验质量。目前，它主要由试验板组件组成。其中一些已经被LTP实验的工程模型所取代。在接下来的步骤中，更多的工程模型和飞行模型也将被插入到这个测试平台中，并针对具有良好特征的试验板组件进行测试。该试验台为单元试验提供了重要参考，也可用于任务期间的星上试验验证。
2012-03-21 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Bayesian parameter estimation in the second LISA Pathfinder Mock Data Challenge
LISA探路者任务的一个主要科学成果是提供一个可以扩展到未来引力波观测站LISA的噪声模型。因此，任务的成功取决于对仪器的深入了解，特别是正确确定基本噪声模型参数的能力。在这项工作中，我们估计的LISA技术包（LTP）仪器的简化模型的参数。我们通过一个闭环模型来描述LTP，该模型用于生成数据，包括注入的信号和噪声。然后，参数估计使用贝叶斯框架，它表明，这种方法达到了最佳的可达到的误差，Cramer-Rao界。我们还解决了任务的一个重要问题：如何有效地结合不同实验的结果，以获得一组独特的参数描述的仪器。
2010-08-31 gr-qc physics.data-an
Galactic binary science with the new LISA design
在LISA探路者飞行任务取得巨大成功的基础上，在苏黎世举行的$11^{\rm th}$国际LISA专题讨论会上提出了新的LISA飞行任务设计纲要。修改后的设计要求三个相同的航天器形成一个等边三角形，边长为250万公里，每边有两个激光链路，提供全偏振灵敏度。由于减少干扰系统的Pathfinder性能已得到证实，而且激光计量学的设计经过充分研究，预计新飞行任务的灵敏度将非常接近LISA的原始设计。这意味着0.5 mHz到3 mHz之间的中频性能将受到银河系中致密双星的未分辨信号的限制。在这里，我们使用新的LISA设计来计算银河系混淆噪声，可分辨的星系双星的数量，以及这些系统的关键参数可以测量的精度的更新估计。
2017-10-05 astro-ph.IM gr-qc
Inflight magnetic characterization of the test masses onboard LISA Pathfinder
LISA探路者是欧洲航天局在其LISA任务框架内的一个科学和技术演示器，后者的目标是成为第一个星载引力波观测站。LISA Pathfinder的有效载荷是所谓的LISA技术包，旨在测量标称自由降落中两个测试质量之间的相对加速度。诊断子系统由几个模块组成，其中之一是磁诊断单元。其主要功能是评估由于磁效应引起的试验质量之间的差分加速度噪声。该子系统由两个机载线圈组成，用于在试验质量位置产生受控磁场。这些磁场与磁阻磁矩和磁化率耦合，并在测试质量上产生力和扭矩。这些又产生由机载干涉仪感测的测试质量的运动偏移。我们证明，充分处理这些偏移，可以使用经典的多参数估计技术估计的测试群众的磁特性。此外，我们表明，需要特殊的处理程序，以尽量减少多通道串扰的影响。最后，我们证明了我们的估计的质量是频率依赖的。我们还建议，使用多频实验的整体估计，可以得到这样的方式，磁实验的结果更可靠。最后，利用我们的程序，我们计算的贡献的磁噪声的总检验质量加速度噪声。
2012-02-13 gr-qc
Bayesian Model Selection for LISA Pathfinder
LISA Pathfinder（LPF）任务的主要目标是充分表征加速度噪声模型，并测试未来类似于eLISA概念的天基引力波观测站的关键技术。数据分析团队开发了LISA技术包（LTP）实验的复杂三维模型。这些模型用于模拟，但更重要的是，它们将用于飞行操作期间的参数估计目的。数据分析团队的任务之一是识别对仪器噪声特性有显著影响的物理效应。解决这个问题的一种方法是恢复拟合数据的LTP模型的基本参数。因此，我们希望定义一个最简单的模型，有效地解释观察结果。要做到这一点，采用贝叶斯框架，必须估计两个竞争模型之间的所谓贝叶斯因子。在我们的分析中，我们使用三种主要的不同方法来估计它：可逆跳马尔可夫链蒙特卡罗方法，施瓦茨准则和拉普拉斯近似。他们被施加到模拟LPF实验中，最可能的LTP模型，解释的意见是恢复。本文提出的同一类型的分析预计将在飞行操作中遵循。此外，上述方法的输出与实验设计的相关性进行了探索。
2014-06-05 astro-ph.IM gr-qc physics.data-an
Spurious Solar-Wind Effects on Acceleration Noise in LISA Pathfinder
本文通过比较 LISA Pathfinder 与 ACE 卫星 114 天太阳风数据，利用相干性分析证明太阳风对加速度噪声影响极小，可排除为噪声源。
2024-07-31 astro-ph.IM gr-qc physics.space-ph
Precision measurements of the magnetic parameters of LISA Pathfinder test masses
针对未来空间引力波天文台需求，通过LISA Pathfinder运行期间的磁注入实验，高精度测量了测试质量块的剩余磁矩、背景磁场x分量及梯度、低频磁化率，结果与地面估计一致。
2024-11-05 astro-ph.IM gr-qc
Theoretical foundations for on-ground tests of LISA PathFinder thermal diagnostics
本文报告的方法和结果的理论分析，以设计一个绝缘体，必须提供一个热安静的环境，以测试地面精密的温度传感器和相关的电子产品。这些将作为LISA试飞包（LTP）热诊断子系统的一部分，搭载在欧空局的LISA Pathplane（LPF）任务上。我们评估的热传递函数（在频域中）的良好的导热性的中心体周围的一层非常差的传导基板。这适用于评估满足金属芯温度稳定性要求所需的材料和尺寸，其中将植入传感器进行测试。该分析扩展到评估通过连接导线的热泄漏所造成的损失，将传感器与绝缘体外部的盒子中的电子器件连接起来。结果表明，尽管非常苛刻的稳定性条件，一个球体的外径为1米的顺序是足够的。
2006-01-23 astro-ph gr-qc
Temperature stability in the sub-milliHertz band with LISA Pathfinder
LISA探路者（LPF）是一项技术先驱任务，旨在测试空间引力波探测所需的关键技术。在天基引力波观测站将运行的低频区域（毫赫兹及以下），温度波动起着至关重要的作用，因为它们可以以多种方式耦合到干涉测量和测试质量的自由落体精度中。专用温度测量子系统是LPF板上诊断单元的一部分，其噪声水平为10 $\,μ$ K $\,$ Hz $^{-1/2}$至$1\,$ mHz。在本文中，我们报告的温度测量在整个任务操作，表征热环境，估计不同位置之间的传递函数和报告温度稳定性（及其时间演变）的频率低至10 $\,μ$ Hz，其中通常值周围的$1\,$ K $\,$ Hz $^{-1/2}$进行了测量。
2019-05-22 astro-ph.IM gr-qc
Discrete derivative estimation in LISA Pathfinder data reduction
LISA技术包（LTP）实验的数据分析将搭载LISA探路者任务飞行，需要从干涉仪位置数据出发，求解系统动力学，以计算作用在测试质量（TM）上的力。这个问题的解决方案的需要，促使我们实现一个离散的时域导数估计适合LTP实验的要求。我们首先报告的两种方法的定义的数学程序;第一个基于抛物线拟合近似和第二个基于泰勒级数展开。这两种方法，然后推广，并纳入一个更一般的类五点离散导数估计。用于二阶导数的相同过程可以应用于一阶导数的估计和数据平滑器的估计，允许为两者定义一类简单的五点估计。用模拟的噪声数据分析了五点二阶导数估计器的三种具体实现的性能。分析指出，引入大量高频噪声的估计器可确定低频噪声水平估计中的系统误差。
2009-03-02 gr-qc physics.data-an
The LTP Experiment on LISA Pathfinder: Operational Definition of TT Gauge in Space
欧洲航天局（欧空局）和美国国家航空航天局（美国航天局）正在计划激光干涉仪空间天线（LISA）任务，以探测GW。在类似于LISA的空间环境中，需要对自由落体进行准确的测试并了解噪声，这被认为是该项目的一个强制性的前期阶段。因此，欧空局设计了LISA探路者飞行任务，以飞行LISA技术包，目的是通过测量两个测试体之间的剩余加速度来测试自由落体，我们称之为“无阻力”的动态方案。作为频率函数的剩余加速度的频谱图将传达关于局部噪声水平的信息，从而产生LISA本身的环境工作条件的图像。本论文包含了大量关于静态重力补偿问题、参考正交化理论的发展以及LTP实验中的串扰问题的材料。本文从广义相对论和微分几何的观点出发，对激光探测过程进行了构造，并指出了作者和同事在其他几篇论文中所作选择的物理动机。从这个角度来看，本文的目的是作为一个总结工具的LTP合作。在论文的第二部分中，我们总结了我们的贡献，测量G板载LTP和审查的任务可能体现的基础物理可能的测试。论文的大部分内容现在是LTP操作总体计划的一部分，描述了LISA探路者上的真实科学和操作。本论文于2006年9月26日在意大利科莫大学答辩。
2011-10-13 gr-qc physics.data-an physics.ins-det
Fundamental Performance Determining Factors of the Ultrahigh-Precision Space-Borne Optical Metrology System for the LISA Pathfinder mission
LISA探路者太空任务的核心是采用光学计量系统（OMS），在[1 mHz，30 mHz]的测量波段内分别测量两个自由浮动的测试质量之间的距离和姿态，精度分别达到皮米和纳米棒。OMS基于一个超稳定的光学平台，该平台具有4个外差干涉仪，从中读出干涉信号并由数字相位计处理。激光频率噪声、功率波动和光程长度变化通过专用控制回路被抑制到非临界水平，使得测量性能接近相位计施加的传感器极限。系统设计使得影响所有四个干涉仪的读出相位的低频共模噪声通常通过从其它干涉仪信号中减去参考相位而被很好地抑制。然而，高频噪声直接影响测量性能，其共模抑制强烈依赖于相对信号相位。我们讨论了如何从最近的测试活动的数据指向高频相位噪声作为一个可能的性能限制因素，解释了一些重要的性能特征。
2013-07-30 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Magnetic-induced force noise in LISA Pathfinder free-falling test masses
针对LISA探路者任务，首次完整估算了磁致力噪声对自由下落测试质量相对加速度的贡献，给出特定频段噪声值并讨论极端空间天气对其的影响，为空间引力波探测技术提供支撑。
2024-11-05 astro-ph.IM gr-qc
On-ground tests of LISA PathFinder thermal diagnostics system
LTP（LISA技术包）中的热条件需要非常稳定，在这种环境中，各种诊断目标也需要精确的温度测量。IEEC正在为LTP开发一个灵敏的温度测量系统，其中包括一套热敏电阻和相关的电子设备。在本文中，我们将讨论适用于温度传感系统的派生要求，并解决如何在实验室中创建一个热安静的环境，适合进行有意义的地面测试系统的问题。该概念是一个两层球体，中央铝芯用于植入传感器，周围是一层聚氨酯。我们构建了绝缘子传递函数，它与实验室环境温度的核心温度，并评估通过连接导线的热泄漏所造成的损失。分析结果表明，尽管稳定性条件非常苛刻，但外径为1米的球体就足够了。我们提供了实验证据证实模型的预测。
2006-03-26 gr-qc
Theory and modeling of the magnetic field measurement in LISA PathFinder
LISA路径（LPF）航天器上LISA技术包（LTP）的磁诊断子系统包括一套四个三轴磁通门磁力计，用于高精度测量各自位置的磁场。然而，它们的读数不提供测试质量位置处的磁场的直接测量，因此必须设计和实施插值方法以获得这些位置处的磁场值。然而，这样的插值过程面临着严重的困难。实际上，内插区域的大小对于线性内插来说是过度的，而另一方面，磁力计通道的数量不提供足够的数据来超出线性近似。我们描述了一种替代方法来解决这个问题，通过神经网络算法。这种方法的关键点是神经网络从代表磁场行为的合适训练数据中学习的能力。尽管相对较大的距离之间的测试质量和磁力计，和数据通道的数量不足，我们发现，我们的人工神经网络算法是能够减少的字段和梯度的估计误差下降到10%以下的水平，一个相当令人满意的结果。通过利用在发射飞行任务之前在所有相关卫星位置和在实际运行条件下进行地面测量所获得的数据，可以最好地提高学习效率。可靠的信息，似乎是必不可少的一个有意义的评估磁噪声在LTP。
2009-08-31 gr-qc
Riding the dark matter wave: Novel limits on general dark photons from LISA Pathfinder
本研究提出利用 LISA Pathfinder 辅助通道数据搜索暗光子暗物质，通过检验质量与航天器间的差分运动测量，在特定质量范围内提供了世界领先的参数限制。
2023-11-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Thermal diagnostic of the Optical Window on board LISA Pathfinder
LTP重力参考传感器内部的真空条件必须符合相当苛刻的要求。光学窗口（OW）是一个密封真空外壳的接口，同时允许激光束通过，以便对测试质量进行干涉测量。OW是一个夹在钛法兰中的平面平行板，对热和应力波动相当敏感。它对于所需的精确测量至关重要，因此它的温度将在飞行中受到仔细监控。本文报道了一系列OW表征实验室运行的结果，旨在研究其对选定热信号的响应，以及它们与数值模型的拟合，以及后者的意义。我们发现，一个单极ARMA传递函数提供了一个一致的近似OW响应热激励，并推导出与物理过程发生在OW的关系。我们还展示了如何通过该传递函数来实现系统降噪。
2007-09-04 gr-qc
Identifying Monochromatic Signals in LISA and Taiji via Spectral Split: Gravitational Waves versus Ultralight Dark Matter
University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（中国科学院大学）；Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（杭州高等研究院，中国科学院大学）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；International Center for Theoretical Physics Asia-Pacific（亚太理论物理中心）；School of Astronomy and Space Science, UCAS（天文学与空间科学学院，中国科学院大学）
针对超轻暗物质与银河系致密双星引力波的单色信号区分难题，研究利用探测器日心运动引发的年度调制频谱分裂特征，提出可明确识别信号性质并高精度推断参数的方法，拓宽了LISA和太极等空间引力波探测器的科学目标。
2025-08-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
State space modelling and data analysis exercises in LISA Pathfinder
LISA探路者是欧洲航天局计划的一项任务，旨在测试将允许在太空中探测引力波的关键技术。机载仪器LISA技术包将进行详尽的校准和噪声表征活动，以充分描述噪声模型。数据分析在飞行任务中起着重要作用，因此，数据分析小组一直在开发一个工具箱，其中包括作业期间所需的所有功能。在这方面的贡献，我们给出了一个概述，最近的活动，重点是改进的建模工具和数据分析活动进行了真实和模拟数据。
2013-06-21 astro-ph.IM gr-qc physics.data-an
Data Analysis Methods for Testing Alternative Theories of Gravity with LISA Pathfinder
本文提出了一种适用于LISA探路者（LPF）潜在鞍点飞越任务扩展的数据分析方法。在其灵敏度的峰值时，LPF将以$1\,\text{mHz}$附近的频率以几个$\text{fm/s}^2/\sqrt{\text{Hz}}$的精度对我们太阳系中的引力场进行采样。这样一个精确的加速度计将使我们能够测试替代理论的重力预测偏离牛顿动力学在非相对论性的限制。作为一个例子，我们考虑的情况下，张量矢量标量理论的重力和计算，在非相对论性的限制，该理论，异常潮汐应力产生的LPF的信号。我们研究了这些信号的参数空间，并将其分为两个子组，一个与任务参数相关，另一个与引力模型确定的理论参数相关。我们研究了任务参数如何影响信号的可探测性，得出结论，这些参数可以确定足够的精度从航天器的导航和固定在我们的分析。此外，我们应用贝叶斯参数估计，并确定重力理论参数可以推断的准确性。我们评估的参数空间的一部分，可以消除在没有信号检测的情况下，估计作为参数空间位置的函数的信号的可检测性。我们还进行了第一次调查的非高斯“噪声毛刺”，可能会发生在数据中。我们开发的分析是通用的，可以应用到任何重力理论预测的异常潮汐应力引起的信号。
2014-08-21 gr-qc
Space-borne Gravitational Wave Observatories
本文介绍了星载引力波观测站的进展及其可预见的科学潜力。特别是，该文件描述了名为eLISA的LISA类任务的状况，这是欧空局为其大型任务L3采用的引力宇宙主题的参考任务，以及定于2015年发射的其前身LISA探路者的状况。
2014-04-11 astro-ph.IM gr-qc
The case for testing MOND using LISA Pathfinder
我们量化的潜力，测试修改后的牛顿动力学（MOND）与LISA探路者（LPF），应鞍点飞越被纳入任务。我们预测的预期信噪比（SNR）的各种仪器噪声模型和轨迹过去的鞍。对于标准理论参数，即使对仪器性能和鞍形方法进行适度假设，信噪比也达到中高两位数。明显的问题，如系统所产生的LPF自引力，或牛顿的背景下，进行检查，并证明不是一个问题。我们还研究了一个负的观测结果后，确定理论的自由函数的影响。我们证明，如果牛顿的引力常量被约束不被重新归一化超过百分之几，只有人为的MONDian自由函数将生存的负结果。也有例外，例如自由函数在牛顿极限下不渐近于1，而是发散或渐近于零（取决于它们的母体相对论MONDian理论）。最后，我们扫描了所有提出的相对论MONDian理论的结构，并根据它们的非相对论极限对它们进行分类，发现三种广泛的情况（根据自由函数的形式有一些子情况）。似乎只有爱因斯坦-乙醚公式，以及其他理论中自由函数不渐近于1的子情况，才能在不诉诸“设计者”自由函数的情况下幸存下来。
2012-02-06 astro-ph.CO gr-qc
Distinguishing Monochromatic Signals in LISA and Taiji: Ultralight Dark Matter versus Gravitational Waves
School of Fundamental Physics and Mathematical Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（杭州高等研究院基础物理与数学学院）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（中国科学院大学）；International Center for Theoretical Physics Asia-Pacific（亚太理论物理中心）
本文提出利用干涉仪的零响应通道区分超轻暗物质与引力波产生的单色信号，通过分析不同频率下的响应特性，为未来空间引力波探测任务提供新的诊断工具。
2026-07-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Quantitative Analysis of LISA Pathfinder Test Mass Noise
在本文中，我们讨论了两个主要问题与分析的数据从LISA探路者（LPF）：i）过量噪声检测和ii）噪声参数识别。该任务的重点是可用信号频谱的低频区域（[0.1; 10] mHz）。在这样的区域中，信号由作用在测试质量上的力噪声支配。噪声分析预计将处理有限数量的非高斯数据，因为频谱统计将远离高斯，并且最低可用频率受到数据长度的限制。在本文中，我们分析了频谱数据的期望统计量的细节，并开发了两个合适的过量噪声估计。一种是基于积分谱的统计特性，另一种是基于Kolmogorov-Smirnov检验。在理论上讨论了独立数据下估计量的灵敏度，并在LPF合成数据上对算法进行了检验。现实的LPF数据的测试允许不同的噪声过量估计的效率上的光谱数据相关性的效果被突出。它还揭示了Kolmogorov-Smirnov方法的多功能性，该方法可以适用于从用于反演检验统计量的标准方程的修改版本提供相关数据的合理结果。与过量噪声检测密切相关的非高斯数据中的噪声参数识别问题从两个方面进行了探讨。一个过程是基于极大似然估计和另一个是基于Kolmogorov-Smirnov拟合优度估计。这两种方法都提供了无偏和准确的噪声参数估计结果，并表现出优越的性能，相对于标准的加权最小二乘和Huber的范数。
2011-11-14 gr-qc physics.data-an
Gravitational wave searches for ultralight bosons with LIGO and LISA
超轻玻色子可以在旋转的黑洞中引发超辐射不稳定性，利用它们的旋转能量来触发玻色子凝聚体的生长。这些玻色子云可能的观测印记包括：（i）直接探测到凝聚体发射的近单色（可分辨或随机）引力波，以及（ii）在天体物理学黑洞的自旋与质量平面（有时也称为“Regge平面”）的大自旋处形成“洞”的统计学显著证据。在这项工作中，我们专注于LISA和LIGO检测或约束标量范围内的质量$m_s\in [10^{-19},\,10^{-15}]$ eV和$m_s\in [10^{-14},\,10^{-11}]$ eV，分别的前景。使用天体物理模型的黑洞人口校准的观测和黑洞微扰理论计算的引力辐射，我们发现，在乐观的情况下，LIGO可以观察到一个随机背景的引力辐射的范围$m_s\in [2\times 10^{-13}, 10^{-12}]$ eV，并高达$10^4$可分辨的事件在$4$年的搜索，如果$m_s\sim 3\times 10^{-13}\,{\rm eV}$。LISA可以观察到玻色子质量在$m_s\in [5\times 10^{-19}, 5\times 10^{-16}]$范围内的随机背景，如果是$m_s\sim 10^{-17}\,{\rm eV}$，则可以在$4$年搜索中观察到$\sim 10^3$可分辨事件。LISA可以进一步测量黑洞双星的自旋，其组件质量在$[10^3, 10^7]~…
2017-10-04 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Subtraction of temperature induced phase noise in the LISA frequency band
温度波动是影响引力波探测器在甚低频范围探测的主要限制因素之一。在这里，我们报告的特点，这种噪声源在LISA探路者光具座，并提出了一种方法，以消除其贡献的数据。我们的研究结果表明，温度波动确实限制了我们的测量低于1毫赫兹，并且它们的减法导致LISA测量频带10^{-4} Hz低端的噪声水平降低了5.6倍（15 dB），在更低的频率下增加到20.2倍（26 dB），即，1.5x10^{-5} Hz。本文提出的方法可应用于一般情况下用多个传感器消除噪声源的引力波探测器中其它噪声源的扣除。
2013-06-19 astro-ph.IM gr-qc
Tidal deformability of dressed black holes and tests of ultralight bosons in extended mass ranges
紧致天体在潮汐扰动下的变形性被编码在潮汐勒夫数（TLN）中，对于真空中的孤立黑洞，TLN消失。我们证明了被物质场包围的黑洞的TLN并不消失，可以用来探测双黑洞周围的环境。特别是，我们计算TLN的情况下，黑洞周围的标量凝聚体的存在下的标量和矢量潮汐扰动，发现一个强大的幂律行为的TLN的质量的标量场。使用这一结果作为引力潮汐扰动的代理，我们表明，未来的引力波探测器，如爱因斯坦望远镜和LISA可以对超轻玻色子的质量施加严格的约束，这些玻色子由于吸积或超辐射而在黑洞周围凝结。有趣的是，LISA可以测量从恒星质量（$\approx 10^2 M_\odot$）到超大质量（$\approx 10^7 M_\odot$）物体范围内的修饰黑洞的潮汐变形能力，提供$(10^{-17} - 10^{-13}) \, {\rm eV}$范围内超轻玻色子质量的测量，精度低于$10\%$，从而填补了来自地面和空间干涉仪的其他超辐射驱动约束之间的空白。总而言之，LISA和爱因斯坦望远镜可以探测组合质量范围为$(10^{-17} - 10^{-11}) \, {\rm eV}$的装扮黑洞的潮汐效应。
2021-08-17 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Probing ultralight bosons with LISA observations of spinning black hole mergers and follow-up searches of merger remnants
Perimeter Institute for Theoretical Physics（Perimeter理论物理研究所）；University of Waterloo（滑铁卢大学）；Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理学研究所（爱因斯坦研究所））
本研究基于LISA观测大质量黑洞双体并合及后续遗迹搜索，通过黑洞自旋测量和引力波搜索，预测了标量与矢量超轻玻色子的质量限制及探测概率，为超轻玻色子的探测提供了前景。
2026-08-11 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Stochastic and resolvable gravitational waves from ultralight bosons
旋转黑洞周围的超轻标量场可以引发超辐射不稳定性，在视界外形成长寿的玻色子凝聚体。我们使用数值解的扰动场方程和天体物理模型的大规模和恒星质量的黑洞人口计算，第一次，随机引力波背景从这些来源。在乐观的情况下，先进的LIGO和LISA观测到的背景场质量$m_s$的范围$\sim [2\times 10^{-13}, 10^{-12}]\,{\rm eV}$和$\sim 5\times[ 10^{-19}, 10^{-16}]\,{\rm eV}$，分别，它可以影响可分辨源的可探测性。我们的估计表明，对LIGO O1的随机背景限制的分析可能已经被用来勉强排除质量为$\sim 10^{-12.5}{\rm eV}$的轴子。使用高级LIGO（LISA）的半相干搜索应该检测标量场质量$3\times 10^{-13}$（$10^{-17}$）eV的$\sim 15~(5)$到$200~(40)$可分辨源。大质量BH自旋的激光束散射测量可以排除$\sim [10^{-18}, 2\times 10^{-13}]$ eV范围内的玻色子，也可以在$\sim[10^{-17}, 10^{-13}]$ eV范围内以10%的精度测量$m_s$。
2017-10-04 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Multiband gravitational-wave searches for ultralight bosons
引力波可能是由超轻玻色子产生的少数直接观测值之一，超轻玻色子是受约束的暗物质候选者，可能是粒子理论、高能物理学和宇宙学中几个问题的关键。这些类轴子粒子可以自发地在天体物理学黑洞周围形成“云”，导致连续引力波的强发射，可以被地面和太空中的仪器检测到。尽管已经对这种情况进行了彻底的研究，但尚未认识到这两种类型的检测器可以串联使用（称为“多带”的实践）。在本文中，我们表明，未来的引力波探测器在地面和空间将能够一起工作，以检测质量为$25 \lesssim μ/\left(10^{-15}\, \mathrm{eV}\right)\lesssim 500$的超轻玻色子。在探测双星黑洞吸入时，LISA空间任务将提供关键信息，使未来的地面探测器，如宇宙探测器或爱因斯坦望远镜，能够搜索观测到的双星中单个黑洞周围玻色子云的信号。我们制定了检测策略，并专注于标量玻色子，图表合适的参数空间。我们研究了对系统历史的无知的影响，包括云的年龄和黑洞旋转。我们还考虑了潮汐共振，可能会破坏玻色子云之前，其引力信号变得可检测的地面后续行动。最后，我们将展示如何考虑所有这些因素，以及LISA测量中的不确定性，以获得玻色子质量的限制，从地面观测LISA促进。
2020-10-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Lisa
引力相互作用的极端微弱性导致了只有在大尺度天体物理和宇宙学源中才能产生强度可观的引力波（GW）。基于地球的探测器面临无法克服的问题，即由于地震振动而对频率低于10 Hz的信号敏感。为了看到较低频率的信号，基于空间的检测器是自然的解决方案。LISA（激光干涉仪空间天线）是欧空局和美国航天局的一个联合项目，目的是探测频率范围在10^{-4} Hz和10^{-1} Hz之间的全球引力波，该项目由位于日心轨道上的三个航天器组成，其由全球引力波引起的臂长变化由高精度干涉测量法监测。本文回顾了LISA任务的主要特点和科学目标，以及对其前身技术任务LPF（LISA探路者）的简短描述。
2004-04-17 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
Optimal design of calibration signals in space borne gravitational wave detectors
未来的星载引力波探测器将需要精确定义校准信号，以确保实现其设计灵敏度。测试信号的精心设计在正确理解和表征这些仪器方面起着关键作用。从这个意义上说，实现最佳实验设计的方法必须被认为是用于确定描述系统的参数的参数估计方法的补充。实验设计的相关性对于LISA探路者任务特别重要，该任务将花费其大部分运行时间进行实验，以验证未来空间引力波观测站的关键技术。在这里，我们提出了一个框架，以获得最佳的信号-在最小的参数不确定性方面-要注入到这些仪器在其校准阶段。我们将我们的结果与另一种数值算法进行比较，该算法通过迭代改进初始猜测来实现最佳输入信号。我们显示协议的两种方法时，适用于LISA探路者的情况下。
2015-11-30 astro-ph.IM gr-qc
LISA Dynamics & Control: Closed-loop Simulation and Numerical Demonstration of Time Delay Interferometry
针对LISA闭环动力学问题，提出全面数学模型并数值实现，首次演示时延干涉测量合成迈克尔逊干涉仪，证明在无物理耦合时航天器噪声被有效抑制。
2023-08-31 astro-ph.IM gr-qc
Sensitivity of Space-based Gravitational-Wave Interferometers to Ultralight Bosonic Fields and Dark Matter
本研究针对超轻玻色场这一暗物质候选体，利用时延干涉测量技术分析LISA、Taiji、TianQin等规划中天基引力波干涉仪的探测灵敏度，推导传递函数并给出其对超轻玻色场与标准模型粒子耦合的约束能力。
2023-07-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Detecting Gravitational Wave Bursts with LISA in the presence of Instrumental Glitches
激光干涉仪空间天线（LISA）将在毫赫兹引力波波段开启丰富的发现空间。除了来自数百万个双星系统的预期信号外，这个波段可能包含新的和以前无法想象的来源，我们目前还没有模型。为了检测未建模和意外的信号，我们需要能够将它们与仪器噪声伪影或毛刺分开。在地面激光干涉仪的数据中，小故障是一个常见的特征，在LISA探路者任务的数据中也可以看到。与地面上的情况相反，我们将无法拥有多个独立的探测器来帮助将未建模的信号与毛刺分开，必须开发新的技术。在这里，我们表明，未建模的引力波爆发可以检测与LISA利用不同的方式，其中仪器故障和引力波爆发的印记自己的时间延迟干涉仪数据通道。我们表明，对于周期长于航天器之间的光旅行时间的信号，“呼吸模式”或Sagnac数据组合是检测的关键。相反，对于短周期信号，是到达每个航天器的时间有助于分离。我们调查的条件下，我们可以区分信号和毛刺组成的一个单一的正弦高斯小波的起源，并确定如何以及我们可以表征信号。我们发现，引力波爆发可以明确地检测和特点，只有一个单一的数据通道（四个功能的激光链路），虽然信号分离和参数估计显着改善时，所有六个激光链路的操作。
2018-11-11 astro-ph.IM gr-qc
Exploration of new experimental strategies for the detection of ultralight dark matter : laboratory searches on ground and in space
本论文研究地面与空间实验中探测超轻暗物质的新策略，针对暗光子-电磁耦合、标量场引起的质量与频率振荡、以及轴子-光子耦合导致的真空双折射等三种现象，建立理论模型并评估各实验方案的探测灵敏度。
2024-11-21 gr-qc hep-ph
