Neural network interpolation of the magnetic field for the LISA Pathfinder Diagnostics Subsystem
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，其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。其扰动由诊断子系统监测和处理。该子系统由多个模块组成，其中一个是磁诊断系统，包括一组四个三轴磁通门磁力计，用于高精度测量试验质量位置处的磁场。然而，由于磁力计的位置远离试验质量的位置，因此必须对磁力计位置处的磁场进行插值。最近已经表明，由于没有足够的磁通道，经典的插值方法无法在测试质量的位置处获得可靠的测量，而神经网络插值可以以期望的精度提供所需的测量。在本文中，我们扩大这些研究，我们评估的可靠性和鲁棒性的神经网络插值方案的变化的位置和可能的偏移的磁力计，以及在环境条件的变化。我们发现，神经网络是足够强大的，以获得准确的测量磁场在大多数情况下的测试质量的位置。
2011-01-20 astro-ph.IM 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
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
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
Estimate of force noise from electrostatic patch potentials in LISA Pathfinder
本文通过同心球面随机高斯过程模型估计LISA Pathfinder中静电斑块势引起的力噪声，发现表面污染扩散驱动密度涨落可产生观测到的$f^{-2}$频率依赖性，但现有实验证据不足以预测其幅度，并讨论了LISA中抑制该噪声的措施。
2024-09-04 astro-ph.IM
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
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
Estimation of the electrostatic effects in the LISA-Pathfinder critical test mass dynamics via the method of moments
LISA-Pathfinder是欧空局在2015年至2017年期间执行的一项太空任务，旨在展示足以在太空中建造引力波望远镜的技术成熟度，例如激光干涉仪空间天线（LISA）。一对立方体的测试质量是托管在丽莎探路者航天器和屏蔽任何力量以外的行星际引力场。屏蔽层的纯度决定了任务的性能。有许多方面必须在飞行中确认。其中之一是从发射构型（试验质量锁定时）到科学自由下落构型的过渡阶段。每个测试质量最初通过专用机构从机械约束中释放，然后由静电控制系统捕获。事实上，每个测试块都被一组电极包围，用于致动和感测目的。释放的性能标准是试验质量相对于航天器的最终速度，上限设定为5 $μm/s$。LISA-探路者第一次在飞行中释放速度突出了一个意想不到的动态与大的线速度和角速度。静电控制是成功的，但仅依赖于不能被视为LISA基线的手动程序。本文通过对每个试验质量周围的静电环境及其对释放和捕获动力学的贡献进行建模，有助于调查飞行中的不符合性。静电模型是基于矩量法，一种边界元数值技术，适用于估计力和导体之间的电容。我们还提供了一个简短的概述的方法，它可以用于LISA内的其他现象的分析和未来的引力波望远镜和空间项目的设计。
2021-01-19 astro-ph.IM
Time domain maximum likelihood parameter estimation in LISA Pathfinder Data Analysis
LISA是即将到来的天基引力波望远镜。LISA Pathfinder将在未来几年内发射，它将在与LISA设计相同的飞行硬件上证明和验证LISA基本多普勒链路的探测原理。LISA探路者将收集所有可能影响LISA的噪声干扰的图片，实现探测引力波所必需的测地线运动的前所未有的纯净。这两项任务的第一步将主要取决于对关键系统参数的非常精确的校准。此外，稳健的参数估计是在正确评估的残余力噪声，为LISA的数据处理的一个重要组成部分是至关重要的。在本文中，我们提出了一个极大似然参数估计技术，在时域设计的这种校准，并显示其熟练的模拟数据和验证，通过Monte Carlo实现独立的噪声运行。我们讨论了它的鲁棒性，可能出现在现实生活中的任务，以及它的独立性的初始猜测和非高斯性的非标准情况。此外，我们将同样的技术应用于在操作演习期间使用欧空局提供的逼真模拟器以类似任务的方式产生的数据。
2011-08-03 astro-ph.IM physics.data-an
Transient acceleration events in LISA Pathfinder data: properties and possible physical origin
我们提出了一个深入分析的瞬态事件，或毛刺，检测到的速度约为每天一个差分加速度数据的LISA探路者。我们发现，这些毛刺属于两个相当不同的类别：快速瞬态干涉运动读出的一侧，和真正的力量瞬态事件的其他。前者是快速和罕见的在普通条件下。第二个可能持续数秒到数小时，构成了大多数的毛刺。我们提出了这两个类别的物理和统计特性的分析，包括交叉分析与其他时间序列，如磁场，温度和其他动力学变量。基于这些分析，我们讨论了力故障的可能来源，并确定最有可能的，其中脱气环境周围的测试群众脱颖而出。我们将讨论这些发现对LISA设计和运行的影响，以及一些风险缓解措施，包括可能在地面上进行的实验研究，旨在澄清我们的分析留下的一些问题。
2022-09-15 astro-ph.IM
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
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
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
Constraints on LISA Pathfinder's self-gravity: design requirements, estimates and testing procedures
LISA探路者卫星于2015年12月3日发射到日地第一拉格朗日点（L1），LISA技术包（LTP）将在那里进行测试。凭借其尖端技术，LTP将能够在$1-30\,\mathrm{mHz}$频带内实现前所未有的测地线运动残余加速度测量，测量精度可达$3 \times 10^{-14}\,\mathrm{m/s^2/{Hz^{1/2}}}$量级。航天器本身的存在是与两个验证试验质量相互作用的局部引力场的原因。潜在地，这种力的相互作用可能阻止实现目标自由落体水平，从而产生显著的噪声源。我们以低于$\mathrm{nm/s^2}$的精度平衡了这种引力，并通过有限元计算工具估计，根据对构成卫星的所有部件的位置和质量的测量结果制定了一项协议。下面，我们将介绍要求、设计和预期的在轨测试程序。
2016-04-28 astro-ph.IM physics.space-ph
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
Bridging the gap between Monte Carlo simulations and measurements of the LISA Pathfinder test-mass charging for LISA
立方体金铂自由落体测试质量块（TM）构成未来LISA和类LISA干涉仪的反射镜，用于太空低频引力波探测。来自银河系和太阳系的高能粒子给TM充电，从而产生寄生的静电力和磁力，限制了这些干涉仪的灵敏度。发射前的TM充电蒙特卡罗模拟进行了LISA探路者（LPF）的任务，这是计划测试LISA仪器。在飞行任务运行期间，对测量结果和模拟结果进行了比较。测量的TM净充电与模拟估计一致，而充电噪声高出三到四倍。我们的目标是弥合LPF TM充电噪声模拟和观测之间的差距。使用FLUKA/LEI工具包对银河系和太阳粒子引起的LPF TM充电进行了新的蒙特卡罗模拟。这使得低能量的电子可以传播到几个电子伏。这些改进的FLUKA/LEI模拟同意在统计和蒙特卡罗误差的任务操作过程中收集的意见。银河系宇宙射线引起的充电噪声大约是每秒一千个电荷。在太阳高能粒子事件期间，该值增加到每秒数万个电荷。对于LISA TM充电，预期类似的结果。
2022-08-18 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
LISA Pathfinder
自2017年诺贝尔物理学奖因观测到引力波而颁发以来，可以说，引力波天文学（GW）的时代已经开始。然而，一些有趣的GW源只能从太空中观察到。为了证明激光干涉仪空间天线（LISA）的可行性，未来的空间引力波观测站，LISA探路者卫星于2015年12月3日发射。在整个飞行任务期间，对加速自由落体试验质量的虚假力进行了测量，并对实现自由落体所需的各个子系统进行了详细调查。这篇概述文章从任务的目的和目标开始，解释了卫星硬件和任务操作，最后总结了选定的重要结果和对LISA的展望。根据LISA探路者的经验，我们可以得出结论，拟议的LISA任务是可行的。
2019-03-21 astro-ph.IM
Interplanetary medium monitoring with LISA: lessons from LISA Pathfinder
欧洲航天局（欧空局）的激光干涉仪空间天线（LISA）将是第一个在1天文单位处绕太阳运行的低频引力波观测站。LISA探路者（LPF）任务旨在测试LISA航天器（S/C）上的仪器，除其他外，该任务载有作为诊断子系统组成部分的磁通门磁力计和一个粒子探测器。这些仪器使我们能够估计作用在构成干涉仪反射镜的测试质量上的磁和库仑杂散力。有了这些仪器，我们也有可能研究作为粒子能量函数的银河宇宙线短期变化和相关的行星际扰动。平台磁力计和粒子探测器也将放置在每个LISA S/C上。这项工作报告的经验方法，使我们能够解开行星际和板载产生的磁场的组成部分，通过使用LPF磁强计测量。此外，我们估计的数量和注量的太阳高能粒子事件预计将观察到的欧空局下一代辐射监测器在任务寿命。与为LPF设计的宇宙射线探测器类似的另一个宇宙射线探测器与磁力计相结合，将能够观测周期性和非周期银河宇宙线变化的演变，以及在高速太阳风气流过境和行星际对应的日冕物质抛射过境时行星际磁场的相关增加。LISA的诊断子系统使这一飞行任务也成为空间天气科学调查的天然多点观测站。
2022-09-25 astro-ph.IM physics.space-ph
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
Symbolic Knowledge Extraction from Opaque Predictors Applied to Cosmic-Ray Data Gathered with LISA Pathfinder
University of Urbino Carlo Bo（乌尔比诺卡罗·博大学）；INFN（意大利国家核物理研究所）
机器学习模型现在在太空任务中无处不在，执行各种各样的任务，从预测多变量时间序列到检测输入数据中的特定模式。采用的模型通常是深度神经网络或其他复杂的机器学习算法，提供不透明的预测，即，不允许人类用户理解所提供的预测背后的基本原理。文献中存在几种技术，将不透明机器学习模型令人印象深刻的预测性能与人类可理解的预测解释相结合，例如符号知识提取程序的应用。在本文中报道的结果不同的知识提取器适用于合奏预测器能够再现宇宙射线数据收集在船上的LISA探路者空间任务。还讨论了所提取的知识的可读性/保真度的权衡。
2022-09-10 astro-ph.HE astro-ph.IM cs.LG
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
Auxiliary-Channel-Assisted Cross-Talk Noise Removal in LISA Pathfinder
University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；International Centre for Theoretical Physics Asia-Pacific（亚太理论物理中心）；Taiji Laboratory for Gravitational Wave Universe（太极引力波宇宙实验室）；Hangzhou Institute for Advanced Study（杭州高等研究院）
研究LISA探路者中利用频域传递函数方法去除串扰噪声，通过科学通道与辅助通道的相干性估计并去除相关噪声，先经模拟验证，后用于分析公开遥测数据，取得较好效果。
2026-07-07 astro-ph.IM
Tilt-to-length coupling in LISA Pathfinder: a data analysis
本研究针对LISA Pathfinder任务的倾斜-长度耦合噪声及其与系统对准的关联展开，验证了解析模型的有效性，发现任务中重对准仅部分成功，并构建了新的物理模型，可为LISA任务提供参考。
2023-08-04 astro-ph.IM
Tilt-to-length coupling in LISA Pathfinder: long-term stability
本研究针对LISA Pathfinder任务的倾斜-长度耦合噪声，探究其耦合系数的长期稳定性，发现系数缓慢漂移且与星内温度强相关，结合解析模型将温度驱动的耦合变化归因于测试质量旋转和光学装置形变，并证实冷却实验期间光学基板发生弯曲。
2024-07-08 astro-ph.IM
Spacecraft and interplanetary contributions to the magnetic environment on-board LISA Pathfinder
LISA探路者（LPF）是一项天基任务，旨在测试空间引力波观测站所需的新技术。磁驱动力在低频区（兆赫及以下）的仪器灵敏度中起着关键作用，低频区是天基观测台感兴趣的测量波段。磁场可以耦合到来自测试质量的磁化率和磁阻磁矩，并干扰它们的测地运动。LISA Pathfinder搭载了一个专用的磁测量子系统，噪声水平为10 $ \rm nT \ Hz^{-1/2}$，从1 Hz降至1 mHz。在本文中，我们报告整个LISA探路者行动的磁性测量。我们探测航天器内的磁环境，研究磁场的时间演化及其稳定性下降到20 $μ$ Hz，在那里我们测量值约200 $ \rm nT \ Hz^{-1/2}$，并确定两个不同的频率制度，一个有关的行星际磁场和其他的磁场起源于航天器内。最后，我们将磁场波动的非定常分量分解到兆赫以下，并将它们与太阳风的动力学联系起来。
2020-05-07 astro-ph.IM
State space modelling and data analysis exercises in LISA Pathfinder
LISA探路者是欧洲航天局计划的一项任务，旨在测试将允许在太空中探测引力波的关键技术。机载仪器LISA技术包将进行详尽的校准和噪声表征活动，以充分描述噪声模型。数据分析在飞行任务中起着重要作用，因此，数据分析小组一直在开发一个工具箱，其中包括作业期间所需的所有功能。在这方面的贡献，我们给出了一个概述，最近的活动，重点是改进的建模工具和数据分析活动进行了真实和模拟数据。
2013-06-21 astro-ph.IM gr-qc physics.data-an
Charge-induced force-noise on free-falling test masses: results from LISA Pathfinder
我们报告了欧洲航天局LISA探路者任务上进行的静电测量。详细测量的电荷感应静电力施加在自由落体的测试质量（TM）内的电容引力参考传感器是第一次在相关环境中的空间为基础的引力波探测器。通过电荷控制和电场补偿的结合，我们证明了在0.1-100 mHz的频段内，单个TM上的电荷感应加速噪声水平可以保持在接近1.0 fm/s^2/sqrt（Hz）的水平，这对LISA这样的天文台至关重要。使用专用的测量，检测这些影响的两个测试质量之间的差加速度，我们解决了随机性质的TM电荷建立由于行星际宇宙射线和TM电荷力耦合通过杂散电场在传感器。我们所有的测量结果都与基于LISA探路者仪器的相对简单的静电模型的预测吻合得很好。
2017-02-15 astro-ph.IM
Simulating the charging of isolated free-falling masses from TeV to eV energies: detailed comparison with LISA Pathfinder results
一个模型，解释了充电率的LISA探路者测试群众的行星际宇宙射线环境。该模型采用了粒子跟踪TeV到eV的能量使用GEANT4和自定义的低能量粒子生成和跟踪代码的组合。模拟试验质量的静电环境，以便将试验质量充电率对局部电场的依赖性与轨道上的观测结果进行比较。该模型是能够重现所观察到的充电行为，具有良好的精度，使用金的表面性质与文献值兼容。该模型的结果证实，净充电电流的一个显着的部分是由低能量（$\sim$ eV）电子的人口所产生的电子和离子诱导的动力学发射从测试质量和周围的金属表面。假设金功函数为4.2 eV，这些电子进出无偏测试质量的不平衡流贡献了总测试质量充电速率的$\sim$ 10%。它们对充电电流散粒噪声的贡献不成比例地更高，并且使总体预测噪声增加了$\sim$ 40%。然而，即使有这种增加的噪声贡献，总的充电电流噪声仍然只有在轨测量的40%，这仍然是一个未解决的问题。
2023-01-27 astro-ph.HE astro-ph.IM
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
Maximum Likelihood Detection of Instrumental Glitches in LISA TDI Data
针对LISA任务中仪器毛刺可能污染时间延迟干涉数据的问题，提出一种基于最大似然估计的优化技术，可检测并去除波形已知的毛刺。
2025-01-14 astro-ph.IM gr-qc
Measuring the Galactic Cosmic Ray Flux with the LISA Pathfinder Radiation Monitor
由宇宙射线引起的测试质量充电将是像LISA这样的天基引力波探测器的加速噪声的重要来源。在2015年12月至2017年7月期间运行的技术演示任务LISA探路者包括一个定制的监视器，以帮助确定测试质量充电与当地辐射环境之间的关系。辐射监测器对宇宙射线通量进行了现场测量，同时还提供了有关其能谱的信息。我们描述了监视器和目前的测量结果，显示了一个逐渐增加的40%的计数率与太阳周期的下降阶段相一致。调制高达10%，也观察到与同向旋转的相互作用区域和日光层电流片交叉的13和26天的周期。这些变化的通量以上的监测器检测阈值（约70兆电子伏）被证明是一致的与测量的IREM监测器上的地球轨道INTEGRAL航天器。最后，我们使用测得的沉积能谱，结合GEANT 4模型，估计整个任务过程中的银河宇宙线微分能谱。
2018-01-12 astro-ph.IM
LISA Pathfinder Platform Stability and Drag-free Performance
LISA探路者飞行任务的科学运行表明，在空间建立一个类似LISA的引力波观测站所需的宏观测试质量的亚毫微微g自由下落是可行的。虽然对主要关注点，即光轴或$x$轴进行了广泛的研究，但对航天器相对于所有其他自由度的稳定性进行评价也是有意义的。目前的文件是致力于这样一个研究，重点是一个详尽的和定量的评价的不完善和动态的影响，其稳定性方面的本地测地线。完整闭环系统的模型提供了对环内坐标光谱的每个部分的全面理解。正如将要介绍的那样，该模型与LISA探路者飞行数据非常吻合。它允许一个识别的物理噪声源的起源和耦合的物理现象。由此，航天器的稳定性的性能，相对于其测地线，提取作为频率的函数。接近$1 mHz$，航天器在$X_{SC}$，$Y_{SC}$和$Z_{SC}$自由度上的稳定性被证明是X的$5.0\ 10^{-15} m\ s^{-2}/\sqrt{Hz}$和Y和Z的$4.0 \ 10^{-14} m\ s^{-2}/\sqrt{Hz}$的数量级。对于角自由度，$Θ_{SC}$的值为$3\ 10^{-12} rad\ s^{-2}/\sqrt{Hz}$阶，$H_{SC}$和$Φ_{SC}$的值为$3\ 10^{-13} rad\ s^{-2}/\sqrt{Hz}$阶。
2018-12-13 astro-ph.IM
Calibrating the system dynamics of LISA Pathfinder
LISA探路者（LPF）是欧洲航天局的一项任务，旨在测试未来星载引力波观测站（如LISA）的关键技术。LPF的主要科学目标是演示亚毫微微g级自由落体试验质量之间的差加速度测量，并根据杂散力和位移读出噪声的物理模型了解剩余加速度。实现LPF目标的关键一步是正确校准LPF的动力学，LPF是一个三体系统，由封闭在单个航天器中的两个试验质量组成，并受系统稳定性控制律的约束。在这项工作中，我们报告的校准程序，通过计算残余差分杂散力每单位质量的两个测试质量在其标称位置。所采用的动力学模型的物理参数，以及它们的LPF性能的作用。分析和实验结果表明，系统的动力学模型是准确的，动力学参数是平稳的整个任务。最后，讨论了系统动力学校准对未来空间引力波观测的影响和重要性。
2018-06-22 astro-ph.IM
Detection and Characterization of Micrometeoroids with LISA Pathfinder
太阳系包含了一群来自小行星、彗星和其他天体的尘埃和小颗粒。对这些粒子的研究使用了许多技术，从原位卫星探测器到月球微坑分析，再到黄道光的地面观测。在本文中，我们描述了一种方法，使用LISA探路者（LPF）的任务作为一种工具，以检测和表征尘埃粒子的动力学在地球附近的太阳L1。LPF将于2015年底发射，是一项专门的技术演示任务，将验证未来天基引力波观测站的几项关键技术。LPF上的主要科学仪器是一个精密的加速度计，我们将能够感测离散的动量脉冲小到$4\times 10^{-8}\,\textrm{N}\cdot\textrm{s}$。然后，我们估计的微流星体的环境在太阳系内的微流星体的标准模型的基础上的影响所造成的这种脉冲的速率。我们发现，LPF可以检测几十到几百个单独的事件对应的粒子质量$> 10^{-9}\,$ g的影响在LPF的大约六个月的科学操作阶段在$5\times 10^5\,\textrm{km}$由$8\times 10^5\,\textrm{km}$ Lissajous轨道L1。此外，我们估计LPF的能力，以表征个人的影响，通过测量数量，如总动量转移，影响的方向，影响航天器的位置。LPF提供的关于通量和方向的信息可以提供关于单个撞击的性质和起源的见解，并有助于限制行星际尘埃复合体的一般模型。此外，这种对微流星体撞击的直接现场测量对未来以L1周围环境为目标的航天器的设计者…
2015-10-30 astro-ph.EP astro-ph.IM
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
In-depth analysis of LISA Pathfinder performance results: Time evolution, noise projection, physical models, and implications for LISA
本文深入分析了 LISA Pathfinder 约 500 天科学运行中的差分加速度噪声，揭示了布朗噪声演化、1/f 尾部及低频温度波动效应，并将约 40% 的 1/f 噪声功率归因于已识别源，为 LISA 噪声控制提供依据。
2024-09-04 astro-ph.IM
Charging of free-falling test masses in orbit due to cosmic rays: results from LISA Pathfinder
介绍了LISA探路者飞行任务期间为表征空间环境引起的试验质量充电而进行的测量的全面总结。通过抓取和定位机制释放后，测试块的剩余电荷的测量结果表明，在所有释放后，测试块的初始电荷均为负，测试块的电位范围为$-12$ mV至$-512$ mV。在为期17个月的宇宙射线通量变化（包括与小型太阳高能粒子事件相关的福布什下降）科学操作过程中，观测到$21.7$ e s $^{-1}$和$30.7$ e s $^{-1}$之间中性测试质量充电率的变化。宇宙射线充电率对$-30.2$ e s $^{-1}$ V $^{-1}$和$-40.3$ e s $^{-1}$ V $^{-1}$之间的测试质量电位的依赖关系被观察到，这是由于从重力参考传感器的金表面发射的低能电子充电的贡献。来自机载粒子探测器的数据显示，与充电率和宇宙射线通量的其他环境监测器之间存在可靠的相关性。利用这种相关性外推测试质量充电率到20年的时间内提供有用的洞察力，可以观察到的LISA任务的充电率的预期范围。
2023-03-23 astro-ph.IM
LISA Pathfinder Performance Confirmed in an Open-Loop Configuration: Results from the Free-Fall Actuation Mode
我们报告的LISA探路者（LPF）的自由降落模式实验的结果，其中需要补偿的准静态差力作用在两个测试质量的控制力间歇性地应用作为一系列的“脉冲”力持续几秒钟，并分开约350 s的周期真正的自由降落。这代表了正常LPF操作模式的替代方案，在正常LPF操作模式中，该平衡力被连续地施加，其优点是在没有致动力的情况下测量自由降落期间的加速噪声，从而消除了相关的噪声和力校准误差。这里给出的采用自由降落模式的差动加速度噪声测量结果与采用连续驱动方案测量的噪声一致，代表了对LPF结果的重要且独立的确认。具有较大致动力的附加测量还表明，当致动噪声是主导因素时，该技术可用于消除致动噪声。
2019-08-30 astro-ph.IM physics.space-ph
Experimental results from the ST7 mission on LISA Pathfinder
航天技术7扰动减少系统（ST7-DRS）是美国宇航局的技术演示有效载荷，于2016年1月至2017年7月在欧洲航天局的LISA探路者航天器上运行。美国航天局和欧空局飞行任务的共同目标是验证未来天基引力波观测站的关键技术，观测目标是源丰富的毫赫兹波段。ST7-DRS的两个主要组成部分是一个基于胶体微牛顿推进器（CMNTs）的微推进系统和一个同时控制航天器和两个自由飞行测试质量（TM）的姿态和位置的控制系统。本文介绍了我们的主要实验结果，并总结了CMNTs和控制律的整体性能。我们发现，CMNT的性能与飞行前的预测是一致的，测量系统推力噪声的顺序$100\,\textrm{nN}/\sqrt{\textrm{Hz}}$在$1\,\textrm{mHz}\leq f \leq 30\,\textrm{mHz}$带。控制系统保持TM-航天器分离，RMS误差小于2 $\,$ nm，同一波段的噪声谱密度小于$3\,\textrm{nm}/\sqrt{\textrm{Hz}}$。推力器校准测量产生的推力值与性能模型和地面推力台测量值一致，误差在百分之几以内。我们还报告了两个测试质量之间的差分加速度噪声，其谱密度在$1\,\textrm{mHz}\leq f \leq 30\,\textrm{mHz}$频带中大致为$3\,\textrm{fm}/\textrm{s}^2/\sqrt{\textrm{…
2018-10-16 astro-ph.IM
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
Drift mode accelerometry for spaceborne gravity measurements
漂移模式加速度计是一种精密器件，它克服了传统静电加速度计的加速度噪声和读出动态范围限制。它有可能在有限的频带上实现无阻力系统的加速噪声性能，而无需外部无阻力控制或航天器推进。与传统的加速度计一样，漂移模式加速度计包含一个由电极外壳包围的高密度测试质量，可以控制和感测测试质量的所有六个自由度。与传统的加速度计不同，悬架系统以低占空比操作，使得限制悬架力噪声仅在短暂的已知时间间隔内起作用，这在数据分析中可以忽略。使用激光干涉仪进行读出，该激光干涉仪不受通常用于确定静电加速度计的惯性加速度的最佳电压基准的动态范围限制的影响。漂移模式加速度计与LISA Pathfinder航天器的同名操作模式有关，该模式将用于估计与LISA Pathfinder前端电子设备相关的加速度噪声。本文介绍了这样一个设备的操作，开发模型，其性能方面的卫星大地测量和引力波天体物理学的应用，并讨论了测试其性能的方法，在实验室中使用扭摆和空间的LISA探路者任务。
2014-02-27 astro-ph.IM physics.ins-det physics.space-ph
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
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
Solar Wind Speed Estimate with Machine Learning Ensemble Models for LISA
University of Urbino Carlo Bo（乌尔比诺·卡洛·博大学）；INFN（意大利国家核物理研究所）
在这项工作中，我们研究了机器学习模型在重建2016- 2017年ACE卫星在第一拉格朗日点收集的太阳风速度观测中的潜力，使用同年也围绕L1运行的LISA探路者任务上的粒子探测器测量的银河宇宙射线通量变化作为输入数据。我们表明，集成模型组成的异质弱回归能够超越弱回归的预测精度。机器学习和其他强大的预测算法打开了一扇窗户，使人们有可能用软件模型取代专用仪器，作为LISA和空间天气科学等空间任务诊断的替代品。
2023-02-13 astro-ph.HE astro-ph.IM cs.LG
LISA test-mass charging. Particle flux modeling, Monte Carlo simulations and induced effects on the sensitivity of the observatory
本文提出综合工具包计算LISA任务中测试质量充电时间序列及诱发力，分析宇宙射线和太阳高能粒子对引力波探测灵敏度的影响。
2024-11-27 astro-ph.IM
Measuring test mass acceleration noise in space-based gravitational wave astronomy
干涉式引力波探测器的基本组成部分-试验质量到试验质量的干涉链路-表现为测量有效差动力的差动测力计，包括重力曲率、惯性效应以及非重力寄生力的综合测量。最后一项贡献将以LISA探路者任务为特征，这是未来星载探测器（如eLISA）的技术先驱。从位移视角到加速度视角的改变，有利于LISA Pathfinder和未来探测器的数据分析。推导了天基探测器干涉链路的差分加速度对引力波的响应。通过建立不等臂迈克尔逊差分加速度组合，也可以将加速度形式化集成到时延干涉测量中。差分加速度名义上对主导低频探测器的缓慢位移动态的系统自由演化不敏感。加速度工作还提供了一种有效的方法来减去作为系统学的测量信号，包括驱动力。由于与运动方程的强相似性，在一定幅度和时移内已知的系统信号的最佳减法，重点是测量噪声，提供了一种有效的方法来解决问题并边缘化讨厌的参数。的$\mathcal{F}$ -统计，在整个引力波社区中广泛使用，包括在方法中，并适当地推广边缘化的线性参数和噪声在同一时间。该方法适用于LPF模拟器数据，由于其通用性，也可以应用于未来的引力波探测器的数据简化和分析。
2014-09-29 astro-ph.IM gr-qc
Numerical Modeling and Experimental Demonstration of Pulsed Charge Control for the Space Inertial Sensor used in LISA
对孤立的自由下落试验质量的静电荷控制是天基重力飞行任务的一项关键使能技术。利用深紫外光照射下金属表面的光电子发射，可以实现无接触的静电荷控制。无接触方法可最大限度地减少可能干扰测量或中断科学操作的力干扰。在本文中，我们提出了电荷控制实验使用的引力参考传感器的几何相关的激光干涉仪空间天线（LISA）的引力波天文台的扭摆装置。我们使用UV LED光源来控制测试块电位，利用其高带宽将光输出锁相到用于测试块的电容位置感测的100 kHz电场。我们证明了充电速率和测试质量电位控制的相位的光相对于电场的调整。我们提出了一个简单的基于物理的放电过程的模型，解释了我们的实验结果的紫外光分布在传感器，表面功函数和量子产率。采用鲁棒拟合方法确定描述系统的模型的最佳拟合物理参数
2020-05-02 astro-ph.IM gr-qc
Antenna for the detection of electromagnetic audio-band disturbances on-board LISA
Department d’Enginyeria Electrònica, Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学电子工程系）
本文提出在LISA任务中利用LPF线圈检测音频频段的电磁扰动，其性能显著优于当前要求。
2026-02-06 astro-ph.IM
Data series subtraction with unknown and unmodeled background noise
LISA探路者（LPF）是欧空局的引力波观测站的先驱任务，将测量两个测试质量可以自由落体的程度，旨在证明功率谱密度（PSD）低于30 fm/s $^2$ /Hz $^{1/2}$约1 mHz的剩余相对加速度。在LPF数据分析中，测量的相对加速度数据序列必须与其他各种测量的时间序列数据进行拟合。在不同的实验中，从试验质量和卫星动力学的系统识别到从测量的已知扰动中减去噪声贡献，都需要这种拟合。在所有情况下，由拟合残差的PSD描述的背景噪声预计将被着色，这要求我们在频域中执行此类拟合。该PSD是未知的{ \it a priori}，并且该残余加速度噪声的高精度估计是我们的分析的基本输出。在本文中，我们提出了一种基于贝叶斯参数估计的拟合方法与未知的频率相关的背景噪声。该方法使用噪声边缘化与平均韦尔奇的周期图，以实现无偏的参数估计，连同一个一致的，非参数估计的残余PSD。此外，我们发现，该方法是等效的迭代重新加权最小二乘拟合的一些实现。我们已经测试了已知PSD的模拟数据的方法，并从几个实验与LISA探路者端到端的任务模拟器分析差分加速度。
2014-08-04 astro-ph.IM gr-qc
Interpolation of the magnetic field at the test masses in eLISA
eLISA的磁诊断子系统的可行设计将以其前身任务LISA探路者的设计为基础。以前的经验表明，在测试质量的位置处的磁场估计具有一定的复杂性。这是由于两个原因。第一个是磁力计通常由于其测量原理而反向作用（即，它们也产生它们自己的磁场），而第二个是为LISA Pathfinder选择的传感器具有大尺寸，这与空间分辨率相冲突，并且与具有足够数量的传感器以适当地映射测试质量周围的磁场的可能性相冲突。然而，存在显著减轻上述两个限制的高灵敏度和小尺寸传感器，并且已经提出来克服这些问题。因此，这些传感器将可能被选择用于eLISA的磁诊断子系统。在这里，我们执行的新的磁子系统的定量分析，因为它是目前设想的，并评估选择这些传感器在磁诊断子系统的最终配置的可行性。
2016-04-28 astro-ph.IM physics.ins-det
