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脉冲星实测数据成图(配合TEMPO2和GNUPLOT实现)

2022-04-10 01:13 作者:无极渊  | 我要投稿

在此之前,已经使用师兄的笔记(https://www.bilibili.com/read/cv2725649/)进行了数据拟合练习,现续写该笔记,基于拟合得到的par文件进行某两项参数的关系成图。笔记用于个人记录,也方便后续伙伴参考。

我们之前所做的拟合,最终目的是通过实测数据得到一份新的par文件。也就是该脉冲星在本次实测所得的参数表。其中包含了观测时间、自转频率(F0)、自转频率变化率(F1)、色散量(DM)、双星轨道周期(PB)等参数以及它们的不确定值。

现对师兄笔记进行几条补充

1、对于CSIRO数据库PARKES观测的FTp或rf数据进行集中打包下载并解压后,发现文件夹结构为多个xxxxv00x文件夹+1个CSIRO_DAP_Metadata文件夹,xxxxv00x文件夹下为1个processed或raw文件夹,打开后才是FTp或rf文件。要对全部数据进行处理,就需要将所有数据移动到同一文件夹下,而逐个手动移动过于繁琐麻烦,对于这种情况,(假设我们现在处于解压后的文件夹,命名该文件夹为脉冲星名称,即Jxxxx-xxxx,则当前所在路径为~/Downloads/Jxxxx-xxxx/)可使用如下命令:

~/Downloads/Jxxxx-xxxx$ mv [1-9]*/*/*FTp  ./

~/Downloads/Jxxxx-xxxx$ mv [1-9]*/*/*rf  ./

然后

~/Downloads/Jxxxx-xxxx$ ls

此时可以发现所有数据文件都已移动到当前Jxxxx-xxxx文件夹,之后,若想删除已经为空的多个xxxxv00x文件夹以及暂时无用的CSIRO_DAP_Metadata文件夹,从而只保留所有数据文件,则可执行

~/Downloads/Jxxxx-xxxx$ rm -rf */

此时再

~/Downloads/Jxxxx-xxxx$ ls

发现Jxxxx-xxxx文件夹内已全是FTp或rf数据文件

2、Chisqr/nfree接近1时拟合好

3、可以调整EFAC(误差倍数)来调整拟合效果

4、MODE:对误差取权重

5、取单个观测频率的数据拟合

6、自转减慢率小、流量大、周期长的脉冲星更方便拟合

7、pat -A可修改产生tim文件的算法

8、Glitch前后要对MJD分开拟合(par中修改START和FINISH)

9、PSR Catalogue 网站中的S400、S1400、S2000代表400、1400、2000MHz附近频率的流量强度,流量强度即流量-相位图中脉冲开启到脉冲结束范围内的面积,其值大于0.2的,可研究性更高

10、可用pazi命令来处理raw(.rf)文件,以消去干扰比较强的通道或子积分,使轮廓整体的质量变高,具体可用pazi -h来查询其用法,可以先用pam -D xxx.rf -m命令来对rf消色散并取代原来的rf,这样,色散消除后,各频率通道的脉冲都已对齐,再执行pazi命令消干扰

11、拟合时,残差图的数据区间要尽可能大,最好只拟合F0和F1

现在我们需要通过GNUPlot软件对本次数据测得的某两个参数进行成图,以观察它们之间的函数关系。


  • (一),对于par文件中包含的两个参量:确立多个数据点,数据点越多越密集,最终图像越具有统计学意义.

1,确定最后拟合所得的par文件和tim文件(这里暂时根据个人习惯命名为0.par和0.tim).

2,查看与编辑par文件.

~/Downloads/Jxxxx-xxxx$ gedit 0.par

3,查看这组数据的par文件中的 首次观测日期(START) 和 末次观测日期(FINISH) 的值(一般START的下一行就是FINISH),这两项的值以五位数的儒略日纪年表示(具体可以百度儒略日和公元日期转换关系).

4,对这个时间区间进行等分,分为n个子区间(最终将得到n个数据点),拟合生成n个par文件.

具体做法:例如,0.par中START为51000,FINISH为53000,假设我们需要10个数据点,相邻两个的间隔MJD则为200,现将0.par中的START设为51000,FINISH则在51000基础上加200,设为51200,并在START项和FINISH项对应的MJD后分别打一个空格,并键入1(1表示该项参数参与拟合),修改完成后保存为1.par,

之后,利用1.par与0.tim进行拟合:

~/Downloads/Jxxxx-xxxx$ tempo2 -gr plk -tempo1 -epoch center -f 1.par 0.tim

拟合后在PGplot中选择new par点击,在终端中键入新一份par文件名并确定(可命名为2.par),退出PGplot并查看编辑这新的par文件:

~/Downloads/Jxxxx-xxxx$ gedit 2.par

将START修改为之前的FINISH值,也就是51200,在51200上加200作为新的FINISH值,并空格输入1表示参与拟合

START 51200  1

FINISH 51400  1

保存退出,再使用修改过MJD区间的2.par,与0.tim拟合:

~/Downloads/Jxxxx-xxxx$ tempo2 -gr plk -tempo1 -epoch center -f 2.par 0.tim

重复上述过程产生3.par,并修改MJD区间继续拟合,直到MJD总区间(51000-53000)全部被子区间覆盖完成,并生成了从1.par到10.par的10个新par文件.

这里注意几点:

    (1)分区间拟合时,每个子区间最好包含6个左右的数据

    (2)每个子区间拟合后的残差,都应表现为在0的上下,拟合后的残差整体都应接近白噪声

    (3)每个子区间的拟合项都应相同,不能1.par拟合F0、F1,而2.par又增加F2参与拟合

5,使用grep命令将这10个par文件中的某项参数值提取为txt文本文件,例如提取自转频率F0:

~/Downloads/Jxxxx-xxxx$ grep F0 *.par > F0.txt

这里*号表示在全部par文件中进行提取,但我们不需要0.par,因为0.par中MJD区间为总区间51000-53000,所以需要在执行上述命令前提前将0.par移出当前文件夹.

6,查看F0.txt,应表现为一个包含多列的文本,通常第一列为文件名,第二列为该参数值,第三列为不确定值。

7,用第5步方法提取第二项参数为txt文本,例如MJD.txt

这里需要注意的是,如果直接使用

~/Downloads/Jxxxx-xxxx$ grep MJD *.par > MJD.txt

提取MJD参数,那么默认提取的MJD数值是par文件中的TZRMJD,而我们需要的是该子区间的中值MJD,即PEPOCH:

~/Downloads/Jxxxx-xxxx$ grep PEPOCH *.par > MJD.txt

8,将两个txt文本合并为一个,并输出为F0-MJD.txt:

~/Downloads/Jxxxx-xxxx$ paste F0.txt  MJD.txt >  F0-MJD.txt

查看F0-MJD.txt,并确定所需要的两项参数值所在的列数,假设F0在第2列,MJD在第6列.

9,调用GNUplot进行绘图:

~/Downloads/Jxxxx-xxxx$ gnuplot

gnuplot> set xlabel 'MJD'       #此处将MJD设置为x轴标

gnuplot> set ylabel 'F0'          #此处将F0设置为y轴标

gnuplot> plot 'F0-MJD.txt' every ::0::10 u($6):($2) w lp pt 2 lt 2 lw 2      

#此处含义为,以F0-MJD.txt为列表数据来源,进行绘图,every之后为列表中行数的取值,之前所取的10个数据点在列表中表现为10行,所以从第0行取到第10行,用every ::0::10表示;u之后为x轴参数和y轴参数,u($6):($2)表示以第6列为x轴取值,第2列为y轴取值;w之后是对图像中 线和点 的样式设置,此处lp pt 2 lt 2 lw 2意为点线图,点的样式为2号样式,线的颜色为2号样式,线的宽度为2.


GNUplot详细使用方法可自行搜索.



至此F0-MJD图像已经绘制完毕.


  • (二),对于par文件中未包含,但FTp文件中包含的两个参量:直接利用pdv命令产生txt数据列表.

1,利用pdv命令输出全部FTp文件包含的参数为txt文本:

~/Downloads/Jxxxx-xxxx$ pdv -f *.FTp > FTp.txt

2,查看并编辑FTp.txt:

~/Downloads/Jxxxx-xxxx$ gedit FTp.txt

发现奇数行全部为参数项名称,要输出为纯数据列表,需要将奇数行删除,输出为FTp1.txt:

~/Downloads/Jxxxx-xxxx$ sed '1~2d' FTp.txt  > FTp1.txt 

3,参考第(一)节第9步进行绘图.

附—— 几个脉冲星数据处理相关的常用网址:

  • CSIRO Data Access Portal - ATNF Pulsar Observation Search(澳大利亚国立射电天文台ATNF基于澳大利亚Parkes 64m射电望远镜对脉冲星进行实测所采得数据文件的下载平台,可通过筛选来查找数据文件进行下载分析;数据文件多为.FTp和.rf格式,每个文件都是一次观测所采集的实测数据)

    https://data.csiro.au/domain/atnf?redirected=true

  • The ATNF Pulsar Catalogue(澳大利亚国立射电天文台建立的大部分已经被观测到的脉冲星数据库)

    https://www.atnf.csiro.au/research/pulsar/psrcat/

  • Pulsar Reference - Software Installation, ATNF(国际脉冲星学界上常用的数据处理软件及其所需依赖的安装与配置流程教学)

    https://www.atnf.csiro.au/people/Lawrence.Toomey/pulsarref/pulsar-software-install-centos-64bit.html#:~:text=Software%20Installation%20for%20Pulsar%20Data%20Analysis%201%20CentOS,5%20Build.%20...%206%20Common%20installation%20problems.%20

  • NASA-ADS(Astrophysics Data System,美国国家航空航天局建立的天体物理数据中心,可用于查询论文,并配合Arxiv进行免费阅读及下载)

    https://ui.adsabs.harvard.edu/

  • Astrophysics-Arxiv(Arxiv,美国康奈尔大学建立的论文预收录网站,提供论文的免费下载与阅读,论文库庞大,已发展成为世界学术交流的最大平台;可在Astrophysics板块查找天体物理专业相关的文献)

    https://arxiv.org/archive/astro-ph

  • Jodrell Bank射电天文台对既往观测到的脉冲星glitch (周期跃变现象) 的记载

    https://www.jb.man.ac.uk/pulsar/glitches/gTable.html

  • 以上网址为当前因需收集,日后可能会有所补充。

感谢

中科院新疆天文台 袁建平老师

中科院新疆天文台 周恒逸师兄

他们对本人在脉冲星数据处理基本技能方面的帮助至深至切。

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