基于VLBI互功率谱的快速射电暴搜索方法研究

Fast radio burst (FRB) is a kind of high energy flush in radio band, of which the search and high accuracy localization is a hot topic in current study of time domain astronomy. By taking the idea of geodetic VLBI fringe fitting and solving methods, the applicant proposes a VLBI cross spectrum based FRB search and localization method. Compared with the widely used station based auto spectrum method, this method provides higher accuracy and is able to extract single pulse signals from RFI contaminated data. This project carries out study on two problems concerning this method: 1. The performance of cross spectrum based dispersion measure search; 2. The single pulse search and localization performance in the whole FoV (Field of View). The applicant has submitted proposal to EVN and got approved, and will carry out study on the above two problems with EVN observation data. Moreover, with the NSFC support, the applicant will develop high performance automatic FRB search pipeline and use legacy geodetic data for testing and performance optimization. The purpose of this project is to carry out FRB search in regular VLBI observations, especially in the next generation geodetic VLBI observation system (VGOS). According to our calculation, it is promising to discover FRB events and further obtain their high accuracy position in VGOS observation.

快速射电暴（FRB）是一种射电波段的高能爆发现象，其搜索和高精度定位是现今时域天文领域的研究热点。申请人借鉴测地VLBI条纹拟合和解算方法，提出了一种新的基于VLBI互功率谱的FRB搜索和定位方法。相较于目前广泛使用的基于台站自功率谱的搜索方法，此方法灵敏度更高，能够从受到电磁干扰的数据中提取信号，因此具有更加广泛的适用性。本项目针对此方法中2个重要问题开展研究：1.基于互功率谱的色散值搜索能力；2.望远镜全视场单脉冲搜索能力和定位精度。申请人已经向EVN提交了观测申请并获得了批准。项目开展过程中将使用EVN观测数据对上述问题进行验证。此外，申请人将在基金的支持下开发高性能自动化搜索管线，并使用现有测地数据对管线进行测试和优化。本项的目的是在常规VLBI观测以及下一代测地VLBI系统VGOS中开展FRB搜索。根据计算，我们有望在VGOS数据中发现爆发事件，进而获得其高精度角位置。

本课题在基金的支持下，发展了一套基于VLBI互功率谱的单脉冲搜索和定位方法。本方法借鉴了测地VLBI数据处理方法，通过条纹拟合使信号功率达到最大，从而达到探测有效信号的目的，并通过测地解算获得单脉冲的位置。相较于成图方法，其计算量更小，效率更高，尤其适合单脉冲这类近似的点源。课题组基于此方法开发了单脉冲搜索管线VOLKS2，可以在常规VLBI观测中开展暂现源搜索，并在专门的暂现源观测中开展单脉冲探测和定位。我们使用欧洲VLBI网的脉冲星观测数据对方法的正确性、可行性以及管线的性能进行了验证。相较于目前广泛使用的基于自功率谱的暂现源搜索方法，本方法抗干扰能力强，经硬件加速后速度与自功率谱方法相当，具有广泛的应用前景。本课题开发的VOLKS2管线相关代码和文档已经开源，供全世界天文学家使用。在其基础上，课题组开发了可以适用于空间和地面各种台站类型VLBI观测的观测规划和仿真工具包OmniUV，发展了一套测地VLBI双极化数据条纹拟合方法，并开展时变源流量监测项目，为后续暂现源观测和研究做好了技术储备。本项目申请书中各项研究内容均已顺利实施并基本完成。基于本课题工作撰写的论文已经发表。