边带分离型超导SIS接收机本振耦合噪声研究

超导SIS (Superconductor-Insulator-Superconductor)接收机因极低的接收机噪声温度成为毫米波和亚毫米波段射电天文观测的首选.本振系统耦合噪声也是接收机噪声的一部分,在多年的天文观测中,发现本振耦合噪声无法完全忽略,对天文观测的灵敏度有一定影响.采用两个不同种类的信号发生器作为本振系统初级信号源,测试了超导SIS接收机的噪声温度,发现信号发生器输出的基底噪声能够耦合到接收机内部,从而增加接收机噪声强度.分析研究了本振系统热噪声和信号发生器基底噪声对接收机噪声的影响.通过在信号发生器输入端加入窄带滤波器滤除其基底噪声,消除了信号发生器基底噪声引入的接收机噪声,降低了接收机的整体噪声,提高了望远镜的灵敏度.     

基于小波变换的脉冲星弱信号的去噪方法研究

利用小波变换去除噪声的基本原理和方法及消色散方法对毫秒脉冲星极弱信号进行了提取,并对噪声进行了最佳阈值选取实验研究,实现了脉冲星弱信号消色散积累后的检测和抑噪.并研究了软硬阈值估计子等不同阈值消噪技术,进而对PSR 0437-4715信号采用不同方法去噪后的结果进行了分析比较,认为在最大分解层数J=5时对脉冲星信号处理有普适意义.研究结果认为基于小波变换的消噪方法是一种提高信噪比、展示噪声和突变信号的优越方法.     

等功率谱滤波法进行图橡恢复的测定

利用计算机数值模拟的方法，对等功率谱滤波方法的图像恢复效果进行测定，原始清晰图像选用以（0，0）为圆心的台阶式灰度图，且台阶灰度值非常接近，这些清晰图像首先进行系统退化，然后加入噪声（本文选用白噪声）生成脏图，图像恢复采用等功率谱滤波器，并将信噪比简化为常数k，图像恢复效果的好坏，用恢复后图像的信噪经和台阶的陡度（台阶的下底宽减上底宽，单位为像素个数）来定量测量，并结合普通图像的恢复，进行定性的视觉观察，主要测量退化图像的信噪比对图像恢复效果的影响，结果是：当信噪比＞15：1，图像恢复效果较好，当信噪比小于该值时，图像恢复效果较差，当信噪比下降到5：1时，图像恢复效果极差，几乎无法辨认，其次是系统传递函H对图像恢复效果的影响，也进行了一些讨论，最后，通过对实际的天文图像进行恢复，验证了测量过程的合理性和结果的正确性，并列举了等功率谱波器的一个典型应用，即在同态滤波器中使用等功率谱滤波器的传递函数。     

基于加权滤波的低信噪比LAMOST光纤光谱信号降噪

针对低信噪比条件下光谱抽取精度较低的问题,对输入二维光谱图像进行预处理,提出了一种在Wigner时频域加权滤波的方法进行光纤光谱信号降噪,改善低信噪比的光谱数据质量。针对传统低通滤波不能滤除通带内混叠噪声的缺陷,采用Wigner变换获取光谱信号高集中度的时频分布。先构建带通滤波器滤除较分散的明显噪声分量,再针对通带部分设计加权滤波器,根据信号的先验信噪比进行非线性处理,最后利用Wigner变换的边缘特性重构有效信号。实验部分采用大天区面积多目标光纤光谱望远镜(the Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope,LAMOST)系统的仿真和实测数据验证算法的有效性。     

利用弱引力透镜效应的尖峰和尺度-尺度相关统计区分暗能量模型

为了研究不同宇宙学模型下弱引力透镜效应的性质,利用N-体模拟产生的数据,通过光线追踪技术,生成二维的κ样本.对应于不同的暗能量状态方程参数的模型,即w=-0.8,w=-1.0,w=-1.2,生成了3组样本.对于这些模型所生成的样本视场均为3°×3°,并假设所有作为背景源的星系都分布在z=1处的平面上.对这些κ场的样本均进行了尖峰统计和尺度-尺度相关的统计.对尖峰的统计结果显示,包含噪声的κ场中尖峰分布在不同模型下的差别还是存在的.噪声改变了中等幅值和小幅值的尖峰分布,而对高幅值的尖峰分布影响不大.同时降噪后κ场中高幅值尖峰分布的结果表明,降噪后不同模型间高幅值尖峰分布的差别还是非常明显的.对于尺度-尺度相关统计,分析了不同模型的尺度-尺度相关系数的累积概率分布函数,w=-1.2的模型与w=-0.8和w=-1.0的模型的差别能达到20%和30%.因此尺度-尺度相关的统计结合尖峰数目的统计,可以做为确定暗能量状态参数的一种新的手段.     

基于FPGA的多轴步进电机控制系统

观测技术及仪器的进步推动了太阳物理的研究,步进电机是各类观测仪器精密结构调整部件中经常采用的驱动源,步进电机控制系统的性能直接影响太阳望远镜的数据精度和时间分辨率。介绍了一套怀柔太阳观测基地自主研制的多轴步进电机控制系统。该系统以现场可编程门阵列为核心控制器,利用中断处理机制及输入/输出寄存器产生多路晶体管-晶体管逻辑电平(TTL)方波信号,结合驱动器实现多轴步进电机控制;通过周期信号化简处理算法缩短电机调整时间;以霍尔器件作为位置传感器实现系统闭环控制,通过对霍尔信号的软、硬件滤波处理,提高信号识别的准确率;设计了板载存储电路,实时保存系统关键参数,大幅提高系统整体的可靠性。同时,该系统设计了丰富的输入/输出接口、通讯接口,提高系统的可集成性。目前该系统已在多台太阳望远镜中投入使用。     

调相白噪声背景中高稳频率源参数估计

调相白噪声背景中高稳频率源参数的估计是一个应用广泛的信号处理问题 ,给出了利用平方拟合估计频率源参数的方法 ,它是最小平方误差意义下的估计 ,并根据模拟的数据对这种方法作了验证。     

自由地核章动的时变特性

对VLBI观测确定的IAU1980章动模型的天极偏移序列进行分析,结果显示自由地核章动在1990年以前的幅值比其后为强,其时变强度比周年受迫章动的为大．另外,小波变换的时频谱分析结果显示在天极偏移序列中存在一幅值约0．1毫角秒的准两年周期信号．仅从目前的数据分析结果尚不足以确定此信号与顺向自由地核章动之间的关系,进一步的观测检,验和深入的内核动力学研究是非常必要的．     

基于ADF4360-8的锁相环频率合成器的设计与实现

为满足工程需要,设计并实现了一种基于锁相环芯片ADF4360-8的低噪声高稳定度频率合成器.给出了该频率合成器的设计原理、硬件组成、软件设计及其实现方法与流程.重点介绍了一些主要芯片和关键电路.该锁相环频率合成器输出的100 MHz较高频周期信号的峰-峰值达到2.16V,能直接驱动TTL电路.测试结果表明该频率合成器输出的频率信号稳定,噪声低,幅度大.     

Whittaker-Vondrak法滤波本质的探讨和数值滤波的方差与相关性估计

本文讨论了Whittaker-Vondrak平滑法的滤波本质,获得了调整参数ε、周期P和频率响应A之间关系的理论表达式,从而证实了Vondrak由正弦函数的计算得出的经验结果,并推广了平滑度的定义,得到了不同定义下频率响应的表达式。根据滤波前后噪声谱密度分布的特性,我们还获得了单位权与平滑值中误差,以及滤波结果的自相关系数的估计公式,从而进一步完善了W-V法。     

吸积盘随机振荡光度功率谱密度中低频准周期振荡现象的研究

采用含有频率涨落噪声和指数形式关联随机力作用的广义朗之万(Langevin)方程模型描述黑洞吸积盘的垂向振荡,推导出吸积盘随机振荡光度功率谱密度的解析表达式,并讨论了系统参数对功率谱密度中低频准周期振荡(Low Frequency Quasi-Periodic Oscillations,LFQPOs)现象的影响。研究结果发现选取合适的系统参数时,功率谱密度曲线上出现了一个基频和一个二次谐频的共振双峰低频准周期振荡,基频峰对应的中心频率为吸积盘振荡的特征频率;随机力关联时间决定了基频峰的高度和宽度,频率噪声强度和粘滞阻尼只对二次谐频峰产生影响。结果说明吸积盘的随机振荡模型可以作为低频准周期振荡起源的一种解释。     

大气参数变化对VLBI对流层时延计算值的影响

本采用我国上海、昆明和乌鲁木齐三个VLBI站的对流层大气高度参数ht和对流层内温度垂直梯度βt参数月均值资料，估计了对干大气时延的影响，结果表明在地平高度ε＝10°－20°时两参数的变化可引起干大气时延周年变化的幅值分别为1-5mm和2-15mm；ht的周日变化也可引起大气时延周日变化约1mm，因此，对于1ps级精度的VLBI物理模型，ht和βt不应当采用测站的固定常数值。     

基于CSST多色测光的时序测光精度分析

中国巡天空间望远镜(Chinese Survey Space Telescope, CSST)是中国的首个大型空间光学望远镜, 将对包括系外行星探测在内的诸多科学目标开展研究, 有望取得前沿科学进展. 时序测光精度是CSST重要的性能指标, 受到物理噪声和仪器噪声的影响, 需要通过数值模拟对其分析和评估. 模拟基于目前公布的CSST主要技术参数, 建立了时序的恒星信号和噪声模型, 以CSST的i波段为例, 分析凝视观测模式下的测光精度. 通过数值仿真, 展示了孔径测光中各项噪声的贡献, 特别是由指向抖动和像素响应不均匀性导致的抖动噪声. 模拟结果还给出了测光孔径的推荐范围. 为了获得更高的信噪比, 可以减小仪器抖动振幅和像素不均匀性, 或者采用参考星较差测光的方式. 结果为CSST后续的时序测光精度与不同指标参数的相关性分析、系外行星探测能力评估以及测光数据处理提供了模拟数据的支撑.     

基于定标和图像处理的数字相机串扰图像修正方法

针对多通道数字相机因信号串扰导致的输出图像重叠问题,基于自行研制的四通道CCD数字相机系统数据,对串扰系数进行了追踪测试,发现串扰系数与输入信号强度和系统读出速度有特定的规律。对于这类系统噪声类串扰,提出了一种基于定标和图像处理的串扰图像修正方法。该方法通过定标建立串扰比例系数与像素数字编码(Digital Number, DN)的关系,再由串扰通道反推被串扰通道的干扰量,通过还原算法进行系统差修正,最终消除串扰。测试结果表明,经过该方法修正后的图像,串扰程度可降至基底白噪声量级,图像质量得到大幅改善。该方法对成像系统中因硬件工艺缺陷造成的固定图案噪声的消除有显著效果,对系统噪声类干扰也有抑制作用,在实际应用中可以作为一般成像系统优化图像质量的补充。     

多路皮秒时差自动测量系统的研制(摘要)

介绍一个研制成功了的多路皮秒时差自动测量系统。该系统基于双混频时差(DMTD)测量原理,是一个适用于多个频标相位和长短期频率比对的高精度测量系统,比对信号采用5MHz,与一个分辨力为1ns的计数器相配,时差测量的理论分辨力为0.2ps,相位测量的本底噪声为±0.3ps(rms),频率测量的本底噪声σ_y(τ)为4×10~(-13)/τ(τ≤100s)。     

高稳定性数字钟的分析与实现

介绍一种高稳定、低功耗、多功能、小型化的数字钟 ,由数字钟插入相位噪声引起的 1pps输出信号相位抖动为 5 .3ps,前沿上升时间为 4 .6ns ,指标测量通过 2m长 5 0Ω高频同轴电缆并接 5 0Ω电阻性负载 ,输入信号为 10MHz正弦波信号 ,移相精度为 10 0ns,同步精度≤ 10 0ns,通过RS 2 32接口每秒一次的速率以ASCII码格式输出时间信息 (年、月、日、时、分、秒 ) ,在接数显钟面时其功耗为2W ,不接数显钟面时为 1.2W。     

VLBI测控信号群时延及相时延解算方法研究

由于探测器天线没有对准地球,遥测信号时有时无或卫星飞离地球更远,导致地面接收到的测控信号带宽变窄,使VLBI群时延测量误差增大,野值点增多。针对这些情况比较了剔除野值点加权幅度的直线拟合、剔除野值点加权幅度平方的直线拟合、剔除野值点加权幅度3次方的直线拟合和剔除野值点加权幅度4次方的直线拟合在求解测控信号群时延时的优劣,得出剔除野值点加权幅度平方的直线拟合3基线群时延闭合效果最好和可决系数平均值较大的结论,并作为测控信号群时延拟合方法。为了进一步减小VLBI时延测量误差,还研究了将含有整周模糊度的相时延在整个观测期间内进行连接,并整体移至群时延中间位置的处理方法,从而得到了含微小偏移量的相时延数据。含微小偏移量的相时延随机误差与群时延相比大幅降低,系统误差相对来说更易在定轨处理中解算。这为嫦娥二号奔向远方等信号变弱情况下的时延测量精度的提高提供了一种新方法。     

北京天文台六厘米波段太阳射电望远镜及观(英文)

北京天文台自1986年开始高时间分辨率的六厘米波段强度干涉仪的研制,计划在北京、昆明、乌鲁木齐设三个站,可发现角经0.01″的源。1988年初完成了北台单站接收系统,并取得了部分观测资料。主要性能如下:天线口径1.5米;接收频率5070±50MHz;高放噪声温度150K;中放带宽40MHz;系统时间常数0.2μs。系统见图1。采用前置微波高放未提高系统的灵敏度。用气体放电噪声管加15db定向耦合器组合作噪声标准源,以噪声源的输出温度为单位来测量每天的太阳强度m,由多日积累的m_i(i=1……n)与SGMR 4995MHz(引自S.G.D)的值取相关得线性相关参数a、b。由此得每天的绝对流量。目前只是初步的结果。表1为逐日的太阳射电强度m;SGMR 4995MHz;y;及黑子相对数Y。图2为V—m及y—m相关图,图上为S_p、S_n、Y及y的逐日变化图。表2为巡视观测中记录的部分爆发。六厘米强度干涉仪已取得的结果显示与太阳射电的国际频谱有很好的相关。三站(北京、昆明、乌鲁木齐)的强度干涉仪网建立后(1990年)所取得的高时间分辨率爆发的精细结构将具有极好的可靠性。该网将参加全国性的太阳活动联测。     

一种铷原子钟双钟热备相位无扰切换系统的设计

为了满足时间统一系统中主钟与备份钟的时间、频率信号在切换时的连续性要求,提出并实现了一种铷原子钟双钟热备相位无扰切换系统的技术方案,阐述了双钟间频率与相位同步和信号无扰切换的方案原理,给出了系统组成与主要控制程序的框图及测试结果。采用本方案可使主钟与备份钟输出信号的时差小于±0．55ns,并实现了信号的无扰切换,满足了工程应用的要求。     

双黑洞系统的不同起源及其参数分布

双黑洞组成的近密双星系统并合是激光干涉仪引力波天文台等地基引力波探测器的主要探测对象。随着探测器灵敏度的提高,大量该类信号的探测将成为进一步研究黑洞物理的有效工具。但是目前对双黑洞系统的起源机制和内禀参数分布等物理问题的研究还不够深入,例如由引力波探测得到的黑洞质量分布与X射线双星观测的结果存在较大差异,还未有很好的理论模型可解释该结果。目前普遍认为双黑洞系统主要有两种起源:大质量双星演化机制和动力学起源机制。基于这两类起源的双黑洞系统在质量、自旋分布等方面存在差异。因此可在贝叶斯理论框架下,利用引力波信号携带的波源质量和自旋等信息,推断波源起源,计算不同起源的双黑洞系统所占比例,以及检验质量自旋等参数分布的差异。