明安图观测基地复杂电磁环境和干扰消减措施

射频干扰是射电天文观测设备无法回避的问题。国家天文台(内蒙古)明安图观测基地多台各具特色的射电观测设备、各类电磁辐射源及其传播路径共同组成了复杂的电磁环境。现有超宽带高分辨太阳射电成像观测设备——明安图射电频谱日像仪,以及即将建设的子午二期工程的太阳行星际监测系统,包括米波-十米波射电日像仪、行星际闪烁望远镜和超宽带射电频谱仪等,全部频率覆盖1 MHz～15 GHz,观测结果用于太阳物理、空间天气监测和预报的关键问题研究,也对电磁环境提出了更高要求。介绍了明安图观测基地的观测设备及其地理环境,给出了方位频率功率谱、立体方向图、时间频率功率谱等射频干扰的初步监测结果,讨论了射频干扰预防、消减及射频干扰自监测方案。     

基于OpenStack的天文台站计算节点自动管理研究

天文数据处理是天文研究的一个重要环节。随着新一代望远镜功能与观测能力的快速发展,在观测地点构建高性能实时计算平台,快速完成数据的分析与处理是一种趋势。针对明安图射电频谱日像仪和明安图观测站实时数据处理系统的建设要求,系统研究了基于OpenStack的本地云实现方法与系统自动管理模式,提出了动态进行计算节点启停的方法,并进行了实际测试。实验表明,该模式完全可以满足天文数据处理的需求,并且比传统的静态分配计算资源的数据处理方法更高效,可以有效地节省能源开销,降低观测成本,对未来天文台站高性能计算平台的建设有一定的参考价值。     

行星际闪烁单站单频数据处理

太阳风是日地空间的主要物质来源,太阳风的观测对日地空间环境及地球物理的研究具有重要意义。地基行星际闪烁观测是监测太阳风风速,测量太阳风等离子体不规则结构,研究遥远致密射电源角径的重要且有效的方法。介绍了行星际闪烁地基观测的单站单频模式的基本理论,针对单站单频模式观测的数据处理及自编软件。本文的工作是为行星际闪烁单站双频系统数据分析处理作前期准备。     

Q波段宽带圆极化器设计与研究

为满足天马望远镜Q波段(35-50 GHz)双波束致冷接收机的需求,介绍了一种Q波段宽带圆极化器的设计。圆极化器采用90°移相器与正交模式转换器组合的方式,其中,90°移相器利用双壁波纹移相结构,仿真结果表明,工作带宽内可以达到90°±3°;正交模式转换器采用十字转门结构,仿真结果表明各端口反射系数好于-25 dB,输出端口隔离度好于-60 dB。文章还给出了对实际加工90°移相器与正交模式转换器具有指导意义的容差分析,并且给出了90°移相器与正交模式转换器组合的仿真结果。组合而成的圆极化器性能满足天马望远镜Q波段致冷接收机的设计指标:端口反射系数好于-20 dB,输出端口隔离度好于-32 dB。     

基于生物学同步模型的WSN群同步算法研究

在研究现有无线传感器网络时间同步算法的基础上,为进一步满足大规模网络对同步算法精度和扩展性的需求,将生物学同步模型引入无线传感器网络中,提出一种分布式的群时间同步算法,并进行仿真验证。结果表明,该算法能够使具有不同初始相位的网络节点最终达到相位同步,满足网络同步要求。     

三频段太阳射电望远镜与空间天气

基于地基望远镜对太阳射电辐射流量进行长期监测是空间天气预报的一种重要手段,用来预报太阳活动引发的地球上的各种扰动。明安图和塔什库尔干两台新的三频段(10.7 cm,6.6 cm和3.3 cm)太阳射电望远镜将服务于我国的空间天气监测和预报,介绍了系统的结构和设计特性、双噪声源定标方法。系统稳定性优于1%(10 h),灵敏度优于1 sfu。展示了明安图太阳射电望远镜2017年试观测的初步结果。     

大型双反射面天线指向误差评估算法

针对天线变形耦合影响指向误差评估精度的问题,提出基于几何光学的大型双反射面天线指向误差评估算法。通过建立变形反射面天线的最佳吻合抛物面、偏移副反射面以及馈源在基坐标下的数学模型,计算反射面辐射区间并确定指向误差权重因子,最终建立天线的指向误差评估模型。为验证算法的正确性,应用该模型对一座在建70 m天线的多组虚拟变形工况进行指向误差评估,其结果与现有波束偏移因子算法以及电磁仿真算法的评估结果进行对比,结果表明,该模型评估的指向误差结果与电磁仿真算法以及波束偏移因子算法的评估结果吻合,所提算法正确。该算法为分析天线变形耦合对指向误差评估精度的影响提供了理论依据,在一定程度上提高了天线的指向误差评估精度。     

快速射电暴的数据统计

快速射电暴于2007年首次在脉冲星巡天的历史数据中被发现,是一种在射电波段观测到的具有色散量的单个强脉冲,其特征为持续时间仅为若干毫秒,峰值流量密度可达到央斯基量级。类似于射电脉冲星的单个脉冲,但其色散显著超过同一视线方向上银河系内星际介质的预期最大值。对截止2018年6月帕克斯望远镜、绿岸望远镜、阿雷西博射电望远镜、UTMOST望远镜和ASKAP望远镜已探测到的52例快速射电暴进行了观测量统计分析,根据模型扣除银河系星际介质导致的色散量后,快速射电暴平均色散量为584.5 pc·cm~(-3),暗示着快速射电暴来自河外。通过最佳拟合估算红移幂律分布谱dN/dF_(obs)=4.14±1.30×F■sky~(-1)·day~(-1)。根据分析结果预计,FAST望远镜使用19波束接收机后,其多科学目标同时巡天在经过一年时间内能发现大约10个快速射电暴,将有效地扩大样本数量,为快速射电暴研究提供重要信息。     

一种激光导引星自适应光学系统中激光上行到达角起伏测量方法的研究

激光导引星波前倾斜测量问题是限制自适应光学技术在天文领域广泛应用的关键问题之一。测量并改正激光上行到达角起伏是解决这一问题的有效方法。提出一种基于统计平均算法而不依赖自然导引星和辅助望远镜的测量方法,可以有效地测量出激光上行到达角起伏。利用具有子孔径阵列的哈特曼波前传感器对激光信标进行探测,选择部分子孔径进行倾斜量的统计平均以获得激光上行到达角起伏。仿真了统计平均算法的误差随子孔径数量的变化关系。结果表明,最小算法误差相对于望远镜全口径倾斜误差的下降比例与大气相干长度无关,而与望远镜口径有关。望远镜口径越大,算法误差相对于全口径倾斜误差下降越多。当望远镜口径为10 m时,最小算法误差下降为望远镜全口径倾斜误差的33%。     

闪烁类星体红移-视星等关系的进一步探讨和减速因子q_0的估算

本文对具有行星际闪烁的类星体的红移-视星等关系作了进一步的探讨,结果表明强闪烁弱光变的类星体可能具有大致相近的光度.利用Mattig的光度距离公式,估算了宇宙减速因子q_0的最佳值是1.9.     

MUSER的负数据库接口设计与实现

明安图射电频谱日像仪目前已经进入常规观测,必将产生海量的观测数据。针对日像仪需要高效管理其产生的海量观测数据并提供高效检索服务的需求,负数据库管理系统提出并被应用到日像仪中。详细介绍了负数据库的接口设计与实现,并通过实验验证了所设计接口的有效性和性能。负数据库管理系统不仅可以有效解决日像仪面临的问题,也可以为新一代望远镜负数据库管理系统提供参考。     

遮挡效应的太阳射电观测和仿真

遮挡效应是多天线复杂系统设计一个重要考虑因素。国家重大科技基础设施项目子午工程二期建设完成后,明安图台站各类天线总数将达到373套。受限于测试场地、模型复杂度和计算量,特别是对电大尺寸障碍物的遮挡效应通常很难实测和预测。明安图台站太阳射电望远镜(Mingantu Solar Radio Telescope, MST)在2017～2020年S, C和X频段的观测数据显示了以20 m天线和远方丘陵为障碍物的遮挡效应,并可以分为天线、大气和丘陵3个不同特性区域。基于ITU-R P.526-15建议书单刃峰绕射损耗预测方法,进行20 m天线反射面仿真建模和近似计算。观测和仿真结果显示,绕射损耗随频率变化趋势基本一致,遮挡效应与波长、障碍物特性及其相对源和接收天线的距离和角度、接收设备的天线波束和动态范围等有关。     

基于QT的MUSER观测数据多屏图形化实时显示的设计与实现

对天文望远镜的观测数据或控制过程状态进行实时的图形化显示,是天文仪器研制过程中的一个重要环节。随着Linux操作系统在天文领域的广泛应用,如何开发基于LINUX图形界面的实时图形化显示系统成为一种迫切需求。针对我国明安图超宽频射电日像仪(Mingantu Ultrawide Spectral Radio Heliograph,MUSER,原名为中国射电频谱日像仪,CSRH)实时观测数据图形化显示的要求,给出了一种利用QT架构进行实时、多屏的图形化展现方法,并以互相关与自相关数据实时展现为例进行了验证。实验表明本方法完全可以满足MUSER实时观测监控的要求,并且具有简单、快捷、可移植性好等优点,克服了LINUX下X-WINDOW编程困难等难题,对其它望远镜设计类似功能有一定的参考价值。     

密云综合孔径射电望远镜的相加系统及相应软件

本文描述了密云综合孔径射电望远镜的相加系统，以及该系统将被应用于行星际闪烁观测、脉冲星观测、一维太阳高速扫描和射电源定标等工作。     

新疆奇台110米射电望远镜主焦点馈源换馈方案研究

随着射电天文研究的不断深入,科学家对望远镜分辨率和灵敏度的要求也不断提高,同时要求望远镜具有更宽的观测波段。单口径望远镜低频波段用主焦点接收,馈源尺寸可以更紧凑。为了不影响双反射面天线次焦点的馈电功能,主焦点馈源的放置及换馈方案必须高效合理。以建于新疆奇台的110 m口径全可动射电望远镜为研究对象,以意大利SRT 64 m和德国Effelsberg 100 m射电望远镜为参考,对两种方案应用于奇台110 m射电望远镜的可行性进行分析,并提出一种利用线性模组进行主焦馈源快速切换的新型方案。进行了直线模组机构的建模和仿真,并对口径面信号遮挡进行了分析,结果表明,此方案能有效满足望远镜的工作需求。     

太阳风的电波传播观测研究

本文以行星际空烁为主，综述了通过电波传播的观测来研究太阳风的方法及近３０年的观测结果。概述了这种方法的优缺点，基本假设和基础理论，讨论了这种方法所得到的太阳风电子密度谱，太阳风三维结构以及与太阳活动周的关系，特别是肯定了闪烁测量在研究太阳风加速区问题中的作用。并且结合当前的国际日地物理计划指出了９０年代的研究重点。最后，简述了北京天文台密云站射电天文设备用于行星际闪烁观测的可能性及特点。     

基于优先策略的动态选星算法

论述了LAMOST巡天观测战略系统(SSS)中观测策略的实现方法选星算法问题．以国外SDSS望远镜为例介绍了静态选星算法，分析了其不足之处，并结合LAMOST望远镜的特点，提出了一种新的选星算法-“动态选星”算法．动态选星算法基于优先策略原理，可以在满足覆盖完备性的基础上，优化观测效率，并能方便地兼顾观测条件的约束．给出了算法的原理和框架描述，并针对算法进行了模拟计算，证明了算法的有效性．另外需要指出的是动态选星算法不仅适用于LAMOST，它可以普遍地应用于多目标光纤望远镜的巡天选星．     

基于DMD的时变目标模拟研究

在太阳望远镜的相关跟踪稳像系统的实验室研制阶段,需要能反映真实时变特性的面源目标。动态目标模拟装置应兼具高刷新率和高成像质量的特点。目前,国内外使用的目标模拟器的帧频普遍较低,有的在高速显示时会出现亮度闪烁现象,不适于本系统的应用。使用数字微镜阵列(Digital Micromirror Device, DMD)作为相关跟踪稳像系统的显示器件进行实验,以图像序列的相关系数值为衡量动态目标演化特性的指标,研究了不同目标图像、灰度级、帧频等因素对模拟效果的影响。实验结果表明,对目标时变特性的模拟效果与观测站进行太阳观测的实际情况吻合,使用数字微镜器件提供动态模拟目标能够满足稳像系统的开发需求。     

日球层电流片的构形及其成因

日球层电流片的存在已被普遍接受。关于行星际日球层电流片的构形及其成因,即它是日冕高度上日球层电流片在行星际空间的简单延伸还是行星际动力学演化的结果,目前看法尚不一致.本文首先分析日球层电流片的瞬时形态(一个太阳自转周这样的时间尺度上)和平均形态(大于半年这样的时间尺度上),然后提出一个日球层磁合成模式,尝试解释瞬时和平均构形的形成。     

行星际闪烁(IPS)研究新进展

太阳风行星际闪烁（ｉｎｔｅｒｐｌａｎｅｔａｒｙ ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎ,ＩＰＳ）研究在太阳物理,日地空间物理和空间天气学研究中具有重要科学意义,经过近３０年重点研究太阳风后,从９０年代初开始,ＩＰＳ研究在太阳风与日球观测的对比分析、行星际扰动与地磁活动预报,观测数据的层析分析三方面都取得了新的进展。