射电望远镜多目标观测策略优化

望远镜调度是望远镜运行中的关键组成部分, 用于辅助科研人员进行合理的观测计划安排, 提高望远镜的运行效率, 获取高质量的观测数据. 然而, 由于不同观测项目的科学需求不同, 望远镜的调度过程十分复杂. 针对短周期多目标的观测项目, 考虑望远镜换源时转动时长、观测高度角等因素进行建模, 采用贪心算法对中国科学院新疆天文台南山26m望远镜脉冲星到达时间观测列表进行调度. 通过模拟表明, 使用算法完成的观测列表可以有效地减少观测过程中的平均转动时长, 提升观测数据的质量, 提高望远镜时间利用率, 减少科研人员对观测列表编排的负担.     

The H.E.S.S. central data acquisition system

The High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) is a system of Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes (IACTs) located in the Khomas Highland in Namibia. It measures cosmic gamma rays of very high energies (VHE; >100 GeV) using the Earth’s atmosphere as a calorimeter. The H.E.S.S. Array entered Phase II in September 2012 with the inauguration of a fifth telescope that is larger and more complex than the other four. This paper will give an overview of the current H.E.S.S. central data acquisition (DAQ) system with particular emphasis on the upgrades made to integrate the fifth telescope into the array. At first, the various requirements for the central DAQ are discussed then the general design principles employed to fulfil these requirements are described. Finally, the performance, stability and reliability of the H.E.S.S. central DAQ are presented. One of the major accomplishments is that less than 0.8% of observation time has been lost due to central DAQ problems since 2009.     

IPS Observations at Miyun Station, BAO

IPS observations have recently begun at Miyun Station, Beijing Astronomical Observatory. This paper briefly describes the radio telescope at Miyun Station, discusses the observation and the data reduction procedures, and presents the preliminary results of observations on IPS source 3C48. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

LAMOST观测控制系统用户界面设计

位于国家天文台兴隆观测基地的大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)是世界上最大的、可操控的反射施密特望远镜。为了便于控制望远镜,提高观测效率,设计了观测控制系统图形用户界面。首先分析了LAMOST望远镜的控制软件体系结构,采用基于场景的以用户为中心的设计方法,对界面进行了分析和设计。使用Qt、CORBA、多线程技术和MVC模式,实现了用户界面,并对界面进行了测试。最后,用户界面得到了用户的认可,成功应用于LAMOST观测。     

德令哈13.7m望远镜多波束接收机的运行

德令哈13.7 m望远镜是中国最重要的射电望远镜之一.望远镜自安装超导成像频谱仪以及采用飞行观测模式以来,运行近10 yr.在此期间,望远镜开展并完成大量的天文观测,累积了巨量的天文数据,取得了一系列重要的科研成果.介绍了超导成像频谱仪在天文观测中的运行状态,运行中疑难问题、故障现象及解决方案.详述了超导成像频谱仪各方面性能测试及多年来的性能分析,包含接收机噪声温度及望远镜系统噪声温度、镜像抑制比、接收机稳定性、波束性能等方面.列举了超导成像频谱仪更新发展方面的工作,包含本振功率自动化调整、边带分离型超导混频器预放大电路的更新、控制程序的优化等.总结经验和规律,承前启后,将过去的超导成像频谱仪的维护运行经验应用到之后新一代大规模接收机系统中.     

LAMOST网络控制系统结构

LAMOST(大型多天体分光望远镜)建成后将成为世界上视场最大、光谱观测效率最高的4m级口径以上的光学望远镜。它将要同时高效地观测4000颗星的光谱,这对网络控制系统的设计是巨大的挑战。该文主要从LAMOST网络控制系统构建的角度介绍了系统如何在大数据量、多任务的情况下实现各子系统控制、环境监测、授时和无线远程监控等功能,叙述了在该系统中运用的实时分布式操作系统、实时数据库,全球定位系统(GPS)和全球移动通讯系统(GSM)等多项技术．     

分布式望远镜控制系统的构想和实践

介绍了一种基于分布式控制思想的望远镜系统控制方案。使用这种控制方式可以大大简化望远镜电控系统的维护和改造工作，且扩展性强。我们通过在兴隆基地几台望远镜上的前期试验，在本中提出一个基于无线串口通讯的具体实施方案。     

1米太阳望远镜液压监控系统

1m太阳望远镜的方位驱动控制系统采用液压轴承,液压系统正常工作时望远镜才能实现平稳旋转。可通过油压、油温监测液压系统的工作状态。针对原有液压系统不能提供其工作状态实时监测和自动化程度较低的缺陷,设计了液压监控系统并将其集成到望远镜控制系统中,可实现油压油温数据采集、油压异常报警、油泵自动启停等功能,保证液压轴承的安全运转。介绍了该监控系统的结构和工作原理,阐述了油压、油温数据采集系统的软硬件实现并给出了相应的实验数据和运行结果。理论分析和实验结果表明系统工作正常,数据采集速度快、分辨率高,精度可满足要求,能长期稳定运行。     

1m红外太阳望远镜光电导行系统中像场旋转的分析

云南天文台1m红外太阳望远镜(YNST)光电导行系统是基于检测太阳像在面阵CMOS图像传感器上的偏移量作为反馈控制信号的高精度闭环跟踪系统[1]。由于YNST是一个地平式装置,在太阳像偏移检测量中存在着像场旋转量,为了获取稳定清晰的太阳像,必须对检测量进行消旋[2]才能达到光电导行系统的跟踪要求。根据球面天文学及天体测量学的知识并结合导行镜的光学系统,推导了光电导行系统中像场旋转的变化规律并对其进行模拟分析。     

Dynamics and Control for a Small Telescope

Our main goal is to determine the dynamic equations of a certain complex system, as is the case of the mechanical system for a small aperture telescope. Causes of this complexity are: the lack of documents about the operation of the elements belonging to the system, and the variation of dynamics with respect to the time and the position of the telescope. To check that we have obtained a valid set of dynamic equations, we will design a computer control system that will implement a self-guide system for the telescope. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

斜轴式望远镜动力学建模与鲁棒控制

斜轴式望远镜是一种新颖的望远镜结构, 其独特的结构设计更适合南极等极端气候环境, 但目前国内外缺乏针对斜轴式望远镜详细的动力学建模与控制研究. 提出一套斜轴式望远镜动力学建模与鲁棒控制方法, 首先, 对斜轴式望远镜进行了动力学分析, 采用拉格朗日法建立望远镜2自由度刚体模型; 接着, 结合望远镜驱动系统的柔性和所受干扰, 完成了斜轴式望远镜的干扰情况下刚柔耦合系统数学模型的推导; 然后, 针对抗干扰问题, 根据所建数学模型, 设计了基于干扰观测器的滑模控制器, 对于所受干扰进行抑制, 实现了斜轴式望远镜的鲁棒控制; 最后, 仿真结果显示, 在考虑模型的非线性外部干扰的情况下, 相比于传统的比例-积分-微分控制器, 基于干扰观测器的滑模控制器使得系统具有更好的动态性能和抗干扰特性.     

大口径射电望远镜电磁兼容评估技术研究

电磁兼容性是设备或系统的重要性能指标, 也是保障系统的工作效能和提高系统可靠性的重要因素. 大口径射电望远镜运行阶段, 台址周围无线电业务及内部潜在的电磁干扰会降低观测系统灵敏度、影响天文观测的质量. 本论文针对拟建的新疆110 m全向可动射电望远镜(Qi Tai raido Telescope, QTT)开展了系统电磁兼容评估技术及控制方法研究, 具有重要的工程应用价值. 首先, 依据现有电波环境测量方法的不足, 深入分析了仪器设备的关键参数配置方法及测量时间计算方法, 采用Y因子法校准测量数据, 提出一种准实时电波环境测量方法. 面向高重复性宽带频谱, 分析了宽带频谱信号和噪声特征, 结合标准差理论, 提出一种基于邻值比较的信噪分离方法, 并采用邻值统计方法优化关键参数, 提高信噪分离精度. 针对QTT台址, 开发了自动化电波环境监测系统, 该系统6 GHz以下频段系统增益大于40 dB, 系统噪声系数小于2 dB, 测量不确定度小于1.49 dB, 具有极高的系统灵敏度和测量精度; 分析了频谱监测数据流, 设计了基于HDF5 (Hierarchical Data Format version 5)的数据存储格式, 开发了自动化电波环境测量和监控软件及数据处理软件. 依据QTT台址长期监测数据, 评估分析了台址电磁环境、主要干扰源特征及其影响. 其次, 提出大口径射电望远镜馈源口面干扰电平限值量化方法, 建立了基于台址地形的电波传播模型, 分析了现有电波传播模型的优缺点及适应性, 结合QTT台址实际地形及地质特征, 采用Longley-Rice和Two-Ray电波传播模型, 预测分析了QTT台址潜在干扰区域电磁干扰达到射电望远镜的电波路径衰减, 结合大口径射电望远镜天线增益量化方法, 提出设备所在位置干扰电平限值量化方法, 运用该方法对QTT台址潜在干扰区域的干扰电平限值进行量化. 依据设备所在位置干扰电平限值, 调研分析了国内外军用、民用电磁兼容测量标准, 结合电磁干扰对射电天文观测的影响, 提出一种大口径射电望远镜电磁兼容控制方法, 解决了现有电波暗室测量系统无法直接测量评估电子设备电磁兼容的问题, 该电磁兼容控制方法计划应用于QTT建设及运行阶段, 确保系统拥有良好的电磁兼容性. 最后, 依据QTT台址潜在干扰区域干扰电平限值, 结合典型电子设备电磁辐射频谱, 分析了QTT电磁兼容设计需求, 提出电磁兼容设计初步方案. 另外, 针对台址建筑设施内的中低电磁辐射干扰源, 提出一种低成本建筑屏蔽方法, 应用于QTT台址现有建筑.     

行星(月球)自转监测望远镜的原理样机地面验证实验

类地行星(月球)自转监测望远镜的科学目标是在行星(月球)表面现场测量行星(月球)自转并研究其内部结构和物理性质.为了验证全新的观测原理和资料处理方法,项目团队设计制造了一套原理样机,在一台商用天文望远镜的光路前端增加3面反射镜组,使其具有同时观测3个视场的能力.自2017年起在地面上开展了观测实验,获得了混合有3视场星象的图像.通过计算星象在前后图像上的位移实现了归属视场识别,使得观测效果与分视场独立观测等同,证明了用一台设备同时观测多视场的可行性.处理图像并通过3个视场中心的指向变化归算地球自转轴的空间指向,与理论值比较偏差平均约1′′,证明了观测原理和数据处理方法有效.对各种观测误差来源进行了分析,包含大气折射、仪器热稳定性和光学分辨能力的影响等,指出采用更长焦距的望远镜可以提高空间分辨率,优化形变控制可以提高观测稳定性.改进多视场同时观测中的光学设计也有助于精度的提高.     

基于ASCOM标准的天文电动调焦器设计

随着天文技术的不断发展,远程观测和自主观测逐渐成为天文观测的主流趋势,自动调焦技术也越来越受到重视。电动调焦器是天文望远镜不可或缺的附属设备,是实现自动调焦的关键设备。为实现云南天文台丽江观测站10英寸米德望远镜的自动调焦,自行研发了一套天文电动调焦器,设计相关控制电路,制定串口通信协议,并编写了一套开源天文公共对象模型(Astronomy Common Object Model,ASCOM)驱动程序SS Focuser,详细介绍了该电动调焦器的结构原理和实现方法,实测结果表明,电动调焦器具有很好的稳定性,完全满足设计要求,为天文电动调焦器设计提供了可借鉴的经验和方法。     

乌站25m射电望远镜天线效率自动测量的软件实现

经常测量天线参数对于改进天线性能以及联测和单天线观测的数据处理都是至关重要的。以前的记录仪手工测量方式,非常繁琐和低效率,不利于对测量结果进行有效的统一管理和深入分析。根据天线效率的测量为例,在PC和Windows2000/XP软硬件平台下统一编程,集成实现天线参数测量的自动化、操作的人性化以及数据分析和曲线拟合的可视化。这将大大降低人工,提高测量效率,更好地保证天线的可靠、高精度的运行以及观测数据的处理。     

超轻量镜面系统的研制

空间望远镜的研制一直要求系统的轻量化,美国宇航局（NASA）最近研制的韦伯太空望远镜,其主镜系统面密度相对于哈勃空间望远镜已大幅减轻。在韦伯望远镜主镜系统的研制过程中,NASA开展了一系列关于超轻量镜面系统的验证计划,多家机构拿出多个方案参与竞标。本文选取几个比较典型的方案,介绍这些镜面系统的设计思想、结构、材料、加工以及相关测试结果,期望能对国内相关方面的工作提供参考。     

1．3厘米接收机背架调整系统设计

基于新疆天文台研制的1．3em双极化制冷接收机的安装及观测需求,设计了其背架调整系统。首先,通过力学分析选择合适的滚珠丝杠及驱动电机;其次,通过对电机进行测试,研制电机驱动模块,以满足安装要求;最后,编写电机驱动控制软件,实现终端对接收机馈源的精确控制。     

Modeling the rail surface unevenness of a high-precision radio telescope

This study proposed a coarse-fine mixed model for describing the rail surface unevenness of an ultra-large fully steerable radio telescope(Qi Tai Telescope) with a diameter of 110 meters. The rail surface unevenness includes information on error arising from two different scales, i.e., the long-periodshort-change and the short-period-long-change. Consequently, in this study an idea of a mixed model was proposed, in which trigonometric and fractal functions were, respectively, used to describe information on error from two scales. Key parameters were determined by using the least squares method and the wavelet transform method, and finally, a specific mathematical expression of the model was obtained by optimization. To validate the effectiveness of the new modeling method, the mixed model was then used to describe the rails of the Green Bank Telescope, the Large Millimeter Telescope, and a radio telescope in Miyun, Beijing. A comparative study revealed that the maximum error was less than15%, thus the result was superior to those of existing modeling methods.