一种改正LS+AR模型提高短期极移预报精度的方法

最小二乘(Least Squares,LS)与自回归(Auto Regressive,AR)联合(LS+AR)模型在极移预报(polar motion,PM)中存在以下问题:最小二乘拟合的内部残差值较好而LS外推的残差值较大;LS拟合残差序列是非线性的,故根据预报历元前的残差序列建立的AR模型可能并不适用于待预报的残差序列,存在不匹配预报的情况.针对这两个问题,通过以下方法进行解决:首先对LS拟合数据两端点附加约束条件使其固定到LS拟合曲线上,因此在两端点附近的拟合值与观测值十分接近;然后选取与LS外推残差序列变化趋势接近的内推残差序列作为AR模型的建模对象,进行残差预报.通过实例表明该方法能够有效地提高LS+AR模型在短期极移预报的精度.此外,通过与RLS(Robustified Least Squares)+AR、RLS+ARIMA(Auto Regressive Integrated Moving Average)和LS+ANN(Artificial Neural Network)模型的预报结果对比,证明了该方法在极移预报中的可行性.实例证明了所提出的方法在短期预报中可以取得良好的预报结果,尤其在1–10d超短期的极移预报上可以获得与国际最好预报精度相当的预报结果.     

机架模型下指向误差数据的筛选与分析

对地平式望远镜机架模型拟合的指向误差数据进行分析,介绍了指向误差数据的获取方法.采用最小二乘法求解修正系数,结合方位轴和高度轴的位置拟合指向修正量.在显著性水平α=0.05下进行残差分析,剔除偏离过大的点以提高拟合精度.通过计算均方根误差、相关系数、F检验的P值验证了机架模型的有效性.结果说明增加测试数据后,未经残差检...     

利用IGS星历预报GPS卫星轨道

在动力学轨道拟合以及轨道积分的基础上,提出了基于IGS精密星历的GPS卫星轨道预报方法。该方法首先利用已知的IGS精密星历作为虚拟观测值,采用动力学方法拟合出GPS卫星的初始轨道和动力学参数,然后再通过积分来预报GPS卫星的轨道。主要讨论了基于不同弧段的IGS星历时,该方法对GPS卫星轨道的拟合和预报情况。研究结果显示:对于6 d弧段以内的IGS精密星历,其拟合轨道与IGS精密星历差值的三维RMS值均优于4 cm,随着拟合弧段的增加,拟合残差变大;当利用2～6 d弧段的IGS星历来预报GPS轨道时,大部分卫星第1天、第7天和第30天的三维预报精度可优于0.1 m、3 m和100 m。其中,2d弧段的IGS星历对GPS卫星第1天和第7天的预报结果最好,5 d弧段的IGS星历对GPS卫星第30天的预报结果最好。     

GNSS信号稳定性评估方法研究

全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)的信号质量评估是卫星导航系统设计和运行过程中的重要环节.在简要介绍导航信号特点的基础上,介绍了基于监测数据的信号稳定性评估方法,最后从伪距原始观测数据、伪距拟合残差、伪距拟合残差标准差3个层面进行了评估,给出了在Matlab环境下评估的具体结果.分析结果进一步证实了该方法的正确性和可行性.该方法有助于保证全球导航卫星系统空间信号的连续性和可靠性.     

用切比雪夫曲线拟合导航卫星广播星历

提出用一种基于切比雪夫曲线多项式拟合的方法,来拟合导航卫星广播星历。该方法对解决 GEO导航卫星的小倾角、小偏心率问题特别有效,并具有精度高、使用方便等特点。     

关于射电望远镜台址航空信号处理方法的研究

来自飞行器的航空信号会严重干扰邻近频段的射电天文观测,有效地分析确定射电天文台址附近航空信号分布范围,能够为射电天文观测干扰源的查找及抗航空信号干扰策略提供重要支撑.介绍了航空信号的获取方法.根据航空信号位置信息估算了飞机到测站距离随时间的分布情况,评估了航空信号到测站的功率损耗.提出了一种基于最小二乘多项式拟合和聚类算法划定高峰时段航迹分布范围的方法.首先通过最小二乘多项式拟合,获得航迹样本点在时间上的分布趋势和高峰时段;其次,对高峰时段的航迹样本点进行聚类分析,得到各高峰时段样本点空间分布范围;最后,采用相同方法对验证数据样本点进行聚类分析,计算航迹分布在已划定区域范围内的概率,验证了方法的有效性.     

全天相机在多设备巡天中的应用

天文观测站夜天空星像星等信息和天区分布信息可用于指导多设备巡天观测.建立全天相机监测系统(Monitoring all-sky system)对本地天区夜天空实时监测,获取的监测图像需要有效的方法进行处理以提取全天图像星像信息.由于全天图像视场大和高阶扭曲的影响,采用天顶等距投影与多项式函数组合的方法计算图像的底片常数.天文定位的均方根残差约为0.15个像素.通过对图像中亮星部分测光得到的星等差,改正大气消光误差.最后使用HEALPix (Hierarchical Equal Area isoLatitude Pixelation)方法实现天区划分和每个天区可观测极限星等值的存储.     

利用GNSS测量射电望远镜参考点的仿真分析

高精度测量射电望远镜参考点和轴线偏差等参数,对建立天线指向模型和本地连接参数、提高测站坐标精度等具有重要意义。为完成新建射电望远镜参考点初始参考值的快速测定,根据望远镜的旋转模型,结合常规静态归心测量方法和随机动态测量方法,提出了一种利用GNSS天线代替测量靶标实现望远镜参考点测量的方法。通过仿真分析验证了该方法的合理性和有效性,并分析了数据点个数和数据点测量精度对天线参考点和轴线偏差解算精度的影响。     

基于混沌时间序列的Volterra自适应滤波极移预报方法

针对极移复杂的时变特性, 根据混沌相空间坐标延迟重构理论, 提出一种基于Volterra自适应滤波的极移预报方法. 首先, 利用最小二乘拟合算法分离极移序列中的线性趋势项、钱德勒项和周年项, 获得线性极移、钱德勒极移和周年极移的外推值; 其次, 通过C-C关联积分法对最小二乘拟合残差序列进行相空间重构, 并利用小数据量法计算残差序列的最大Lyapunov指数验证其混沌特性, 在此基础上, 构建Volterra自适应滤波器对残差序列进行预测; 最后, 将线性极移、钱德勒极移和周年极移的外推值以及最小二乘拟合残差的预测值相加获得极移最终预报值. 利用国际地球自转服务局(International Earth Rotation and Reference Systems Service, IERS)提供的极移数据进行1--60d跨度预报, 并将预报结果分别与国际地球定向参数预报比较竞赛(Earth Orientation Parameters Prediction Comparison Campaign, EOP PCC)结果和IERS A公报发布的极移预报产品进行对比, 结果表明: 对于1--30d的短期预报, 该方法的预报精度与EOP PCC最优预报方法相当, 当预报跨度超过30d时, 该方法的预报精度低于EOP PCC最优预报方法, 优于参与EOP PCC的其他方法; 与IERS A公报相比, 该方法的短期预报效果较好, 当预报跨度增加时预报精度低于IERS A公报. 预报结果表明该方法更适合于极移短期预报.     

基于声表面波色散延迟线激励的高精度时间间隔测量方法的研究

高精度时间间隔测量技术对国民经济与国防建设意义重大.论述了一种新的高精度时间间隔测量方法,单次测量可以达到亚皮秒(＜1 ps)量级的测量精度.该方法利用声表面波色散延迟线作为时间内插器,时间内插器起到时间拉伸的作用,从而可以获得多个测量值,在随后的处理中,由于互相关运算的平均效果,总的测量误差将被大大降低.用窄脉冲去激励声表面波色散延迟线,输出响应为线性调频信号,通过对两次激励的输出响应作互相关运算,对运算结果的相频特性作一阶拟合,便可以精确地得出这两次激励之间的时间间隔.详细推导了测量误差的传播模型,并着重分析了3类主要噪声产生的测量误差,进而提出了减小测量误差的具体措施.     

一种频率源噪声频谱拟合方法的研究

在分析频率源的噪声特性的时候,经常需要由Allan方差或功率谱计算频率源的五种噪声强度系数的值,通常采用人工分析的方法,求出噪声系数,这严重阻碍了自动化处理的应用。给出的一种自动拟合算法可以满足这方面的需要。在最小均方误差意义下,这种算法能自动完成对噪声类别的判定、噪声区间的划分以及噪声系数确定,所有这些无须人工参予。最后,对模拟数据和实测的几种频率源的功率谱曲线进行拟合,实验研究的结果表明这种方法拟合的相对误差不超过11％。     

δScuti型变星BDS 1269 A的多重脉动频率激发

以同一参考系归化Percy及Rucinski在1976年10月9日至11月6日获得的BDS1269A的光电测光数据后,利用多重周期分析方法进行周期分析,在周期初值的选取中尽可能穷尽所有可能的组合,最后根据最小残差获得最佳组合.我们认为BDS 1269 A的最佳频率解为:f_1=6.22999周每天,f_2=6.50840周每天,f_3=11.77324周每天,f_4=9.7136周每天,f_5=11.33694周每天.反证实验证明这组频率是充分的.基于以上频率解,一个非径向脉动目转分裂模型得以建立,其预言的自转速度。v_6=30km s~(-1)与BDS 1269A是一颗低速自转恒星的观测结果相吻合. 1987年10月16日至24日,我们取得了BDS1269 A的459个新的V波段光电观测点.上述频率解拟合此数据结果很好,拟合残差与观测误差一致.频率解得到了一次验证.     

大型射电望远镜主反射面调整方法研究

随着毫米波天文学和空间通信的重要性日益提高, 对天线性能提出了越来越高的要求, 而天线性能往往受到其反射器表面精度的限制. 微波全息技术是一种快速有效的检测反射面天线表面轮廓的测量技术. 通过微波全息测量得到天线口径场, 计算天马65m射电望远镜反射面与理想抛物面的偏差. 天马65m射电望远镜的主反射面板是放射状的, 有14圈. 面板的每个角都固定在面板下方促动器的螺栓上进行上下移动, 且相邻面板交点处的拐角共用一个促动器. 采用平面拟合的方法可以计算各块面板拐角处的调整值, 但是同一个促动器会得到4个不同的调整量. 通过平面拟合, 同时以天线照明函数为权重的平差计算方法得到相邻面板拐角的一个平差值, 即天马65m射电望远镜1104个促动器的最佳调整值. 通过多次调整和新算法的应用, 天马65m射电望远镜反射面的面形精度逐渐提高到了0.24mm.     

Research on Wind Tower Position Optimization Method of Radio Telescope Site Based on Numerical Simulation

Wind field is a critical issue for radio telescope antenna structure design and observation. As the telescope performance requirements are getting higher and higher, the antenna structure design becomes more and more complicated, and the influence of wind load on antenna pointing in the observation is also serious. How to ensure the stiffness and strength of the structure during the design and to improve the effective observation time during the observation all need accurate wind field data. Due to the traditional wind tower setup method cannot quantitatively evaluate the reliability of the setting point position, so a method based on numerical simulation to optimize the position of the wind tower is proposed. The boundary conditions of numerical simulation are set based on specification parameters, the overall trend is consistent with the measured data, and therefore the simulation accuracy could meet the requirement. Four wind tower positions were set at the test site. According to the simulation results, the root-mean-square error (RMSE) of wind speed between point P2 and the antenna position is the smallest. So, the measured data in P2 could better represent the wind field characteristics of the antenna area.     

基于数值模拟的射电望远镜台址测风塔位置优选方法研究

射电望远镜天线结构设计和观测任务的正常进行都需要台址风场信息.随着望远镜性能要求的提高,天线结构设计越来越复杂,风载荷对天线观测时造成的指向影响也越发明显,如何在设计时保证结构刚度和强度,在观测时提高有效观测时间,都需要准确的风场数据.由于传统台址测风塔布置方法无法对测风塔拟设点的可靠性做出定量化评估,因此提出一种基于数值模拟优化测风塔位置的方法.数值模拟基于规范参数设置边界条件,与实测数据比较,整体趋势吻合,满足精度需求.对试验台址设置了4个测风塔位置,经分析P2点与天线位置的风速均方根误差值(root-mean-square error, RMSE)最小,测得的数据更能表征天线区域的风场特性.     

基于有效点扩散函数的高精度测光

介绍了利用有效点扩散函数拟合方法得到CCD图像中恒星仪器星等的过程。对国家天文台1 m望远镜观测的16幅CCD图像进行实际测量,结果表明:亮星的内部测量平均精度为0.015 mag,最高精度可达0.001 5 mag,而暗星则达到0.043 mag。与Gauss拟合测光方法相比平均精度提高了3倍多,精度标准偏差是0.005,说明该测量方法比较稳定,是一种更优的测光方法。     

基于光学辅助指向测量的太赫兹望远镜指向误差模型研究

针对太赫兹波段天文点源目标较少, 指向测量相对困难的特点, 研究了利用与太赫兹天线共轴的小型光学望远镜来辅助太赫兹望远镜指向测量以及建立指向误差修正模型的方法. 依托紫金山天文台1.2 m斜轴式太赫兹天线开展了光学辅助指向测量的实验研究, 利用一台安装在天线背架上的100mm口径折射式光学望远镜获得了优于2$''$的指向测量精度. 此外, 通过对斜轴天线的结构分析以及大气折射和本地恒星时(Local Sidereal Time, LST)偏差等误差来源的分析, 建立了包含23个误差项的斜轴式光学指向修正模型, 实现了约3$''$的拟合精度. 最后, 借助高精度数字摄影测量对光电轴一致性进行了标定, 并针对其对指向模型精度的影响进行了讨论. 研究成果将为南极5 m太赫兹望远镜(The 5m Dome A Terahertz Explorer, DATE5)及其他太赫兹望远镜提供指向测量和指向修正模型方面的技术参考.     

Correction Method of Antenna Pointing Error Caused by the Main Reflector Deformation

The pointing accuracy of a radio telescope is usually less than one-tenth of its antenna beam width. For large-aperture antennas at the short-centimeter band or millimeter-wave band, the pointing accuracy must be as high as several arc seconds. Therefore, for large-diameter and high-frequency reflector antennas, the pointing problem has become an important focal point to realize the antenna performance. Among many structural subsystem factors that affect the antenna pointing accuracy, there has been only less study on the factor of main reflector deformation. Based on the structural characteristics of the antenna, a reflector space coordinate system is established in this paper. And based on the space coordinates of the main reflector surface points after deformation, a non-linear least squares fitting method with 3 degrees of freedom is proposed to accurately predict the antenna pointing. Finally, the space geometric relationship is used to strictly derive the precise adjustments on the elevation and azimuth in order for correcting the antenna pointing error, and the indirect relationship between the main reflector deformation and the pointing error is constructed. This has certain guiding significance for improving the pointing accuracy of large radio antennas.