尖峰爆发标度律及其对新一代太阳射电望远镜参数的约束

射电观测是太阳物理和日地空间科学的重要探测手段,尤其是对于太阳爆发过程中的太阳非热粒子加速、发射和传播等过程.迄今,世界各地研制建成了上百台太阳射电望远镜,包括射电流量计、射电动态频谱仪和射电日像仪等.基于技术进步和新的科学设想,人们还在不断提出新的太阳射电望远镜计划.研制新的太阳射电望远镜时,需要考虑观测频率、带宽、时间分辨率、频率分辨率、空间分辨率、偏振精度等设计参数.事实上,过度追求高参数往往会无法实现期望的科学目标.如何合理地选择太阳射电望远镜的参数呢?长期的观测研究发现太阳射电爆发常常可分成一系列从长到短不同时标的爆发过程,其中,尖峰爆发是最小时间尺度的爆发现象,同时也是太阳上目前发现的最小空间尺度上的爆发过程,可看成一种元爆发过程,可能对应于单一的磁场重联和磁能释放.根据太阳射电天文学研究,识别尖峰爆发是对新一代太阳射电望远镜的基本要求.尖峰爆发的时间尺度和空间尺度又是随频率而变化的.从分析不同频段太阳射电尖峰爆发的时间和带宽的标度律来说明如何为新一代望远镜的设计选择合理的参数指标,并提出谱-像结合观测模式,最大程度地保证望远镜科学目标的实现.这种观测模式或将成为未来太阳射电观测的主要方式,对揭示太阳爆发现象中的非热过程的物理本质具有非常重要的意义.     

超高分辨率太阳射电事件及其相关太阳活动的研究

从2004年10月起,国家天文台怀柔射电频谱仪增加了新的超高分辨率观测模式:在1.10～1.34 GHz频带其时间分辨率为1.25 ms,频率分辨率为4 MHz。报告了3个超高分辨率下观测到的太阳射电精细结构事件,包括射电尖峰辐射、鱼群结构和重叠的精细结构,在射电精细结构之后8～14 min,在米波段都发现射电II型爆发,3个事件的米波II型爆发(示踪着日冕激波)都有相关联的日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,CME)。     

超宽带超高分辨率太阳射电频谱仪的研发

为完成对太阳射电爆发15 MHz～15 GHz频谱的监测,云南天文台研发4套太阳射电频谱仪,频率覆盖范围依次为15～80 MHz, 100～750 MHz, 600～4 200 MHz和4～15 GHz,分别称为十米波、米波、分米波和厘米波太阳射电频谱仪。十米波段太阳射电频谱仪的谱分辨率和时间分辨率分别为7.6 kHz和1 ms;米波段和分米波段太阳射电频谱仪的谱分辨率和时间分辨率分别为9.5 kHz和10 ms;厘米波段太阳射电频谱仪的谱分辨率和时间分辨率分别为76 kHz和10 ms。每套设备包括天线系统、接收机和数字频谱仪。为实现超高谱分辨率,需要的快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)点数最高达到262 144,在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)上,通过一个FFT IP核(Intellectual Property Core)不能实现如此高点数的快速傅里叶变换运算。对于大点数的快速傅里叶变换,需要对数据行列分解后做并行处理,从而将其转化为两个小点数的快速傅里叶变换。通过对并行算法的研究,...     

2840MHz太阳射电辐射流量计的升级改造

叙述了国家天文台升级改造后的2 840 MHz太阳射电辐射流量计的设计特点、性能、结构及观测结果。升级改造后的太阳射电辐射流量计将在较高时间分辨率上实时得到2 840 MHz频率上的太阳流量,为太阳物理研究积累丰富的观测数据,是太阳活动监测和预报的重要参数之一。     

基于PSP观测的行星际Ⅲ型射电爆发的研究进展

与太阳射电爆发相比,通常认为频率较低的行星际射电爆发产生于远离低日冕的行星际空间.地球电离层的截止导致地基设备无法对其进行观测.美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration, NASA)发射的帕克太阳探测器(Parker Solar Probe, PSP)是迄今为止距离太阳最近的空间探测器.其搭载的射电频谱仪能够对10 k Hz–19.17 MHz频段范围内的射电辐射进行观测. PSP能够靠近甚至可能穿越行星际III型射电爆发的辐射源区,因此使用PSP对行星际射电爆发进行观测具有前所未有的优势.简要介绍了目前为止使用PSP的射电观测数据对行星际III型射电爆发的多方面研究,包括爆发的发生率、偏振、散射、截止频率、可能的辐射机制和相关的辐射源区等方面的研究进展,并讨论了其未来的研究前景.     

太阳射电频谱仪超高时间分辨率观测的新结果

国家天文台分米波太阳射电频谱仪用新的观测模式获得太阳射电频谱的一些新的观测现象。新的观测模式频率在1．1—1．34GHz范围，时间分辨率是1．25ms；正常的观测模式下频率在1．1—2．06GHz范围，时间分辨率是5ms。在两种模式下频率分辨率为4MHz。发现窄带Ⅲ型爆发（“blips”）斑马纹（Zebra）和纤维结构（Fiber）中的超精细结构和一些新的精细结构。这些新的结果有助于深入理解在太阳耀斑期间低日冕中能量的释放和转移，也为拟建中的太阳射电频谱日像仪提出了新的要求。     

云南天文台太阳射电频谱仪的网络系统

介绍云南天文台太阳射电米波 (2 30～ 30 0MHz)、分米波 (0 .7～0 .4GHz)频谱观测系统及 1 0m射电望远镜自动控制系统“星型拓扑”对等网的建立。通过该网络 ,不但实现了光盘刻录机、激光打印机等资源共享 ,而且还为解决由于太阳射电频谱高时间分辨率和高频率分辨率观测带来的大数据量处理和存储找到了解决途径     

1998年4月15日微波爆发观测

北京天文台１ ．０２ ．０ＧＨｚ 太阳射电频谱仪从１９９４ 年开始观测至１９９８ 年９ 月记录到太阳射电爆发１７１ 个,２ ．６３ ．８ＧＨｚ 太阳射电频谱仪１９９６ 年９ 月投入观测至１９９８ 年９ 月,记录到１４６ 个太阳射电爆发。１９９８ 年４ 月１５ 日太阳射电爆发同时在这两台频谱仪上记录到。这个事件在时间和频率上显示了丰富的幅度和结构的变化。发现了微波Ⅲ型爆发对群,并存在着丰富的快速活动现象。取得了高时间分辨率、高质量的动态谱资料,为研究耀斑各种尺度的时间及空间演化过程提供了丰富的信息。     

应用于射电天文的高效实时管道数据流传输与处理技术

针对超宽带及多波束接收系统海量天文信号实时高效传输与处理问题,对基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)+图形处理器(Graphics Processing Unit, GPU)的主流终端设备软件系统进行了测试分析。超宽带接收设备要求终端系统软件能够在更宽带宽、更高时间分辨率和频率分辨率的条件下,实现数据流实时传输与处理。结合大口径射电观测设备未来发展的方向,提出了利用高速并行环形缓冲区实现数据流缓存,基于图形处理器集群实现数据流实时处理,基于BeeGFS实现分布式并行数据存储,模块化构建射电天文信号传输管道软件的设计思路。     

低频射电天线数字终端的设计与实现

自天文观测进入全波段观测时代以来,全波段中的低频射电信号是新的重要观测波段以及研究窗口。鉴于此波段的信息对于研究太阳以及行星的射电爆发具有重要意义,并且人类对此频段的研究几乎处于空白状态,现在欧美一些国家以及我国都已经适时地开启了相关研究。目前中国科学院云南天文台已经开启了此项目的建设,现已有4台低频射电天线可以测试使用。其低频射电天线阵可以和云南天文台已有的10 m太阳射电望远镜以及11 m太阳射电望远镜配合使用,用于更精确地观测太阳或者其他行星的射电信息。设计首先由A/D板卡接收来自低频射电天线的低频天文信号,接着A/D板卡把转换的数字信号以差分信号的形式传至现场可编程门阵列板卡;现场可编程门阵列对数据整合处理,通过异步先入先出队列(First Input First Output,FIFO)跨时钟域的形式把数据通过千兆以太网以UDP协议的形式传至PC端;然后PC端设计的软件对传输来的数据做加窗和快速傅里叶变换处理并显示。     

MSRT的太阳观测能力

密云米波综合孔径射电望远镜（ ＭＳＲＴ） 是一架同时具有高空间分辨率和高时间分辨率,高灵敏度的大型设备,工作频率在２３２ ＭＨｚ。使用该望远镜能得到太阳爆发的空间分布及其随时间变化的丰富信息,所得数据将填补我国具有空间分辨率的太阳射电数据的空白。在国际太阳活动监测中,由于地理位置原因,也是其它同类设备不可取代的。可以期待在第２３ 周太阳峰年的观测与研究中,得到新的有意义的数据和研究成果     

23周上云台米波频谱观测系统

本文介绍云南天文台用于观测研究太阳射电２３０￣３００ＭＨｚ米波爆发精细结构动态频谱仪研究的历史和现状,以及利用现代计算机网络技术,有效地解决了由于高时间人辨率和高频率分辨率观测采样带来的大数据量存储和处理。该系统经过不断改进和完善,目前已投入２３周峰年太阳射电爆发频谱观测。     

太阳低频射电干涉阵的构建仿真

介绍了低频射电干涉阵的发展情况、研究领域,讨论了国际上的LOFAR、LWA和MWA等低频射电项目.借鉴当今的低频射电项目,结合云南的地理和太阳射电优势,设想在云南省内构建一个太阳低频射电干涉阵,观测频率在30 MHz～250 MHz范围内,文中仿真了太阳低频射电干涉阵(4台站),比较和分析了通过优化算法得到的阵列的UV覆盖、脏束(Dirty beam);讨论了低频射电干涉阵的观测模式、射电干扰、低频射电成像等问题;分析低频射电阵在观测太阳爆发性活动产生的日冕物质抛射(Coronal Mass Ejections,CME)、耀斑、射电爆发的可能性;通过上述的仿真和分析构建太阳低频射电干涉阵面临的问题,可以为今后建立阵列提供依据.     

一个复杂太阳射电爆发及其微波源和远紫外冕环特征的初步研究

利用太阳射电宽带频谱仪(0．7-7．6GHz)于2001年10月19日观测到的复杂太阳射电大爆发，呈现出许多有趣的特征，结合NoRH(Nobeyama Radio Heliograph)的高空间分辨率射电成像观测及TRACE(Transition Region and Coronal Explorer)在远紫外(EUV)波段的高空间分辨率成像观测资料，分析了该爆发的射电频谱特征和微波射电源的演化以及它们与复杂的EUV日冕环系统的关系，该爆发是一个双带大耀斑的射电表征．前一部分以宽带(从厘米到米波)爆发为主，机制是回旋同步辐射，所对应的是环足源的辐射；后一部分以窄带(分米到米波)分米波爆发为主，机制是等离子体辐射和回旋共振辐射的联合，对应的是环顶源的辐射。     

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。     

四通道可拓展射电数字接收机系统

针对目前射电观测设备对数字接收机高采样率、宽带宽、多通道幅相一致,以及高速率直接采样和时域数据存储的需求,通过调研分析多个射电观测设备的数字处理系统的技术架构和功能,提出了基于ZYNQ SOC和ADS54J60等核心器件实现的4通道数字接收机系统方案。单通道最高可实现1 GSPS采样率,具有灵活可拓展的优势,可以通过添加板卡实现采样通道数的增加,能够满足未来大规模可拓展射电干涉阵列的需求。系统由高速数据采集卡、光通信接收卡、服务器3部分设备组成,基于SerDes的高速串行接口技术目前实现16位量化精度、300 MSPS的直接采样功能,具备60 dB满量程信噪比、40 Gbps的SFP+数据传输带宽、1.5 GB/s的PCIe通信带宽,可对4.5～150 MHz范围内中频模拟信号进行采集,目前该系统已经完成软硬件设计和测试。在测试中对频率为10 MHz、幅度为125 mV的正弦波信号进行采样,得到4通道间幅度差小于1 mV,相位延时小于3.3 ns。系统集成可编程SFP+通信接口和多机同步机制,可适应多元阵列同步采集的需要,可同时对原始射电信号的数据进行存储,为射电研究提供更详细的时域数...     

日冕物质抛射的低频射电特征

日冕物质抛射(ChIEs)经常被观测到和其他日面活动相伴生，太阳耀斑、日珥爆发、盔状冕流等许多太阳现象，都与它有直接或间接的关系。射电观测是研究CMEs的一种重要的补充工具。多频率的射电成像观测能很好地研究CMEs的初始阶段，而且可以得到关于CMEs触发机制特征的更多信息。概括了CMEs与低频射电的关系，介绍了低频射电的观测仪器，分析了CMEs低频射电所表现出来的特征，考虑了CMEs的初发机制，总结了尚待解决的问题，表明了CMEs研究是基于多类数据和全电磁辐射波段的。     

射电快速精细结构在太阳耀斑中产生相位的观测分析

利用云南天文台射电四频率(1.42,2.13,2.84和4.26GHz)同步观测系统于1989.12～1994.1和北京天文台射电频谱仪(2.6～3.8GHz)于1996.11～1998.5的观测资料，仅对太阳和射电爆发中40个事件作了一个初步的统计分析，就微波低频段的快速精细结构在耀斑中产生的相位作了一个探索，期望找出太阳射电在此频段内快速活动产生相位的规律性。     

太阳二十二周峰年云南天文台四波段射电同步观测结果

本文主要介绍云南天文台“四波段太阳射电高时间分辨率同步观测系统”１９８９年１２月至１９９３年４月观测事件的统计结果，对１０２个射电爆发进行了初步分析，着重揭示几个类别典型事件的时间轮廓，说明射电高时间分辨率观测的意义。     

太阳射电爆发中准周期振荡的研究

自从快速连续采样在太阳射电观测中实现以来,太阳射电爆发资料的研究价值大大提高。如太阳射电尖峰辐射(spike)的存在、用付里叶变换的方法进行准周期振荡的研究等目前在太阳物理研究中存在着争论的问题,可用观测事实加以验证。 1989年5月3日我们取得了一组与X2/3B耀斑共生的spikes及同年8月17日与环珥、HXR、SID对应的射电分米波爆发现象,其射电爆发寿命均大于10分钟。前者的形