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。     

云南天文台40米射电望远镜河外射电源观测

为了在云南天文台40 m天线上开展射电天文研究,使用它进行了河外射电源流量试观测。通过对河外致密源进行ON/OFF跟踪观测,得到射电源的流量变化曲线。但数据质量并不理想,说明系统存在一些问题。随后,根据对该望远镜系统的稳定性及其无线电环境干扰现状的考察,以及对现存问题的分析,提出了相应的解决方法。     

射电天文台址电子设备电磁辐射评估

射电望远镜具有极高的系统灵敏度,且系统内、系统间及台址内电子设备众多,电磁环境复杂,科学合理地评估台址内电子设备辐射发射对射电天文观测的影响,对系统电磁兼容性设计、无线电管理、屏蔽改造等有重要的指导意义。浅析了射电望远镜系统灵敏度及射电天文领域仪器设备辐射发射相关评估标准;基于射电望远镜系统灵敏度及观测需求,计算了南山25 m射电望远镜馈源口面干扰电平限值,并给出了天线旁瓣增益的计算方法;提出一种基于干扰电平限值、旁瓣增益、干扰测量、路径衰减的电子设备电磁辐射评估方法,并针对南山25 m射电望远镜天线驱动电磁辐射进行了评估,给出了屏蔽需求。     

影响射电天文观测的有害干扰

本文从理论上推导出射电天文接收机的灵敏度公式,由此估算了射电天文各个波段观测的灵敏度和有害干扰电平的极限值。简述了三种类型的有害干扰和减小干扰影响的技术措施。     

一种55～65 MHz频段射电天文天线阵接收机的设计

30~300 MHz的低频段陆基天线阵是重要的射电观测设备,在该频段进行射电观测面临无线电环境复杂、天空背景温度高等特点。介绍了一种基于微波芯片设计的新型低频段模拟接收机。接收机由初级带通滤波器(30~70 MHz)、初级放大器、次级带通滤波器(55~65 MHz)、180°移相器、两个次级放大器组成。在测试云南天文台短波段无线电环境的基础上,接收机实现了对55~65 MHz可观测频段的选通和放大,整机噪声约为320 K,增益63 d B左右。同时作为中国射电天文低频阵前期研究的一部分,由于采用单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC)芯片,接收机具有体积小、成本低、易于量产等特点。     

射电望远镜台站的Android手机干扰管理软件设计与实现

无线电监测表明,手机与基站通信产生的干扰信号影响射电天文观测数据,为了抑制射频干扰,天文学家提出屏蔽站内电子设备、设置无线电宁静区等管理办法,其中的手机信号因易移动、基数大而难以监测和管理。然而,开启手机的飞行模式或关机可以降低射频干扰。基于此设计和开发了一款基于安卓(Android)系统的手机干扰管理应用程序,采用定位技术自动判别手机是否处于无线电宁静区,以提醒用户管理手机,并记录用户在宁静区内的操作。测试结果表明,当用户处于无线电宁静区时,应用程序能主动提醒用户开启飞行模式或关机,有效降低手机信号对天文观测数据的影响。     

基于小波变换的射频干扰消除方法的研究

在射电天文观测中,射频干扰(Radio Frequency Interference, RFI)会以多种形式混入望远镜接收系统,给观测带来误判或者降低观测信噪比.近年来国内国际射电天文快速发展,国内国际大型射电望远镜和阵列先后建设,观测灵敏度大为提高,射频干扰的影响尤为突出.随着科技发展和人类活动的加剧,射频干扰日益严重且不可逆转.提出利用2维离散小波变换的方法分析射电天文观测的数据,对望远镜系统输出的时间频率序列进行小波变换,根据小波系数分离出原始信号中各分量,每个分量统计得到相应的阈值,将各分量与阈值相比较识别干扰成分并标记去除.利用该方法对实际观测数据进行了处理,结果表明该方法能够很好地标记并消减干扰信号,且提高了观测的信噪比.     

用于射电天文数字频谱仪的新进展

根据在射电天文频谱观测中出现的新需求,介绍了近年来数字技术的新进展.达到GHz采样速率的多位高速模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)、海量数字处理芯片现场可编程门阵列(Field Progxammable Gate Array,FPGA)以及运行在这些芯片上的并行快速傅里叶变换知识产权(Fast Fourier,Transform Intellectual Property,FFT IP)内核,结合高性能数据总线的系统集成,为射电天文构建新型FFT频谱仪提供了可能的技术选择.与现有其他类型频谱仪相比,集成了这些新技术的数字型FFT频谱仪有更大的带宽、更高的谱分辨率、更高的动态范围和整体稳定性,此类频谱仪的出现显示了射电频谱技术已经进入了新一代数字技术应用的阶段.     

带自定标的自动电磁环境频谱监测系统

脉冲星是一类自转极为稳定、辐射电磁脉冲的中子星。脉冲星研究的3个前沿领域使得与其相关的射电天文观测需要更多更宽的无线电频段。来自深空微弱的射电信号及射电望远镜的高灵敏度等特点,又使射电观测易受到来自人类活动产生的电磁干扰的影响,甚至有时对射电观测带来致命影响,因此射电观测需要选择电磁环境优异的地方建站。利用宽带噪声源、50Ω匹配负载、高低频天线组成具有三重定标校准的监测系统。系统处于哀牢山生态站进行不同频段(100 MHz~18 GHz)、多方位角、两个极化角、不同气候环境下的观测。阐述了对观测数据进行统计分析及处理的方式。系统可以广泛用于野外电磁环境监测及射电望远镜选址等领域。     

基于自适应滤波的干扰消除方法研究

射电天文信号非常微弱,电磁环境对射电望远镜观测至关重要,通常可以利用地形、建立无线电宁静区、进行电磁屏蔽与防护等手段来减小电磁干扰.然而,仍有一些干扰难以屏蔽.故提出了一种基于自适应滤波的干扰消除方法,可用于复杂噪声环境中天文信号的提取.该方法借助自适应横向滤波器,采用最小均方(Least Mean Square, LMS)误差算法,以系统误差和收敛性为评判标准,通过改变步长与阶数对滤波效果进行优化,仿真结果显示该滤波器能在保证算法收敛的前提下有效提取信号.为了检验该算法的有效性,选取了新疆天文台南山26 m射电望远镜和Parkes 64 m射电望远镜记录的观测数据,采用设计的滤波器分别对不同的实测数据进行测试,验证了该滤波器的有效性.理论分析与实验结果一致表明该方法能有效消除天文观测中的干扰信号,具有一定的实用性.     

致密射电核

活动星系统的多波段观测和研究，早已成为天体物理学最热门的前沿之一。在射电天文学中，按其观测形态又常将ＡＧＮ和致密射电核等同看待。对ＡＮＧ及ＣＲＣ的含义、分类、总的频谱特征、射电结构和射电性质，模型研究及ＶＬＢＩ的重要作用、最新的观测结果、问题和前景作一评述。评述中将侧重于用射电天文手段观测研究ＣＲＣ的结果。     

日食的射电观测(英)

日食为射电天文提供了一维高空间分辨率太阳射电观测机会．日食射电观测在太阳射电物理的发展上起过重要的作用．文中对日食射电观测的若干重要因素作了介绍和分析．日食射电观测在我国太阳射电天文发展上也起了重要作用．文中简要介绍了在我国组织观测的1958年、1968年、1980年及1987年的太阳射电日食观测及其主要结果．     

21世纪的射电天文学：仪器设备发展

本文回顾了射电天文设备的观测能力的提高和将遇到的限制因素，评述全波段射电天文学的大型射电天文设备计划和各国射电天文发展的一些共同特征，提出了值得借鉴的经验，为我国射电天文学的发展提供参考意见。     

基于MPI的高性能UVFITS数据合成研究与应用

中国明安图超宽频谱射电日像仪(Mingantu Ultrawide Spectral Radioheliograph,MUSER)进入实际观测后,每3 ms产生一帧100 k B左右的数据,每天的原始观测数据约3.5 TB。由于射电日像仪的原始数据采用自定义格式,为了后续数据分析和共享的需要,有必要根据数据存储需求把这些原始数据转换成天文常用的文件格式。在前期工作中已经实现了原始数据格式到UVFITS文件的转换,在此基础上研究了基于MPI的集群并行环境下UVFITS合成系统的性能优化。通过实验验证,在改进后的并行环境下,UVFITS合成系统的性能达到了需求的2.5倍,可以有效处理当前及未来一定时间内射电日像仪的海量观测数据。同时,改进后的系统具有良好的横向扩展能力,能够为相关项目的数据处理提供借鉴和参考。     

21世纪的射电天文学：仪器设备发展

回顾了射电天文设备的观测能力的提高和将遇到的限制因素，评述全波段射电天文学的型射电天文设备计划和各国射电天文学发展的一些共同特征，提出了值得借鉴的经验，为我国射电天文学的发展提供参考意见。     

日食的射电观测

日食为射电天文提供了一维高空间分辨率太阳射电观测机会,日食射电观测在太阳射电物理的发展上起过重要的作用,文中对日食射电观测的若干重要因素作了介绍和分析,日食射电观测在我国太阳射电天文台发展上也起了重要作用,文中简要介绍了在我国组织观测的１９５８年,１９６８年,１９８０年及１９８７年太阳射电日食观测及其主要结果。     

基于Simple Thresholding和CUSUM联合算法的L波段太阳射电流量可观测频段分析

L波段太阳射电爆发是导航系统不稳定的潜在影响因素,通过L波段内精密太阳射电流量的监测可以实时发现太阳射电爆发干扰导航事件,为此,云南天文台拟建立一个L波段多频点太阳射电监测系统。无线电环境的有效评估对于该监测系统观测数据的稳定获取至关重要。介绍了监测平台的无线电监测准备研究,通过对云南天文台L波段无线电环境进行100 h的测试,提出一种基于Simple Thresholding算法和CUSUM(Cumulative Sum)算法的改进阈值算法,遴选出介于北斗B1, B2和B3频点,全球定位系统L1和L2频点之间7个5 MHz无线电干扰较少的无线电通带,分别为1 551～1 555 MHz, 1 596～1 600 MHz, 1 161～1 165 MHz, 1 221～1 225 MHz, 1 246～1 250 MHz, 1 291～1 295 MHz和1 231～1 235 MHz,其洁净率分别为98.329%, 98.301%, 98.315%, 98.335%, 98.224%, 97.650%和98.260%,均符合太阳观测需求,为下一步接收机的设计和信号处理提供了依据。     

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.     

德令哈13.7m望远镜接收机抗射频干扰研究

在天文观测中,射频干扰会造成假谱,降低数据的可靠性和有效性.射频干扰消减旨在减少干扰信号对射电天文观测的影响,包含器件方面的技术革新和数据处理领域的方法研究.针对德令哈13.7 m望远镜接收机中频部分引入的射频干扰,通过优化中频器件的抗射频干扰能力,提高了接收机的整体抗射频干扰能力,以主动消除方法来减少射频干扰耦合到接收机内部.分析了接收机干扰的传输路径,提出了器件射频干扰的直接耦合系数和器件射频干扰的系统耦合系数的概念,为定位干扰敏感器件并量化干扰引入比重提供了基础.经过抗射频干扰优化后,接收机抗干扰能力改善30 dB左右,望远镜的天文观测效率提高10%以上.     

紫金山天文台太阳射电频谱仪定标

定标是射电天文观测中基础而重要的工作.定标工作可以得到太阳观测中的一个重要物理量:太阳射电辐射流量,可以扣除射电频谱仪的通道不均匀性,清晰显示射电频谱特征.结合紫金山天文台射电频谱仪的观测数据,详细介绍了定标的基本方法,分析了定标常数的变化情况,最后给出了定标结果,并与野边山射电偏振计以及RHESSI(The Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager)卫星硬X射线波段的几个太阳耀斑的观测结果进行了比较,结果符合耀斑的光变特征.其中对一个耀斑脉冲相硬X射线流量和微波光变的相关性的分析表明这些观测可以用来研究有关的辐射机制以及相应的能量释放和粒子加速过程.