基于以太网的射电天文制冷接收机的监视系统

制冷接收机是射电望远镜的核心设备,它是否正常工作直接决定望远镜观测的效果。制冷接收机的制冷温度和杜瓦真空度是反映接收机是否正常工作的最重要、最直接的指标之一。因此实现制冷接收机制冷温度和杜瓦真空度的远程实时监控,及时了解接收机是否正常工作对保证射电望远镜正常运行、提高观测效率有重要意义。为乌鲁木齐天文站25m射电望远镜1.3cm制冷接收机研制的一套基于单片机和以太网的数据采集和数据传输的远程监视系统,实现了制冷接收机制冷温度和杜瓦真空度的远程实时监控。该系统采用了美国ATMEL公司生产的8位单片机AVR ATmega16、Microchip Technology公司生产的ENC28J60以及MAXIM公司生产的MAX7219,实现对射电天文制冷接收机制冷温度和杜瓦真空度的数据采集,并利用以太网传输数据实现了远程实时监控接收机的制冷状态。阐述了以太网数据采集及远程监控电路的设计原理及其实现方法。该系统首次在国内大型射电望远镜上实现了对制冷接收机工作状态的远程实时监控,对于保证乌鲁木齐天文站25m射电望远镜1.3cm波段的观测效果有重要作用。     

射电望远镜远场区域强干扰源规避方法研究

随着频率使用率的提高, 射电天文台址地面或空间存在强电磁干扰致使望远镜接收机系统处于非线性状态. 为减少强电磁干扰的影响、提高天文观测效率, 提出了一种基于望远镜远场区域的强干扰源规避方法. 首先, 通过仿真分析确定的射电望远镜远场方向图, 结合望远镜与干扰源之间的位置关系, 分析了强电磁干扰到达射电望远镜焦点处的功率响应, 并依据接收机第2阶中频放大器性能参数, 确定射电望远镜处于非饱和状态的规避角度计算方法. 其次, 采用该方法计算分析了民航飞机对射电望远镜的影响, 若民航飞机上有主动发射的干扰源, 且不经过反射等传播现象, 当射电望远镜主波束轴偏开一定方向后, 可有效降低对射电望远镜的干扰强度.     

太阳射电30~65MHz波段模拟接收机的研制

10 m波段的太阳射电观测,对监测日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,CME)有着重要的意义。介绍了一种安装在太阳射电天线阵的模拟接收机,工作频率范围是30~65 MHz,用于监测太阳10 m波的爆发活动。接收机采用直接采样的结构,由巴伦、滤波器和放大器组成。研制完成的接收机,增益达到60 d B,动态范围约33 d B,输入三阶互调点IIP3=-24 d Bm,噪声系数N=4.3 d B,满足观测要求。最后,计算了太阳射电天线阵的最小可测流量密度。     

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.     

天马望远镜P波段轴向偏焦研究

天马望远镜是65 m口径全实面地平式射电望远镜,信号经赋型抛物面主反射镜和赋型双曲面副反射镜汇集后在卡塞格伦焦点处馈入低温低噪声接收系统。开展天马射电望远镜轴向偏焦研究,旨在拓展天马望远镜在低频段的接收,创新之处在于利用P波段低频振子天线作为接收机馈源,放置在距离副反射面顶点下方约1/4波长处,研究天马望远镜在P波段开展天文观测的可行性。研究内容包括P波段振子天线设计、馈源轴向偏焦位置优化以及观测性能分析。P波段振子天线作为馈源,天线最大增益45 d B,天线效率64.25%。     

射电阵列天线和接收机性能综合测试方法

首先回顾了在现场射电望远镜天线性能的Y系数测量方法,指出如略加改进并利用射电望远镜自身接收机作测试接收机,则即能测出天线性能,又能测出接收机性能,详尽描述了这种改进方法。测量方法是模拟接收机输入端分别连接到50Ω终端、噪声源及天线输出端,且天线分别指向冷空和太阳。由测量方法得出4个传输方程,进而导出模拟接收机系统噪声温度、天线噪声温度、模拟接收机增益及天线增益与测试数据紧密联系的表达式。以一个射电望远镜测试数据为依据,算出相应系统参数并与设计指标要求进行了比对。小结中列出这种方法的优点,同时也讨论了现场测量天线增益的方向图法。     

PSR J0034-0721强单个脉冲的观测研究

利用南山基地25 m射电望远镜在1.54 GHz频段对脉冲星PSRJ0034-0721强单个脉冲进行了观测.使用单脉冲探测方法,从1 h观测数据中探测到116个信噪比R_(SN)N≥5的单个脉冲信号.在1.54 GHz频段探测到的单个脉冲R_(SN)从5到10.5,峰值流量约是平均脉冲峰值流量的14～29倍,远小于典型巨脉冲强度与其平均脉冲强度的比.这些脉冲的强度累积分布基本符合幂律谱,拟合得到谱指数α=-4.3±0.4.本次观测对R_(SN)≥5的单个脉冲探测率为3%,对R_(SN)≥10的单个脉冲探测率约为0.08%.这些脉冲的半峰线宽(W_(50))从1.6到8 ms,平均为3.9 ms.探测到的绝大多数强单脉冲发射相位集中分布在平均脉冲轮廓的峰值相位处,但也探测到两个R_(SN)8.5的强脉冲相位提前平均脉冲轮廓峰值相位33 ms左右,表明强脉冲发射区可能有两个,符合前人在40 MHz和111 MHz频段的观测结果,但1.54 GHz频段的平均脉冲轮廓只显示一个成份.     

天马13m射电望远镜高精度指向模型的建立

天马13 m射电望远镜是专为空间大地测量的新一代甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry, VLBI)天线,即VGOS(VLBI Global Observing System)系统。VGOS观测将从调度、相关、观测策略到分析各方面改变甚长基线干涉测量。与传统测地观测相比,VGOS观测将数据精度提高1～2个数量级。天马13 m射电望远镜安装了3～15 GHz宽频制冷接收机,一般要求天线指向偏差小于最高频率波束宽度的1/10。为满足高精度指向要求,详细介绍了建立指向的方法和天线控制扫描策略,给出了系统误差修正模型的完全表达式,明确了指向修正模型中的参数意义。基于该天线指向扫描的实测数据,实测评估了望远镜的指向精度。采用最小二乘法对覆盖全天区的数据样本进行拟合,得到天马13 m射电望远镜指向模型,并加载到天线伺服控制系统进行验证,得到了优于10″的盲指误差。     

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。     

CSRH-I的天线选择

介绍了CSRH(中国太阳射电频谱日像仪)3个与科学目标相关的系统指标:空间分辨率、时间分辨率和频率分辨率(射电望远镜专有技术指标).然后介绍CSRH 3个接收设备的关键技术指标:灵敏度、动态范围和极化隔离度(接收机通用技术指标).重点阐述了CSRH天线的3项选择:天线个数、天线尺寸及天线主要技术指标(增益、噪声温度及轴比)与上述指标的关系.     

基于砷化镓晶体管的1.35～2.0GHz低噪声放大器

低噪声放大器(Low Noise Amplifier, LNA)是接收机系统的关键器件,其性能决定了接收机系统的噪声温度和对微弱射电信号的放大能力。采用Avago公司砷化镓(GaAs)工艺的pHEMT ATF-54134研制了一款可工作在1.35～2.0 GHz频率范围内的低噪声放大器。该放大器采用两级拓扑结构,单电源自偏置供电,典型增益28 dB,典型噪声温度35 K,输入回波损耗优于-10 dB,输出回波损耗优于-15 dB,输入1 dB压缩点为-13 dBm。该放大器除了可用于对中性氢、脉冲星和羟基进行观测的射电望远镜接收机以外,还可用于电波环境监测系统。     

TM65 m射电望远镜低频段系统噪声温度测试和分析

首先介绍了天马65 m射电望远镜(简称TM65 m)接收系统,包括L、S、C、X 4个频段各部分的噪声指标.然后对系统噪声温度的几种测试方法进行了讨论;对影响系统噪声温度测量的若干关键因素进行了分析,包括非线性误差、馈源网络插入损耗和失配误差等.采用Y因子法对试验室的噪声源定标值进行了校核,校核后偏差达到0.2 K左右.最后给出了TM65 m 4个低频段系统噪声温度的实测结果,并进行了分析.     

相控阵馈源MVDR波束合成器缓解RFI仿真

相控阵馈源(Phased array feeds, PAFs)接收机作为下一代微波接收机,为大口径射电天文望远镜的射电干扰(Radio Frequency Interference, RFI)缓解工作带来了新的解决方法. PAFs接收机对射电望远镜焦平面的电磁波进行空域采样,返回时域阵列信号,使用最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response, MVDR)波束合成器可以自适应地识别RFI的方向,同时抑制RFI在输出信号中的功率,从而达到提升射电望远镜灵敏度的效果.仿真结果表明MVDR波束合成器对有源高能量的射电干扰有很强的识别能力和一定程度的缓解能力,同时,该波束合成器对各阵元信道中加性噪声累积引起的无源干扰有很强的抑制能力,因此, PAFs接收机的MVDR波束合成器可以增强日益复杂电磁波环境下射电望远镜的抗干扰能力.     

相控阵馈源MVDR波束合成器缓解RFI仿真

相控阵馈源(Phased array feeds, PAFs)接收机作为下一代微波接收机, 为大口径射电天文望远镜的射电干扰(Radio Frequency Interference, RFI)缓解工作带来了新的解决方法. PAFs接收机对射电望远镜焦平面的电磁波进行空域采样, 返回时域阵列信号, 使用最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response, MVDR)波束合成器可以自适应地识别RFI的方向, 同时抑制RFI在输出信号中的功率, 从而达到提升射电望远镜灵敏度的效果. 仿真结果表明MVDR波束合成器对有源高能量的射电干扰有很强的识别能力和一定程度的缓解能力, 同时, 该波束合成器对各阵元信道中加性噪声累积引起的无源干扰有很强的抑制能力, 因此, PAFs接收机的MVDR波束合成器可以增强日益复杂电磁波环境下射电望远镜的抗干扰能力.     

德令哈毫米波望远镜本振谐波干扰问题

射电天文中,射频干扰问题多样而复杂,面对不同的射频干扰问题,针对不同的干扰机制,采取针对性的方法。从器件阶段消减射频干扰,可以预防射频干扰进入望远镜内部。介绍了德令哈毫米波望远镜9波束边带分离型超导接收机, 1个本振链路系统分配18路本振信号方案,针对本振链路中信号发生器的谐波信号引起的中频窄带干扰,设计了注入模拟谐波信号的测试方案,确认了干扰产生机制并得出谐波信号频率与干扰信号频率和功率的对应关系,分析并验证了谐波干扰的传输路径。为了消减谐波干扰,利用YIG滤波器可变频段的带通特性,在本振链路上滤除谐波信号,防止谐波信号耦合到接收机系统,完成了谐波干扰的消减。     

50m天线射频信号光纤传输的设计和应用

简述了50m口径射电望远镜射频(Radio Frequency,RF)信号光纤传输的设计方案;并对光纤传输链路的性能指标进行了分析、计算和测试,验证了方案的可行性;最后初步讨论了光纤传输链路对整个系统的影响.     

TM65 m射电望远镜Ku、K、Ka和Q频段天线性能测量

讨论了TM65m射电望远镜Ku、K、Ka和Q4个高频段天线效率、灵敏度以及系统噪声温度的性能测量工作.首先介绍了TM65m接收系统4个高频段的关键指标,接着对测量工作中需要注意的方面进行了论述,主要包括望远镜指向和副面位姿模型的构建、噪声源的定标以及大气的影响.最后给出了TM65m在这4个频段的天线效率、灵敏度以及系统噪声温度的实测结果.测量结果表明:在最佳俯仰角45°-65°范围内,Ku、K、Ka和Q4个波段天线效率均可以达到约50%,而在较高和较低的俯仰角上,由于主面变形的缘故,效率有明显的下降现象.当俯仰角为50°左右时,4个波段的灵敏度分別为38 Jy、120 Jy、200 Jy和110 Jy.     

十米口径射电望远镜1420MHz总强度接收机研制报告

本文对十米口径射电望远镜的1420MHz总强度接收机的研制,调试和检测做了总结。     

交调干扰引起的可能被认为是射电爆发的假象

本文强调动态范围是太阳射电望远镜的关键指标．以海淀区青少年科技馆的２１ｃｍ射电望远镜，１９９１年５月１６日及６月１５日的强太阳射电爆发观测资料的频谱和噪声分析结果为例，讨论了其重要性．     

上海天文台25 m射电望远镜首次单天线脉冲星观测

介绍上海天文台25 m射电望远镜首次单天线脉冲星观测。2010年4月23日,使用上海天文台位于佘山观测基地的25 m射电望远镜对脉冲星J0332+5434在L波段进行了观测,此次观测使用VLBI终端进行数据采集记录,通过对观测数据进行非相干消色散和周期折叠,成功获得目标源的平均轮廓。此次观测的成功,表明该天线具备开展单天线脉冲星观测的条件,并为上海天文台建设中的65 m天线的天文观测提供了参考,为将来自主研发脉冲星终端进行了技术储备。