单测试质量无拖曳卫星无拖曳及姿态系统仿真及其控制研究

以ASTROD I (Astrodynamical Space Test of Relativity using Optical Devices I,单航天器天文激光动力学)为例介绍无拖曳卫星的结构及其工作原理.推导了其动力学方程,并在此基础上建立了卫星的动力学数值仿真器.将H2最优控制理论运用于以噪声压制为主要目的的无拖曳卫星控制系统的设计,通过传递函数法及数值法双重分析表明所设计的控制器能符合卫星的控制要求,同时表明在控制器设计过程中采用的线性化假设是适当的.     

基于FPGA的空间太阳磁像仪自校正稳像系统研制

太阳磁像仪是开展太阳磁场观测研究的核心仪器,其中的稳像系统是空间太阳磁像仪的关键技术之一,针对深空探测卫星系统对载荷重量、尺寸限制严苛的要求,设计了基于图像自校正方法的稳像观测系统.介绍了一套基于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)和数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP),通过基于自相关算法的高精度稳像方法设计,并结合精确偏振调制、准确交替采样控制等系统软硬件设计,克服由于卫星平台抖动、指向误差等因素造成的图像模糊,实现实时相关、校正、深积分的稳像观测系统.针对像素尺寸为1 K×1 K、帧频为20 fps的CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)探测器,实现了1像元以内的实时稳像观测精度.在完成实验室测试后, 2021年6月18日在国家天文台怀柔太阳观测基地35 cm太阳磁场望远镜上开展了实测验证,结果表明该系统能够有效地完成太阳磁像仪自校正稳像观测,获得了更高分辨率的太阳磁场数据.稳像系统的成功研制不仅可以为深空太阳磁像仪的研制提供轻量化、高...     

基于线性数据重构的天线动力学模型辨识方法

射电望远镜天线伺服控制系统中的非线性特性, 对系统动力学特性辨识有着显著的影响, 会提高辨识难度, 增加辨识模型的复杂程度. 系统非线性特性的测量与补偿也会增加系统辨识工作量. 针对上述问题, 提出了一种基于非线性采样数据的线性重构方法, 用于动力学特性建模. 通过提取原采样数据的相位与幅值, 对受到噪声与非线性畸变影响的系统采样数据进行线性重构, 降低待辨识模型的复杂度. 搭建了半实物实验平台, 以平台实际采样为基础, 重构线性数据, 利用奇异值法与自回归神经网络评估并辨识平台动力学模型. 实验结果表明, 建模数据奇异值拐点从100阶下降至40阶, 仅用10个神经网络节点200次训练即实现了模型辨识.     

无需初值猜测的间接法小推力轨道设计

在间接法求解小推力轨道计算中,通过先选取合适的性能指标,并对小推力最优控制问题转化为两点边值问题的方程在开普勒轨道附近线性展开,有效增强了协态变量初值收敛性,使得该方法无需对协态变量初值进行反复的随机猜测,迭代过程也不需要人工干预,提高了轨道搜索应用中的计算效率.之后再对性能指标进行迭代优化,可获得逼近于Bang-bang控制的控制方案.     

ASO-S卫星基于太阳导行镜的高精度高稳定度姿态控制系统

先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)卫星姿控分系统的主要任务是实现高精度、高稳定度对日指向控制. ASO-S卫星的科学载荷中,白光望远镜(White-light Solar Telescope, WST)前端配置了太阳导行镜(Guide Telescope, GT)稳像系统,利用正交分布光电二极管组成的边缘探测器测量导行镜光轴与太阳中心的偏差角.提出了一种将GT测量值引入姿态控制闭环的控制方法:利用星敏陀螺定姿算法获得卫星-太阳方向姿态偏差, GT测量值确定非卫星-太阳方向姿态偏差;以4斜装反作用轮组为执行机构,进行三轴零动量稳定姿态控制.通过数学仿真验证,基于GT测量值的姿态控制器在非卫星-太阳方向的绝对指向精度优于2′′、相对姿态稳定度优于1′′/60 s,满足ASO-S卫星高精度高稳定度的对日指向要求.     

月球交会对接VLBI差分时延研究

中国探月3期任务中,月球交会对接技术是任务成功的重要保障.利用嫦娥3号(CE03)绕月飞行的VLBI (Very Long Baseline Interferometry)时延数据,模拟仿真绕月交会对接过程中,同波束VLBI观测模式下,差分群时延的变化情况.仿真结果显示,在远程导引段,轨道器和上升组合体轨道距离保持100 km,持续半小时,差分群时延很好地反映了两者的轨道信息,可以用于定轨定位;自主控制段,上升组合体靠近轨道器,在轨道距离从5 km减小到20 m过程中,上升组合体加速追赶轨道器时,差分群时延快速趋近于0,上升组合体减速远离轨道器时,差分群时延绝对值快速变大.最后,利用嫦娥3号奔月段同时发射两个DOR (Differential One-Ranging)信号的VLBI时延数据,计算差分相时延,初步展示了月球交会对接过程中同波束VLBI差分相时延的误差情况.     

一种针对MWISP项目分子云团块的3D CNN证认方法

分子云团块是恒星的诞生地. 分子团块的普查和其性质的全面研究将有助于了解恒星的形成乃至星系和宇宙的演化过程. 随着银河画卷计划(MWISP)项目的深入进行, 这类研究方案变得切实可行. 但是项目产生的分子云观测数据是海量的, 因此迫切需要一种能够自动识别和证认分子团块的方法. 目前应用广泛的3维分子云数据处理方法有很多, 典型的包括GaussClumps、ClumpFind、FellWalker、Reinhold等, 但都需要输入多个参数来控制它们的性能, 并且进行反复的参数优化和目测才能得到比较满意的结果. 对于大规模的观测数据, 利用现有方法进行分子团块的证认将是一项耗时耗力的任务. 为了克服传统分子云团块检测算法的局限性, 人工智能(AI)的方法将提供一个很好的解决方案. 提出了一种3D CNN (Convolutional Neural Network)方法, 它可以自动处理3D分子谱线数据, 整个过程分为检出和验证两个步骤. 首先, 通过设置较低阈值使用ClumpFind以检出候选对象, 然后通过训练好的3D CNN模型进行验证. 利用仿真数据所做的一系列的实验结果表明, 该方法的综合表现优于4种传统方法. 将该方法应用于实际的MWISP数据表明, 3D CNN方法的性能也令人满意.     

TESS空间卫星单扇区变星的周期性研究

TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite)空间卫星提供的短曝光、高精度光度测量为寻找并区分变星与搜寻行星提供了良好的数据.利用变星源的光变曲线,使用周期频谱分析与光变折叠等一系列方法分析了TESS空间卫星21扇区19995颗拥有高质量光变数据的目标源,并对这些源进行了分类,共获得4624颗变星,其中食双星322颗、脉动变星470颗、行星凌星37颗.所得变星结果与VSX (The International Variable Star Index)变星表进行了交叉比较,共交叉匹配了625颗变星源,这些交叉源中共有131颗为食双星系统、31颗为脉动变星,并通过周期频谱分析获取了双星绕转以及脉动周期.另外在59颗变星中发现明显耀发现象,交叉源中有8颗变星为行星凌星并同样通过周期频谱分析获取了行星绕转周期,从而验证了TESS空间卫星数据对变星分析的可行性.通过利用TESS空间卫星21扇区获得的变星周期结果与VSX变星表中提供的变星周期对比,发现与VSX变星表中绝大部分变星的周期一致,有一部分结果与VSX变星表中的结果差别较大,对这些变星周期结果做了进一步修正,并给出了变星表未列出的变星周期结果.     

基于图像相减和随机森林的AST3巡天暂现源及变源搜寻方法

AST3-2 (Antarctic Survey Telescopes)光学巡天望远镜位于南极大陆最高点冰穹A,其产生的大量观测数据对数据处理的效率提出了较高要求.同时南极通信不便,数据回传有诸多困难,有必要在南极本地实现自动处理AST3-2观测数据,进行变源和暂现源观测的数据处理,但是受到低功耗计算机的限制,数据的快速自动处理的实现存在诸多困难.将已有的图像相减方案同机器学习算法相结合,并利用AST3-2 2016年观测数据作为测试样本,发展一套的暂现源及变源的筛选方法成为可行的选择.该筛选方法使用图像相减法初步筛选出可能的变源,再用主成分分析法抽取候选源的特征,并选择随机森林作为机器学习分类器,在测试中对正样本的召回率达到了97%,验证了这种方法的可行性,并最终在2016年观测数据中探测出一批变星候选体.     

基于泊松模型的X射线脉冲星信号的最大似然TOA估计

讨论了X射线脉冲星光子到达的周期平稳Poisson模型和到达时刻(Time of arrival,TOA)估计问题.在此基础上,得到了脉冲到达时刻的最大似然估计和克拉美-罗限(Cramer-Rao boundary,CRB),并推导了低信噪比情况下的似然函数近似表达和克拉美-罗限.利用解析的脉冲轮廓,对PSR B1821-24的TOA估计进行了Monte Carlo仿真,讨论了不同观测时间和信噪比下的估计误差,给出了相应的信噪比门限.研究表明:该分析方法能够有效估计X射线脉冲星的TOA定时精度,有利于评估其在各种应用中的性能.     

日冕物质抛射的观测性质

综述日冕物质抛射的观测和持性，简短的前言之后，给出ＣＭＥ的发现经过及统计特性，着重介绍ＣＭＥ与其他种类太阳活动的相关。然后介绍ＣＭＥ的一般特性，包括可能与ＣＭＥ相关的一些物理过程的观测特性。初步结论是：ＣＭＥ是一种演变中的磁结构现象。     

二维太阳光谱观测方法和技术

经典的太阳光谱观测是一维的，它有很大的局限性。从５０年代起，天文工作者采用多种方法开展二维太阳光谱观测，已经研制出一系列仪器，建立完整的资料归算程序，取得优良成果。在二维观测资料的基础上，用理论方法推出深度分布，可以得出三维的立体图像，这会成为太阳研究的主要方法之一。     

Radio properties of the Shapley Concentration – IV.The A3528 cluster complex

We report and discuss the results of a 22-cm radio survey carried out with the Australia Telescope Compact Array (ATCA) covering the A3528 complex, a chain formed by the merging ACO clusters A3528–A3530–A3532 , located in the central region of the Shapley Concentration. Simultaneous 13-cm observations are also presented. Our final catalogue includes a total of 106 radio sources above the flux density limit of 0.8 mJy. By cross-correlation with optical and spectroscopic catalogues we found 32 optical counterparts, nine of them belonging to the A3528 complex.
We explored the effects of cluster mergers on the radio emission properties of radio galaxies by means of the radio luminosity function (RLF) and radio source counts. We found that the radio source counts are consistent with the background counts, as already found for the A3558 complex. The RLF for this complex is consistent, in both shape and normalization, with the general cluster luminosity function for early-type galaxies derived by Ledlow & Owen. This result is different from the one we obtained for the A3558 merging complex, the RLF of which is significantly lower than that derived by Ledlow & Owen.
We propose that the different stage of the merger is responsible for the different RLFs in the two cluster complexes in the core of the Shapley Concentration. The early stage of merger for the A3528 complex, proposed by many authors, may not yet have affected the radio properties of cluster galaxies, while in the more much advanced merger in the A3558 region we actually see the effects of this process on the radio emission.     

Galaxy activity in merging binary galaxy clusters

We present the results of a study of galaxy activity in two merging binary clusters (A168 and A1750) using the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) data supplemented with the data in the literature. We have investigated the merger histories of A168 and A1750 by combining the results from a two-body dynamical model and X-ray data. In A168, two subclusters appear to have passed each other and to be coming together from the recent maximum separation. In A1750, two major subclusters appear to have started interaction and to be coming together for the first time. We find an enhanced concentration of the galaxies showing star formation (SF) or active galactic nuclei (AGN) activity in the region between two subclusters in A168, which were possibly triggered by the cluster merger. In A1750, we do not find any galaxies with SF/AGN activity in the region between two subclusters, indicating that two major subclusters are in the early stage of merging.     

太阳磁场观测研究

简要回顾了近几年国际上太阳磁场研究的一些重要进展，包括耀斑与磁切和电流的关系，电流螺度和磁螺度，磁场拓扑性，三维磁场外推，色球磁场研究，日冕磁场研究，内网络磁元，磁流和振荡，极区磁场观测以及色球磁元观测等方面内容，同时也介绍了怀柔太阳观测站最近所取得的主要成果，自20世纪90年代以来，YOHKOH高分辨率的太阳X射线数据，SOHO的多波段大尺度观测，TRACE的高分辨太阳过渡区资料，为研究太阳磁场从内部到距离几十太阳半径处的大范围演化提供了依据，高效的空间资料结合长期的地面资料，将是正派推动太阳磁场研究的重要手段和必然趋势。     

A multicolor photometric study of the neglected eclipsing binary FT Ursae Majoris

The multicolor photometric observations of the neglected eclipsing binary FT Ursae Majoris (FT UMa) were obtained in 2010. The 2003 version of the Wilson-Devinney code was used to analyze the light curves in the B, V and R bands simultaneously. Based on the spectroscopic mass ratio q = 0.984 published by Pribulla et al., it is found that FT UMa is an evolved contact binary with a contact degree of 15.3%. The low amplitude of light variations, ～ 0.15 mag, arises mainly from a moderately low inclination angle...     

太阳大气磁精细结构的射电探讨

太阳大气磁场的研究对于太阳大气物理及太阳活动研究是十分重要的。目前探测光球以外的日够以球，过渡区磁场的几乎唯一办法，是在紧密联系其他频说段取得的信息基础上使用射电观测。根据在微波，米波段有关辐射机制和传播过程，介绍了推导磁场讯息的基本射电方法。     

Stellar Abundance and Galactic Chemical Evolution through LAMOST Spectroscopic Survey

A project of a spectroscopic survey of Galactic structure and evolution with a Large sky Area Multi-Object fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST) is presented. The spectroscopic survey consists of two observational modes for various targets in our Galaxy. One is a major survey of the Milky Way aimed at a systematic study of the stellar abundance and Galactic chemical evolution through low resolution (R=1000-2000) spectroscopy. Another is a follow-up observation with medium resolution (R = 10000) spectrographs aimed at detailed studies of the selected stars with different chemical composition, kinematics and dynamics.