射电天文台址常驻电磁干扰检测与识别方法

为有效统计射电天文台址常驻电磁干扰的变化,提高实时电磁环境监测效率,提出一种基于先验信息的常驻电磁干扰信号检测与识别方法.首先通过信噪分离,信号能量估值从电磁环境历史监测数据中提取移动通信,地面数字电视等常驻大信号的中心频率、极化方式、来波方向等特征,经对无线信号传播信道的衰落方式进行分析,提出信号能量模型服从的分布函数假设并采用K-S检验验证该假设,合理设置能量阈值,建立信号模板库.其次,根据信号模板库中的信号特征对实时频谱数据进行双门限能量检测、信号相关性识别,从而提高信号检验的准确率,实现了常驻信号的快速统计.针对射电天文台址实测频谱,运用该方法能够有效识别并统计频谱中的常驻信号,从而为台址干扰缓解策略制定提供重要依据.     

基于独立成分分析的射频干扰信号消除方法

射电天文已成为人类研究宇宙的重要途径。但随着人类生产、生活的发展,射频干扰信号对射电天文观测的影响越来越严重,观测数据的好坏关系到科学成果的质量甚至结论的真伪。目前广泛采用基于阈值判断射频干扰,对干扰信号直接舍弃部分观测数据的方法。此类方法存在阈值确定困难、观测带宽和时间被缩减等问题。针对脉冲星观测射电信号中,各干扰信号及射电信号统计独立以及呈现出的非高斯性,利用独立成分分析对混合信号进行分解,并根据观测信号中脉冲星信号和干扰信号的分布特点识别脉冲星信号,实现干扰信号消除。使用该方法对云南天文台40 m射电望远镜接收到的脉冲星观测信号进行独立成分分析,分解出独立的射频干扰信号和脉冲星信号,消除射频干扰信号。独立成分分析法在干扰信号消除、射电信号保留及信噪比方面均取得良好效果。     

基于多相滤波器的宽带射电频谱仪设计

提出了一种基于多相滤波器的新型宽带射电频谱仪的设计方案。通过多相滤波器实现宽带射电信号的滤波,对滤波后的基带信号进行数字功率检波,再通过积分控制,最终得到射电信号的频谱强度。仿真分析表明,这一设计具有很好的效果,通过多相滤波器,使信号的速率大为降低,克服了传统频谱仪以及采用FFT实现频谱变换方法的缺点,可以实现对超宽带射电信号的实时频谱分析。     

射电天空与观测源分布可视化软件

射电天文观测需要事先对射电源分布及天空背景有清晰的了解。目前国内射电天文台站缺乏射电天空与观测源分布可视化软件来对射电天空背景和观测源进行显示。开发一款简洁、移植性强的可视化软件,方便观测者直观地了解射电天空,帮助他们制定合理的观测计划。该软件使用C语言及PGPLOT子函数库编写,在Linux系统下运行,实现了星空的实时查询和按时查询,并支持用户更改观测台站、天空背景和射电源表等。该软件具有很好的扩展能力,将面向国内各天文台站及天文爱好者开源发布。     

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.     

集成声光频谱分析仪（IAOSA）应用于射电天文学的展望

本文首先概述了声光频谱仪在射电天文学上应用的历史和最新发展。进而介绍了集成声光频谱分析仪(IAOSA)的基本工作原理,并给出具有100MHz带宽,2MHz分辨率的IAOSA的设计方案。最后探讨了IAOSA在射电天文学上的应用前景,及利用紫台太阳射电望远镜进行IAOSA的可行性,数据压缩,弱信号检测、干扰信号的识别等多功能实验的具体设想。     

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.     

精确时延补偿的自适应旁瓣相消射电抗干扰方法研究

导航信号作为射电干扰信号影响L波段射电观测时,与雷达、通信领域的干扰不同,其功率通常小于噪声功率,使得利用干扰信号相关性的传统抗干扰方法效果不佳,且缺乏有效的评价指标。针对以上问题,依据射电信号处理流程构建了射电抗干扰系统框架,并从射电观测数据应用出发,给出了干扰抑制度和信号损失度两个指标。同时提出在精确补偿时延后利用抑制干扰子空间噪声分量的自适应旁瓣相消方法来消除导航信号的影响;仿真结果表明,本方法能有效抑制导航信号对射电观测的影响,且性能优于传统基于特征子空间的自适应旁瓣相消方法。     

10毫秒级日冕振荡的频谱特性

云南天文台高分辨率射电频谱仪观测到10毫秒级变周期振荡,带宽约10MHz,叠加在一个持续时间约500ms的射电频谱上.在德国Weissenau的太阳射电频谱记录上找到了对应的爆发;同时SESC(美国空间环境服务中心)发表了同一时刻获得的245MHz总强度射电爆发记录;还在日面城到了相应的H_α亮点.     

正常星系的射电连续辐射及HI辐射

本文综述了近年来世界上各大天文台站对正常星系的射电连续辐射和HI辐射的观测及研究。引述各型星系(E星系、旋涡星系、星系对)及星系核的射电观测的主要结果及其统计性质,对其中一些结果的物理机制进行初步探讨。     

Solar radio filtering algorithm based on improved long short-term memory

The effective observation of burst events in solar radio research has been impeded by various interference signals,especially interference signals with a wide frequency range and high intensity,as they can partially or completely obscure the observation of burst events.Image processing methods that directly remove the interference signal channels and subtract the average of the interference signal channel are not suitable for processing all types of interference signals.This paper proposes the use of a specific kind of recurrent neural networks,called long short-term memory networks,to predict the value of the radio frequency interference signals with high intensity of the burst event in the solar radio spectrum.The predicted interference can then be removed in accordance with the principle that signals can be linearly added.Therefore,predicted value is subtracted from the data containing the burst event signals and the RFI signals(The radio frequency interference signals to be processed in this article refer to the signal of the broadcast signal that can be received in the frequency range,the signal transmitted by the mobile phone,and the signal transmitted by the sea vessel,and the like) to remove the interference.Then,in order to reduce the error caused by the stepwise prediction in the network and further improve the prediction accuracy,this paper analyzes the characteristics of the value of the radio interference and applies the digital mapping method to convert the prediction problem into the classification problem in the time series.The experimental results show that the proposed method can effectively remove the radio interference in the solar spectrum and clearly show the burst events.     

面向单脉冲信号分类的集成特征选择与评价

受大量射频干扰信号影响, 快速从海量观测数据中准确识别出单脉冲信号已成为天文数据处理的一项重要任务, 而设计和提取有效数据特征, 是利用机器学习进行单脉冲信号高效识别的决定因素. 针对如何选择最优特征, 进而提升单脉冲信号的分类精度这一关键问题, 设计了面向单脉冲信号分类的集成特征选择方法. 方法首先混合单脉冲信号的参数特征、统计特征和抽象特征, 然后分别利用5种单一特征选择方法选出各自的最优特征集, 最后利用贪心策略对5种单一方法获取的最优特征集进行集成筛选, 获取最优集成特征集. 实验表明, 最优特征集合既包含统计特征也包含抽象特征. 在相同特征数量下, 利用集成特征选择比单一特征选择能获得更高的模型精度, 可使F1值最高提升1.8%. 在海量数据背景下, 集成特征选择对减少特征数量、提升分类性能和加快数据处理速度具有重要作用.     

Fast radio burst search: cross spectrum vs. auto spectrum method

The search for fast radio bursts(FRBs) is a hot topic in current radio astronomy studies. In this work, we carry out a single pulse search with a very long baseline interferometry(VLBI) pulsar observation data set using both auto spectrum and cross spectrum search methods. The cross spectrum method,first proposed in Liu et al., maximizes the signal power by fully utilizing the fringe phase information of the baseline cross spectrum. The auto spectrum search method is based on the popular pulsar software package PRESTO, which extracts single pulses from the auto spectrum of each station. According to our comparison, the cross spectrum method is able to enhance the signal power and therefore extract single pulses from data contaminated by high levels of radio frequency interference(RFI), which makes it possible to carry out a search for FRBs in regular VLBI observations when RFI is present.     

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.     

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.     

关于太阳射电快速活动真伪信号识别问题

本文列举了云南天文台四波段太阳射电实测中得到的几种干扰实例及确认的太阳快速信号，在认识到太阳射电和干扰信号十分相似的基础上，探讨如何识别真伪信号问题。     

Radio frequency compatibility analysis for BDSBAS and GPS/WAAS

Radio frequency signal compatibility is the basis of interoperability of the Satellite eBased Augmentation System(SBAS). SBAS should abide by relative international radio regulations of International Telecommunication Union(ITU) and meet the compatibility requirements of radio frequency signal between the Global Navigation Satellite System(GNSS)/SBAS, in order to avoid negative mutual interference. According to ITU Proposal and related reference and assumptions, the paper made simulation of signal receiving maximum power in the Bei Dou Satellite-Based Augmentation System(BDSBAS)global signal coverage. And then, interference of BDSBAS to Global Positioning System(GPS)/WAAS(Wide Area Augmentation System) on L1/L5 bands were calculated and analyzed, with equivalent carrierto-noise ratio as the evaluation parameter. The result shows that the carrier-to-noise ratio decrease of GPS/WAAS caused by BDSBAS B1 C and B2 a signals are extremely lower than inter-system interference of GPS/WAAS, and thus can be ignored in practical applications. Therefore, BDSBAS will not cause the service performance degradation of GPS and WAAS.     

Study of Radio Frequency Interference Mitigation Method Based on Wavelet Transform

In radio astronomy observations, radio frequency interference (RFI) is mixed into the telescope receiving system in various forms. The existence of RFI brings misjudgment to the observation or reduces the observational signal-to-noise ratio. In recent years, the domestic and overseas radio astronomy has developed rapidly. Large-scale radio telescopes and telescope arrays at home and abroad have been constructed successively. Observation sensitivity is greatly improved, and the influence of RFI is particularly prominent. With the development of science and technology and the intensification of human activities, the RFI has become increasingly serious and irreversible. We propose to use the two-dimensional discrete wavelet transform method to analyze the data of radio astronomy observations, and to perform wavelet transform on the time-frequency sequence output by the telescope system. According to the wavelet coefficients, the every component in the original signal is separated, and the corresponding threshold value is obtained by the statistics on each component. Each component is compared with the threshold to identify the interference component, and to mark it for removal. This method is used to process the actual observation data. The results show that this method can well mark and eliminate the interference signal, and improve the observational signal-to-noise ratio.