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.     

基于卷积神经网络的快速射电暴候选体分类

针对目前从海量的快速射电暴(Fast Radio Burst, FRB)候选体中人工筛选FRB事件难以为继的现状,提出了一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)的FRB候选体分类方法.首先,通过真实的观测数据和仿真FRB组成训练和测试样本集.其次,建立了二输入的深度卷积神经网络模型,并对其进行训练、测试和优化,获取FRB候选体分类器.最后,利用来自脉冲星的单脉冲数据对该分类器的有效性和性能进行了验证.实验结果表明,该方法可以快速从大量候选体中准确识别出单脉冲事件,极大地提高了FRB候选体的处理速率和效率.     

一种新的基于2维傅里叶谱图像的恒星光谱特征提取方法和深度网络分类应用

天体光谱分类是天文学研究的重要内容之一,其关键是从光谱数据中选择和提取对分类识别最有效的特征构建特征空间.提出一种新的基于2维傅里叶谱图像的特征提取方法,并应用于LAMOST (the Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope)恒星光谱数据的分类研究中.光谱数据来源于LAMOST Data Release 5(DR5),选取30000条F、 G和K型星光谱数据,利用短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transform, STFT)将1维光谱数据变换成2维傅里叶谱图像,对得到的2维傅里叶谱图像采用深度卷积网络模型进行分类,得到的分类准确率是92.90%.实验结果表明通过对LAMOST恒星光谱数据进行STFT可得到光谱的2维傅里叶谱图像,谱图像构成了新的光谱数据特征和特征空间,新的特征对于光谱数据分类是有效的.此方法是对光谱分类的一种全新尝试,对海量天体光谱的分类和挖掘处理有一定的开创意义.     

基于机器学习的单脉冲搜索候选体识别对FAST观测CRAFTS数据的应用研究

单脉冲搜索作为脉冲星探测的有力工具,在探测旋转射电暂现源以及快速射电暴中扮演着重要角色。为了从海量的射电巡天数据中快速筛选出最有价值的单脉冲搜索候选体,候选体识别已经从早期启发式阈值判断发展到基于机器学习自动识别。对于FAST观测,研究了基于机器学习的单脉冲搜索候选体识别应用到CRAFTS (the commensal radio astronomy FAST survey)超宽带脉冲星数据的性能表现。在评估过程中,使用单脉冲事件组识别(SPEGID)和单脉冲搜索器(SPS)两类自动识别方法,通过7种不同机器学习分类器对CRAFTS基准数据集产生的单脉冲搜索候选体进行自动识别;作为对比,也使用了启发式阈值判断的方法 (RRATtrap和Clusterrank)。结果表明,SPEGID具有最好的性能表现(最高的F1-score值95.1%、次高的召回率95.4%、最低的假阳性率4.7%),SPS具有最快的筛选速度(平均每小时筛选4 010个候选体)。通过对比分析结果,探讨了如何基于FAST观测数据开展高效的单脉冲搜索候选体识别。     

区域GPS网实时计算可降水量的若干问题

目前地基GPS气象学测得的可降水量(PWV)精度好于2mm，但在利用区域GPS网实时计算每个测站上空的PWV时，要涉及到很多常规GPS资料处理时所忽略的问题，如需考虑数据处理软件和计算方式的选择、站坐标的确定和约束、轨道的使用方法、网外辅助站最佳数量的确定、海潮对实时计算PWV的影响以及实时应用于气象服务时的端部效应等问题。利用上海GPS综合应用网获取的2002年6、7月份长江三角洲地区人梅前后的数据，分析了利用区域性的GPS网实时计算高精度的PWV时要解决的各种问题，探讨了其数据处理方案。     

区域GPS网实时计算可降水量的若干问题

目前地基GPS气象学测得的可降水量 (PWV )精度好于 2mm ,但在利用区域GPS网实时计算每个测站上空的PWV时 ,要涉及到很多常规GPS资料处理时所忽略的问题 ,如需考虑数据处理软件和计算方式的选择、站坐标的确定和约束、轨道的使用方法、网外辅助站最佳数量的确定、海潮对实时计算PWV的影响以及实时应用于气象服务时的端部效应等问题。利用上海GPS综合应用网获取的 2 0 0 2年 6、7月份长江三角洲地区入梅前后的数据 ,分析了利用区域性的GPS网实时计算高精度的PWV时要解决的各种问题 ,探讨了其数据处理方案     

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.     

PSR J0835-4510单脉冲的观测研究

利用中国科学院国家授时中心昊平观测站40m射电望远镜, 在L波段对Vela脉冲星(PSR J0835-4510)进行了单个脉冲观测研究. 在56min的观测数据中, 共观测到38040个单脉冲. 探测到观测时间内辐射的所有单脉冲信号, 其中单脉冲的半峰线宽(half-maximum line width, $W_{50     

一种基于MUSIC算法的天地波识别方法

基于我国BPL长波脉冲信号的特征,利用MUSIC(多信号分类)算法对BPL天、地波延迟进行估计,实现天、地波识别。对传统谱估计IFFT(快速傅里叶逆变换)算法和现代谱估计MUSIC算法进行了仿真和比较,结果表明,这两种方法在较低信噪比条件下可有效分离天、地波,且识别误差都能控制在±5μs内,但MUSIC算法比IFFT算法具有更高的精度和分辨率。     

宽带频谱序列干扰信号识别与统计方法

随着科学技术的不断进步,射电天文台站趋于自动化,各类电子设备的广泛使用使得射电天文台站的电磁环境变得尤为复杂,如何有效识别和统计复杂频谱中的干扰信号是当前射电天文台站亟需解决的问题,故提出一种宽带频谱序列干扰信号识别与统计方法.首先,对每组宽带频谱进行信噪分离、识别频谱中的干扰信号;然后,对第1组宽带频谱信号识别结果及信号特征建立模板库,后续每组频谱的信号识别结果与模板库中对应频率的信号进行相似性分析,根据相似性分析结果,统计信号次数,更新模板库;实现宽带频谱序列干扰信号的识别与统计.针对QTT (QiTai Radio Telescope)台站实测频谱,运用该方法进行干扰信号识别与统计,能够有效识别并标记频谱中的干扰信号,并统计干扰信号随时间、方向的变化趋势.     

加速仪数据在CHAMP卫星精密定轨中的贡献

通过用几个实例计算，评估了CHAMP卫星加速仪数据对SLR数据定轨精度的贡献．结果显示用加速仪数据代替非保守力对CHAMP卫星进行精密定轨时，其SLR的残差从原来的16．5cm减少到2．7cm，与精密轨道相比，卫星位置误差由18．9cm减少到6．2cm(一天资料)．     

利用3次方位观测天基初轨确定新方法

提出了一种适用于天基空间目标光学观测的初始轨道确定新方法. 通过对比地基和天基观测的几何构型, 分析了利用天基光学观测数据进行初轨确定时计算收敛到观测平台自身轨道的原因. 基于轨道半通径方程和改进Gauss方程, 推导出了斜距条件方程组的解析形式, 将天基光学观测的初轨确定问题转换为求解关于观测时刻斜距变量的非线性条件方程组的问题. 利用轨道能量约束减小了解的搜索区域, 消除了方程组的奇点. 最后利用天基实测数据验证并分析了非线性条件方程组根的性质, 利用低轨光学观测平台对低、中、高轨和大椭圆轨道空间目标的仿真观测数据验证了方法的有效性.     

First Optical Satellite Tracking Station (OSTS) at NRIAG-Egypt

In March 2019 the first dedicated of optical observation of space debris and artificial satellites (Optical Satellites Tracking Station (OSTS)) in Egypt has been performed by National Research Institute of Astronomy and Geophysics (NRIAG) at Kottamia Observatory. The 0.28 m Telescope is used for tracking and surveying debris and operational satellites at Low Earth Orbit (LEO), High ellipse orbit (HEO) and the Geosynchronous Earth Orbit (GEO). OSTS has also collaborated with International Scientific Optical Network (ISON) for optical observation. The necessary programs to control the telescope, camera and monitoring process are configured. Coordinate corrected metric data is provided with the time information. The system has validated and calibrated processing. The first results of the observations with image processing using Apex-2 software are presented. The optical observations using OSTS are being used to help characterize the debris environment in LEO, HEO and GEO to assist in the modeling projections for space debris database, real population and distribution, detection and orbital determination, and conjunction analysis between operational satellites and/or dangers debris.     

利用Bernese5.0软件实现LEO卫星精密定轨

越来越多的LEO卫星装载了高精度的星载GPS接收机,星载GPS定轨已成为LEO卫星精密定轨的重要手段之一。星载GPS精密定轨精度依赖于GPS星历及钟差精度,采用CODE(Center for Orbit Determination in Europe)官方网站提供的GPS精密星历及钟差数据,基于瑞士伯尼尔大学开发的Bernese 5.0软件,采用非差减缩动力学定轨方法,解算了60天的CHAMP卫星和SAC-C卫星轨道,并将所得轨道与JPL和GFZ事后科学轨道比较,得出的轨道位置三维精度优于20 cm量级,速度三维精度约为0.20 mm/s。     

Collision risk against space debris in Earth orbits

?pik’s formulae for the probability of collision are applied to the analysis of the collision risk against space debris in Low-Earth Orbit (LEO) and Medium Earth Orbit. The simple analytical formulation of ?pik’s theory makes it applicable to complex dynamical systems, such as the interaction of the ISS with the whole debris population in LEO The effect of a fragmentation within a multiplane constellation can also be addressed. The analysis of the evolution of the collision risk in Earth orbit shows the need of effective mitigation measures to limit the growth of the collision risk and of the fragmentation debris in the next century.     

Kinematic Precise Orbit Determination for LEO Satellites Using Space-borne Dual-frequency GPS Measurements

As a special approach to orbit determination for satellites with spaceborne GPS receivers, the kinematic Precise Orbit Determination (POD) is independent of any mechanical model (e.g., the Earth gravity ?eld, atmospheric drag, solar radiation pressure, etc.), and thus especially suitable for the orbit determination of Low Earth Orbiting (LEO)satellites perturbed strongly bythe atmosphere. In this paper, based on the space-borne dual-frequency GPS data, we study the kinematic POD, discuss the pre-processing of the data, and construct an algorithm of zero-difference kinematic POD. Using the observational data from GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) satellites covering the whole month of February 2008, we verify the effectiveness and reliability of this algorithm. The results show that the kinematic POD may attain an accuracy of about 5 cm (with respect to satellite laser ranging data), which is at the same level as the dynamic and reduced-dynamic PODs     

北斗系统测站钟差短期预报模型比较及其在单星定轨中的应用

北斗卫星导航系统(BDS)地面跟踪站都配置有高精度的氢原子钟,并基于精密定轨数据处理与主站的时间基准进行同步.在卫星轨道机动以及机动恢复期间,通常采用几何法定轨以及单星定轨确定卫星的轨道.而在这两种定轨模式中,需要提供精确的测站钟差作为输入.为提高定轨的实时性,需要对测站钟差进行预报处理.分析了2次多项式模型、附加周期项模型、灰色模型3种模型对北斗地面跟踪站钟差短期拟合和预报的性能,并将钟差预报结果应用于单星定轨,同时还分析了不同预报钟差用于定轨的精度.试验发现,以上3种模型对6个测站钟差的平均拟合精度分别为0.14 ns、0.05 ns、0.27 ns,预报1 h的平均精度分别为1.17 ns、0.88 ns、1.28 ns,预报2 h的平均精度分别为2.72 ns、2.09 ns、2.53 ns.采用3种模型对测站钟差进行预报并用于单星定轨,采用附加周期项的钟差预报模型轨道3维误差最小,不同模型轨道径向精度差异在3 cm以内.以上结果表明,附加周期项的站钟拟合及预报模型在北斗系统机动期间的轨道恢复数据处理具有最好的效果.     

区域导航卫星精密定轨研究

区域卫星导航系统采用混合星座设计,GEO(地球同步轨道)卫星是系统的重要组成部分,其精密定轨技术也是导航系统的关键技术之一。GEO卫星的高轨特性致使地面跟踪基线长度有限,定轨几何条件不佳;其静地特性致使卫星轨道与钟差存在强相关特性,对于基于伪距的GEO卫星定轨模式,需要星地与站间时间同步技术的支持。因此,如何利用区域卫星导航系统的多种测量技术实现多模式、多层次的导航卫星精密定轨,是一项值得深入研究的课题。     

小倾角LEO多星天基平台光学跟踪GEO精密定轨

针对地基卫星测控系统(Tracking Telemetry and Command, TT&C)系统对地球静止轨道(Geostation-\lk ary Earth Orbit, GEO)卫星在空间和时间覆盖上的局限性, 提出小倾角低地球轨道(Low Earth Orbit, LEO)多星组网天基平台对GEO卫星进行跟踪定轨的方法. 根据空间环境和光学可视条件对仿真数据进行筛选以模拟真实的观测场景, 利用光学测角数据, 使用数值方法对GEO卫星的轨道进行确定. 结果与参考轨道进行重叠对比, 在平台轨道精度5 m、测量精度5rq\rq、 定轨弧长12 h的情况下, 两颗LEO卫星对GEO卫星进行跟踪定轨的精度可达到千米量级, 4颗LEO卫星对GEO目标进行跟踪定轨的精度可达到百米量级. 随着LEO组网卫星数量的增加, 定轨精度得到了较大的提高.     

两行根数辅助的SLR单站定轨

单站测距资料定轨的困难限制了漫反射SLR(Satellite Laser Ranging)测距资料的应用.为此,提出利用两行根数模拟多站SLR测距资料作为辅助,实现单站SLR测距资料定轨的方法.该方法对卫星Ajisai单站SLR测距资料定轨并生成5 d预报轨道,误差小于40 m,实现利用单站测距资料的轨道改进,验证了方法的可行性.