FAST馈源支撑系统中质量阻尼器的初步设计

500m球面射电望远镜(FAST)的馈源支撑系统存在大跨度柔性索支撑结构,馈源仓容易受到外界干扰源的激励引起振动,影响馈源舱内接收机定位和指向的性能和精度.质量阻尼器作为一种有效并且可靠的振动控制设备,得到了深入的研究和应用.本文从质量阻尼器的基本原理出发,初步设计出一种应用于FAsT馈源支撑系统的被动和主动质量阻尼器模型.数值分析和仿真实验结果表明质量阻尼器对FAST馈源仓的振动有明显的抑制效果.     

应用ATA的对数周期馈源方案于FAST的可能性探讨

介绍应用于美国凤凰计划的Allen望远镜阵(ATA)的对数周期馈源(LPA)概况，初步给出此种馈源的基本参数及性能，仿真估算了其驻波比和方向图，并结合正在进行中的我国500m孔径球面射电望远镜(FAST)计划，探讨了应用这种宽带馈源的可能性及其限制。     

FAST望远镜40米模型天文观测软件的开发

针对FAST的天文观测要求,对其天文观测软件进行了设计与开发。首先介绍了FAST天文观测的原理,对天文观测软件进行了需求分析。而后提出了馈源天文运动轨迹规划算法,并进行了仿真。针对其轨迹要求给出了控制方法,对天文观测控制软件进行了设计与实现。最后通过现场实地实验,验证了本文所提的算法与软件的可行性。     

50米天线馈源焦点偏移补偿控制系统的设计

通过测量北京密云50m天线在不同俯仰角度下X波段馈源的焦点轴向偏移,拟合出了由于天线重力形变引起的X波段馈源的焦点轴向偏移曲线.为了补偿焦点偏移,设计了包含电流环、转速环和位置环的馈源控制系统,并基于Matlab/Simulink软件,对系统进行了仿真.仿真结果表明,本文设计的馈源控制系统能够补偿焦点偏移,且系统具有良好的动态和稳态性能.     

FAST L波段多波束馈源设计的初步分析

把抛物面天线的偏焦理论应用于FAST L波段多波束馈源系统的设计,分析了馈源喇叭横向偏焦距离与相应波束偏离角之间的关系,结合多波束射电望远镜扫描方式的要求,给出了FAST L波段多波束馈源的工作带宽、多波束馈源中相邻喇叭的间距以及喇叭口径大小的限制,并对正六边形阵列中处于不同位置的喇叭对应的波束的主瓣情况作了详细计算和分析。由此说明了FAST L波段多波束馈源采用19波束的可行性。另一方面,根据得到的工作频率带宽和喇叭口径大小的情况,对OMT和喇叭类型的选择进行了探讨。本文给出了FAST L波段多波束系统的大概轮廓,为进一步精确设计指明了方向。     

FAST馈源舱倾覆的理论分析及试验研究

FAST望远镜馈源舱通过6根钢索悬浮于空中,在运行过程中其倾角连续变化,存在发生倾覆的风险。通过舱索系统的静力学理论分析和模型试验对FAST馈源舱的最大倾覆角进行了研究。基于舱倾角最大的优化原则和舱-索系统静力平衡,对索力和姿态角的限定等约束条件,建立了求解舱最大倾角(倾覆角)的目标优化函数,利用牛顿迭代法解得了舱在其运行轨迹面(焦面)的倾覆角,同时研究了重心改变对倾覆角的影响。通过舱索系统3 m缩尺模型对理论分析结果进行了验证,得到了模型舱在给定位置的倾覆角,试验结果与理论计算结果比较吻合。最后分析了馈源舱原型在整个焦面上的倾覆角,结果表明馈源舱在实际工作过程中是安全的,不会发生倾覆。     

基于模糊PID控制的激光定位自动换馈控制系统

馈源是天文观测的核心设备,馈源的可靠更换和精确到位对接收微弱的射电信号有着至关重要的意义.以25 m大型射电望远镜为背景,设计了一套基于模糊PID控制的激光定位自动更换馈源控制系统,实现了对高频仓馈源的远程控制、快速精确定位和实时数据采集以及现场监控功能.论文在说明整个系统硬件架构的基础上,详细介绍了采用的模糊PID控制算法以及激光定位技术,仿真结果表明模糊PID算法的控制性能明显优于常规PID控制器,响应快、超调小、鲁棒性强,可提高馈源定位的精度和稳定性.     

结构因素对圆锥喇叭电性能影响的仿真分析

馈源是射电望远镜天线系统的一个重要组成部分,其性能将直接影响整个天线系统的电性能。针对射电望远镜天线系统中典型的圆锥喇叭馈源,通过三维电磁仿真软件（CST STUDIO SUITE12．0）进行建模,分析了不同圆锥度、椭圆度及不圆度对圆锥喇叭馈源远场方向性的影响。结果表明：口径面的椭圆度在一定范围内变化时,对圆锥喇叭馈源方向性的影响较小。且其回波损耗小于-15dB;圆柱波导段的圆锥度大于1：20时,圆锥喇叭的效率会受到一定的影响：不圆度的影响则较大。文中得到的结构因素对圆锥喇叭馈源电性能影响的研究结果．对射电望远镜天线系统中圆锥喇叭馈源的设计和制造具有一定的参考作用。     

基于Linux的FAST馈源支撑系统控制软件的开发

针对FAST的馈源运动控制要求,对馈源支撑系统的控制软件进行了设计与开发。该系统的特色在于基于网络通讯的模块化设计以及采用了完全开源的操作系统与开发工具,操作系统为完全免费且社区化的Ubuntu Linux,开发工具为免费并可跨平台的Qt4。介绍了在上述平台与工具下,整个控制软件的设计与开发过程,关键技术与实现。     

FAST在深空探测中的应用前景

FAST（Five hundred meters Aperture Spherical Telescope)拟利用贵州省的喀斯特洼地，建立世界上最大的500米口径的球面射电望远镜。主动反射面新概念的提出，实现了望远镜的宽频带和全偏振能力；馈源及支撑系统简化的方案，使FAST对天体和航天器的跟踪范围得到很大的补充。分析预研中的FAST的测控功能，并论证其在未来深空网（DSN）中的重要作用和地位及开展国际合作的可能性。     

姿态卡尔曼滤波对FAST馈源舱 BDS/SINS组合导航位姿精度的提高

500 m球面射电望远镜(The Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope, FAST)馈源舱位置和姿态测量精度直接影响望远镜接收机的对准精度.为了提高馈源舱位姿精度,提出姿态卡尔曼滤波算法,采用北斗导航系统的多天线技术解算馈源舱姿态,将它与捷联惯导解算的馈源舱姿态对比,两者的差值作为姿态卡尔曼滤波的量测量.为了降低北斗导航系统解算姿态的复杂度,采用了罗德里格矩阵解算方法.以望远镜跟踪观测模式时,北斗导航系统和捷联惯导解算的实际导航结果作为测试数据,测试结果表明采用姿态卡尔曼滤波的组合导航结果精度优于传统卡尔曼滤波的组合导航结果,尤其在航向角和yf轴的位置精度上.     

FAST望远镜两轴转向机构结构方案优化

FAST馈源支撑系统承载和驱动馈源运动,进行对天体的高精度跟踪观测.在实时的定位调整中,两轴转向机构起着辅助调整接收机姿态角的作用.为满足FAST两轴转向机构的重量及刚度要求,选择了一种空间刚架式的结构构型.提出了反映结构柔顺度及重量约束的目标函数,以各类杆件的截面面积以及整个结构的高度、半径等几何参数作为优化变量,采...     

FAST单元面板面型检测算法研究

500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope,FAST)是一个超大口径的可动望远镜,有三项技术创新,一是选址,二是轻型馈源索支撑,三是主动反射面。在主动反射面上,单元面板的面型和面板的出厂加工精度对电磁波在反射面的汇聚有很大影响。FAST主反射面由4 600块三角形反射面板拼接而成,每块面板为边长11 m三角形,这对FAST反射面面板的测量技术提出了更高的要求。摄影测量直接在影像上进行量测,无需接触物体本身;所摄影像信息丰富,可以从中获得所研究物体的大量几何信息和物理信息;适用于大范围、多目标测量,效率高。目前世界上最大的射电望远镜,如GBT和ARECIBO都是采用摄影测量技术进行反射面面形检测。在对现有的面型检测技术调研并试验后,提出基于数字近景摄影测量的方法,对FAST反射面11 m单元面板的面型进行检测,数分钟完成反射面板面型的一次检测,测量精度达到2.5 mm,经过调整后的单元面板的面型精度达到了3.0 mm,结果表明摄影测量应用于FAST反射面单元面板面型检测是可行的。     

大射电望远镜FAST风环境数值模拟研究

500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST),整体结构处于复杂的喀斯特地貌上,反射面承受风载荷作用,需要进行抗风设计。建立了FAST反射面及其周边山地地形的计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)计算模型,计算域范围为40 km×10 km×5.5 km。确定了入口风速剖面的基准高度为海拔810 m。计算了不同风向下反射面风压系数分布特征,得出了不利风向。对挡风墙的研究结果表明,挡风墙高度选择的效果优于位置选择。该研究结果可为FAST工程提供抗风设计的初步参考。     

多相滤波器组谱分析方法的性能讨论与天文观测应用

多相滤波器组(PFB)是均匀数字滤波器组的一种高效实现结构,用于信号的均匀子带分解和抽取,对应用多相滤波器组作为功率谱估计器的统计性能与计算量进行分析,与相关图与周期图方法进行比较,并通过仿真及FAST密云模型21cm中性氢谱线观测检验其应用效果。     

射电天文中焦面阵或多波束馈源的应用

焦面阵技术或者多波束馈源系统已经日益广泛地应用于现代射电望远镜，因为它可以充分地利用同一射电望远镜反射面所能提供的信息，在观测比射电望远镜方向瓣大得多的展源时数倍乃至数十倍地提高观测的速度；当存在大气层或电离层的起伏或不均匀影响观测成像质量时，可消除这种影响，提高观测质量；利用焦面阵各单个馈源接收到的信息的互相关，则可以实时监控射电望远镜的反射面、二次反射面、指向精度，从而降低地面上大射电望远镜或空间射电望远镜的精度要求和造价。目前焦面阵已经愈来愈广泛地配置在毫米波射电望远镜和大型射电望远镜的主要波段。对此作了一个较新和全面的评述，对焦面阵应用中的限制，包括相位误差的限制和性能价格比的考虑和可能的前景作了简要的介绍。还分析了在计划中的大型主动球反射面射电望远镜（即FAST）上，配置焦面阵的相应限制、问题和难点，提出了初步的建议，并给出经中英双方讨论后初步拟定的FAST频段、波束及低噪声放大器的配置。     

天籁实验抛物柱面天线阵结构设计与力学分析

为了满足大面积天区的射电巡天观测,完成对大尺度结构的精确测量和对暗能量的探测,需要设计可安装大量馈源单元的大规模射电干涉阵列天线。抛物柱面的结构形式能较好满足工作需求,对抛物柱面天线阵进行了结构的选型设计。基于有限元方法及有限元分析软件,建立了用于暗能量射电探测的抛物柱面天线阵结构的有限元模型,计算分析了在重力、冰雪和风力等载荷作用时反射面的变形情况。仿真计算分析结果表明:设计的用于暗能量射电探测的天线结构在各种工况下反射面变形量较小,能满足各项设计技术指标要求,从而验证了天线阵结构的合理性、稳定性和可靠性。     

面向新疆奇台110 m射电望远镜宽带双极化Vivaldi馈源设计

射电望远镜一般要在宽频段内进行连续观测, 但传统相控阵天线设计方法难以兼顾宽频带和大角度扫描特性. 紧耦合天线的设计方法为宽带大角度扫描天线提供了新的设计思路, 基于此设计了一款宽带双极化 Vivaldi相控阵馈源. 首先结合Wheeler提出的连续电流片概念及等效电路对紧耦合原理进行理论分析, 然后针对Vivaldi天线分析了阵元间的强耦合能够有效拓展天线的工作带宽. 在此基础上设计了一款宽带Vivaldi相控阵馈源. 馈源阵列由8×9 Vivaldi天线阵元组成, 该阵列的工作带宽为2-8GHz, 并且能够在E面和H面均实现±$45^\circ$的扫描特性. 最后对该馈源阵列进行了样机加工和测试, 测试结果与仿真结果具有较好的一致性.     

新疆奇台110米射电望远镜主焦点馈源换馈方案研究

随着射电天文研究的不断深入,科学家对望远镜分辨率和灵敏度的要求也不断提高,同时要求望远镜具有更宽的观测波段。单口径望远镜低频波段用主焦点接收,馈源尺寸可以更紧凑。为了不影响双反射面天线次焦点的馈电功能,主焦点馈源的放置及换馈方案必须高效合理。以建于新疆奇台的110 m口径全可动射电望远镜为研究对象,以意大利SRT 64 m和德国Effelsberg 100 m射电望远镜为参考,对两种方案应用于奇台110 m射电望远镜的可行性进行分析,并提出一种利用线性模组进行主焦馈源快速切换的新型方案。进行了直线模组机构的建模和仿真,并对口径面信号遮挡进行了分析,结果表明,此方案能有效满足望远镜的工作需求。     

月基低频天线技术研究

月基低频天线是近年来射电天文技术领域的研究热点之一。由于地球电离层的屏蔽,频率在30 MHz以下的电波在地面上难以有效观测。月球表面尤其是月球背面被证实是进行低频射电天文观测的绝佳地点。通过对国内外月基低频天线研究现状的调研,阐述了月基低频天线相较地基低频天线在低频射电观测上的优势,介绍了月基低频天线国内外研究的现状,详细论述了国家天文台月球与深空探测重点实验室的交叉偶极子阵列天线设计方案。利用电磁仿真软件HFSS对该阵列天线进行了建模和仿真,给出了仿真结果。仿真结果表明,交叉偶极子阵列天线具有较高的增益,方向性较好,具有分辨来波方向的能力。最后介绍了月基低频天线的关键技术,为了满足航天器有效载荷小型化、轻量化、可折叠的设计要求,给出了交叉偶极子阵列天线单元的一种卷尺型设计方式。