数字边带分离混频器的优化与仿真

简要介绍了利用现代数字信号处理技术实现的适合宽带超宽带接收机的数字边带分离混频器的数学原理,同时对数字边带分离混频器进行了优化,并用MATLAB在L波段(1~2 GHz)对数字边带分离混频器优化进行了仿真验证,在500 MHz的带宽内实现了优于300 dB的边带抑制率。这些工作为利用数字技术实现数字边带分离混频器提高了运算速度,符合射电天文接收机向宽带超宽带和集成化发展的趋势。     

德令哈13.7m望远镜多波束接收机的运行

德令哈13.7 m望远镜是中国最重要的射电望远镜之一.望远镜自安装超导成像频谱仪以及采用飞行观测模式以来,运行近10 yr.在此期间,望远镜开展并完成大量的天文观测,累积了巨量的天文数据,取得了一系列重要的科研成果.介绍了超导成像频谱仪在天文观测中的运行状态,运行中疑难问题、故障现象及解决方案.详述了超导成像频谱仪各方面性能测试及多年来的性能分析,包含接收机噪声温度及望远镜系统噪声温度、镜像抑制比、接收机稳定性、波束性能等方面.列举了超导成像频谱仪更新发展方面的工作,包含本振功率自动化调整、边带分离型超导混频器预放大电路的更新、控制程序的优化等.总结经验和规律,承前启后,将过去的超导成像频谱仪的维护运行经验应用到之后新一代大规模接收机系统中.     

边带分离型超导SIS接收机本振耦合噪声研究

超导SIS (Superconductor-Insulator-Superconductor)接收机因极低的接收机噪声温度成为毫米波和亚毫米波段射电天文观测的首选.本振系统耦合噪声也是接收机噪声的一部分,在多年的天文观测中,发现本振耦合噪声无法完全忽略,对天文观测的灵敏度有一定影响.采用两个不同种类的信号发生器作为本振系统初级信号源,测试了超导SIS接收机的噪声温度,发现信号发生器输出的基底噪声能够耦合到接收机内部,从而增加接收机噪声强度.分析研究了本振系统热噪声和信号发生器基底噪声对接收机噪声的影响.通过在信号发生器输入端加入窄带滤波器滤除其基底噪声,消除了信号发生器基底噪声引入的接收机噪声,降低了接收机的整体噪声,提高了望远镜的灵敏度.     

紫台13.7米望远镜的谱线观测程序

本文以13.7米望远镜声光频谱仪(AOS)谱线观测程序为例,按以下要点: * 谱线观测的数据记录; * 声光频谱仪谱线观测程序软接口; * 接收机边带参数选择和频率综合器频率的自动设置; * 谱线校准观测; * 谱线成图观测; * 谱线观测程序的主要词汇; * QUICK—LOOK程序; 较系统地介绍了13.7米望远镜谱线观测程序的结构和功能,对谱线观测、校准过程,以及观测数据的处理和记录数据的物理含义作了说明。     

综合孔径望远镜观测的三种数据处理方法

综合孔径射电望远镜由于庞大的天线阵结构以及复杂的接收机系统,在其观测中除了遇到一般单天线观测时所面临的一系列误差修正以外,还面临着许多新的误差因素。本文归纳了用于综合孔径观测的三种主要数据处理方法,即:经典的校准方法(采用校准源)、自校准、及多余量——自校准方法。在文中着重将各项误差加以分类并介绍了三种处理方法的工作流程。     

天文选址数字云量白天观测处理方法

云量观测是天文选址的重要考察项目.本文报告一种数字云量观测的处理方法,可以快速准确地计算选址点的云量值,避免了目视云量观测的人为误差.云量处理实验结果表明,该方法是合理可靠的, 在天文选址后期工作中能有效使用.该方法应用于西藏物玛观测点的云量观测统计,给出与同期目视云量的相关比较,并讨论数字云量处理的精度和改进方案.     

阵列接收系统的噪声温度分析

针对射电天文抗干扰技术对于射电天文观测设备灵敏度的影响,分析了评估自适应波束形成技术对阵列接收系统的噪声温度影响.首先通过噪声信号模型,获取了影响系统噪声温度变化的参数,并在此基础上研究了天线增益、接收机增益和耦合性等系统参数的不确定性对于噪声温度的影响,最后利用仿真实验分析了理想系统条件下当前主要的自适应波束形成算法对于系统噪声温度的影响.结果表明基于自适应波束形成的抗干扰方法在天文信号源和干扰信号源重合的情况下已不再适用.     

射电天文毫米波接收机强度校准

射电天文强度校准的目的是将接收设备对天文观测源的响应转换为天文意义上的流量.在常用的射电天文强度校准方法中,厘米波校准主要使用噪声注入模式,就是将1个标准噪声信号在馈源和极化器之后注入到接收机内部进行校准.由于毫米波微波器件的小型化导致噪声注入模式不易实现,加之注入模式可能引入噪声,因此BTL (Bell Telephone Laboratory)最早提出使用斩波轮技术进行毫米波校准,就是在馈源口面交替放置或者移除常温黑体进行校准;之后BIMA (Berkeley Illinois Maryland Association Array)又提出使用常温、热负载进行校准; ALMA (Atacama Large Millimeter Array)对单、双负载校准方式的精度进行计算后,认为双温度负载校准方式有潜力实现1%的校准精度,并最终设计出机械臂式双温度负载校准机构;此后, GBT (Green Bank Telescope) 4 mm波段制冷接收机设计出旋转盘式双温度校准机构; OSO (Onsala Space Observatory)最新研制的3 mm波段制冷接收机设计出波束切换式双温度校准机构.中国科学院新疆天文台QTT(Qi Tai Telescope)项目的启动推动了毫米波接收机研制进程,为提高毫米波强度校准精度,相关的技术预研已经开始.     

CSRH-I观测数据接收子系统的设计与实现

中国新一代厘米-分米波射电日像仪(Chinese Spectral Radio Heliograph,CSRH)项目已经完成了硬件建设.为了实现从数字接收机中读取观测数据,并将最新的可用数据状态通知其他子系统如监控系统和实时展现系统等,迫切需要一个稳定可靠的数据接收子系统.针对CSRH-I的特点及要求,在分析数字接收机原始数据格式的基础上,设计并实现了CSRH-I观测数据接收子系统.系统基于Linux环境,采用Boost软件包作为底层开发库,实现了基于TCP协议的网络套接服务器,能够异步接收、过滤数字接收机发送来的数据,经过相应的分析处理后最终以文件方式存储数据,进而采用UDP报文方式通知其它子系统观测数据的更新状态.本系统充分考虑了通信过程中可能的异常情况并采取了相应的对策.测试表明,CSRH-I观测数据接收子系统工作稳定可靠,容错能力强,可以满足CSRH-I的应用需求.     

基于斩波轮技术的K波段接收机噪声校准研究

接收机是射电天文中用于探测微弱射电信号的重要接收设备.接收机的强度校准就是将接收机对射电源的响应转换为天文意义上的流量密度.常规方法就是使用经典的冷热负载法,将接收机自身的强度响应转换为一个等效的温度值,之后再据此对射电源做进一步标定.通过搭建基于斩波轮技术的K波段接收机强度校准平台,使用斩波轮法测试K波段常温接收机的噪声温度,并与传统冷热负载法的测试结果进行比对.结果显示,在晴好天气条件下,斩波轮法在30°、90°仰角下噪声温度的最大测试误差为7.5%和8.4%,可以很好地应用于实际噪声温度测试中;但在5°仰角测试中,由于过低仰角引入了地面噪声,使得斩波轮法的测试误差上升至20%–30%之间而无法使用.希望在此基础上进一步开展K波段天空亮温度的理论计算与实测,从而完善斩波轮技术的应用,使之可以满足在不同气象条件下的噪声校准测试需求.     

The Operation of Multi-beam Receiver of Delingha 13.7 m Telescope

Delingha 13.7 m telescope is one of the most important radio telescopes in China. Since installing the superconducting spectroscopic array receiver (SSAR) and adopting the On The Fly (OTF) observation mode, the telescope has operated for nearly 10 years. During this period, a large number of astronomical observation projects have been carried out and completed, a large amount of astronomical data have been accumulated, and a series of important scientific results have been achieved. This paper introduces the operating status of SSAR in astronomical observations, the problems in operations, as well as the fault phenomena and solutions. The performance test and performance analysis of SSAR are described in detail, including the receiver noise temperature and telescope system noise temperature, image rejection ratio (IRR), receiver stability, beam performance and so on. The updating and development of SSAR are listed, including the automatic adjustment of LO (Local Oscillator) power, the updating of pre-amplification circuits of the sideband separation superconducting mixer, and the optimization of control program, etc. This paper summarizes the experiences and rules, and connects the past with the future, for applying the experiences of the maintenance and operation of SSAR to the next-generation large-scale receiver system.     

The effect of sideband ratio on line intensity for Herschel/HIFI

The Heterodyne Instrument for the Far Infrared (HIFI) on board the Herschel Space Observatory is composed of a set of fourteen double sideband mixers. We discuss the general problem of the sideband ratio (SBR) determination and the impact of an imbalanced sideband ratio on the line calibration in double sideband heterodyne receivers. The HIFI SBR is determined from a combination of data taken during pre-launch gas cell tests and in-flight. The results and some of the calibration artefacts discovered in the gas cell test data are presented here along with some examples of how these effects appear in science data taken in orbit.     

Sidebands to the lower kilohertz quasi-periodic oscillation in 4U 1636–53

In this paper we report on further observations of the third and fourth kilohertz quasi-periodic oscillations (QPOs) in the power spectrum of the low-mass X-ray binary (LMXB) 4U 1636−53. These kilohertz QPOs are sidebands to the lower kilohertz QPO. The upper sideband has a frequency  55.5 ± 1.7 Hz  larger than that of the contemporaneously measured lower kilohertz QPO. Such a sideband has now been measured at a significance  >6σ  in the power spectra of three neutron-star LMXBs (4U 1636−53, 1728−34 and 1608−52). We also confirm the presence of a sideband at a frequency ∼55 Hz less than the frequency of the lower kilohertz QPO. The lower sideband is detected at a 3.5σ level only when the lower kilohertz QPO frequency is between 800 and 850 Hz. In that frequency interval, the sidebands are consistent with being symmetric around the lower kilohertz QPO frequency. The upper limit to the rms amplitude of the lower sideband is significantly lower than that of the upper sideband for lower kilohertz QPO frequencies >850 Hz. Symmetric sidebands are unique to 4U 1636−53. This might be explained by the fact that lower kilohertz QPO frequencies as high as 800–850 Hz are rare for 4U 1728−34 and 1608−52. Finally, we also measured a low-frequency QPO at a frequency of ∼43 Hz when the lower kilohertz QPO frequency is between 700 and 850 Hz. A similar low-frequency QPO is present in the power spectra of the other two systems for which a sideband has been observed. We briefly discuss the possibility that the sideband is caused by Lense–Thirring precession.     

射电天文测量微波天线增益的测量技术

本文介绍了用四种定标基准ΔＴｃ＝（Ｔ０－ＴＬ），（ＴＨ－Ｔ０），（Ｔ０－ＴＡＮｚ）和（Ｔ０－ＴＨＮｚ），并用射电源作为校准测量微波天线增益的基本原理和方法。并对四种不同类型的天线增益进行了测量，测量结果表明，以ΔＴｃ＝（Ｔ０－ＴＨＮｚ）和总功率辐射计所组成的测量系统可实施增益的高精度测量。测量设备可以和接收系统兼容，不需专用测量设备，因此该技术可在工程中广泛使用。     

一种低噪声硅微条探测器读出电子学系统的设计

硅微条探测器空间分辨率高、工作性能稳定, 广泛地应用于空间高能粒子探测领域. 如费米gamma射线空间望远镜(Fermi Gamma-ray Space Telescope, FGST)以及阿尔法磁谱仪(Alpha Magnetic Spectrometer 2, AMS-02)的径迹探测器中都采用了高位置分辨率的硅微条探测器. 基于硅微条探测器在空间观测领域的应用前景, 针对硅微条探测器单元设计了一套低噪声的电子学读出系统. 整个电子学系统分为前端电子学、数据获取电路和上位机软件. 前端电子学为提高集成度, 采用了一款电荷读出芯片VATAGP8, 实现了多通道、低噪声的电荷信号测量; 数据获取电路使用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)实现了对前端电子学的时序控制以及对测量信号的采集控制; 上位机用来接收、处理数据获取电路采集的信号数据. 在对电子学通道的线性、基线、噪声等性能进行测试之后, 得到系统在0--200fC电荷输入范围内的线性增益约为13.41bin/fC, 积分非线性小于1%, 噪声小于0.093fC. 为了验证电子学读出系统对硅微条探测器单元的读出能力, 将两者集成在一起并测试了宇宙线缪子的能量沉积, 得到读出电子学系统的信噪比大于32, 缪子的电离损失能谱与Landau-Gaussian分布符合较好, 能够满足硅微条探测器单元读出电子学的设计要求.     

新一代多波束接收系统的科学目标与概念设计

大视场、高灵敏度、高分辨、宽带信号接收以及多偏振成份接收等,是银河系毫米波分子谱线巡天不断追求的目标.从一氧化碳(CO)多谱线巡天的最新进展出发,归纳了未来银河系大尺度分子巡天可着重瞄准的几个前沿科学目标,包括广域弱发射区的探查、分子云内部结构的多探针成像以及银河系大尺度气体结构与物质循环调查等.介绍3毫米波段新一代多波束接收系统的一套概念设计.结合最新的技术预研,给出实现该方案的技术要点.新一代多波束接收系统的概念设计瞄准了100波束的接收规模,众多谱线以及双偏振成份的接收能力.在继承边带分离混频原理的基础上,基于新近发展的超导混频器集成电路,实现双偏振接收的新模式.在多谱线信号接收的基础上扩大每个信号边带至8 GHz从而同时接收众多谱线.参照已有的技术基础和近期预研的进展,本概念设计方案完全可以实现.与现有毫米波多波束接收设备相比,新一代毫米波多波束接收系统的综合接收能力预计将提升89–178倍.该设计将为毫米波多波束接收能力再次实现变革性的飞跃提供可能.     

主动光学─新一代大望远镜的关键技术

对主动光学技术在现代天文光学望远镜中的作用和工作原理作了较全面的介绍和评论。结合作者近十年的工作对薄镜面主动光学技术和拼接镜面主动光学技术的各个关键部分,如波前检测、波前拟合、校正力的确定、共焦和共面的检测作了较详细且深入的讨论和评述．也介绍了我国目前正在研制的同时采用薄镜面主动光学和拼接镜面主动光学技术的大天区面积多目标光纤光谱望远镜的主动光学系统。     

Phaseless VLBI mapping of compact extragalactic radio sources

The problem of phaseless aperture synthesis is of current interest in phase-unstable VLBI with a small number of elements when either the use of closure phases is not possible (a two-element interferometer) or their quality and number are not enough for acceptable image reconstruction by standard adaptive calibration methods. Therefore, we discuss the problem of unique image reconstruction only from the spectrum magnitude of a source. We suggest an efficient method for phaseless VLBI mapping of compact extragalactic radio sources. This method is based on the reconstruction of the spectrum magnitude for a source on the entire UV plane from the measured visibility magnitude on a limited set of points and the reconstruction of the sought-for image of the source by Fienup's method from the spectrum magnitude reconstructed at the first stage. We present the results of our mapping of the extragalactic radio source 2200+420 using astrometric and geodetic observations on a global VLBI array. Particular attention is given to studying the capabilities of a two-element interferometer in connection with the putting into operation of a Russian-made radio interferometer based on Quasar RT-32 radio telescopes.