新疆天文台天文观测数据传输日志系统设计与实现

新疆天文台望远镜产生的观测数据通过数据专线传输到新疆天文台本部数据中心进行长期存储。采用rsync进行数据传输,传输过程中没有详细的日志记录信息,无法对传输情况进行统计分析。通过调研新疆天文台数据传输的需求,设计并开发了新疆天文台观测数据传输日志系统。系统以新疆天文台南山站、奇台站的数据存储服务器和新疆天文台本部长期存储为基础,设计了日志系统的整体架构,实现了数据传输过程的日志记录。系统基于shell多线程技术及Qt框架,开发了后台服务程序及日志系统软件界面,实现了日志分析、统计备份与数据传输的可视化页面。     

新疆天文台数据中心建设与应用

经过多年观测,新疆天文台积累了大量珍贵的观测数据。如何高效管理快速增长的海量观测数据,如何实现全波段观测数据的融合及未来更大口径望远镜产生的海量数据归档与发布是目前新疆天文台急需解决的问题。新疆天文台数据中心面向天文学科研需求提供天文科学数据服务和基础设施,由新疆天文台计算机技术室负责运行与维护。数据中心以最新的虚拟天文台相关标准为基础建设,基本服务包括:为天文观测项目提供数据保存、管理和发布服务;为有价值的天文科学数据及二次处理后的数据提供长期保存和访问服务;为用户提供科学数据归档与发布服务及相关技术支持。数据资源主要有:新疆天文台25 m射电望远镜的脉冲星观测数据;活动星系核观测数据以及分子谱线观测数据。提供的数据服务有:PPMXL星表锥形检索;海量星表数据在线交叉认证;统一内容描述符信息查询等服务。主要介绍新疆天文台数据中心建设及其提供的服务,如何使用已发布的服务在线检索数据及利用标准虚拟天文台工具实现数据操作。     

新疆天文台脉冲星数据检索（英文）

新疆天文台目前已归档32 290条脉冲星观测数据文件,脉冲星数据检索平台提供南山观测站25 m射电望远镜自2000年以来获得的近300颗脉冲星的观测数据检索服务。数据文件和检索、访问方法符合虚拟天文台标准和协议。介绍了如何利用新疆天文台脉冲星数据检索平台获取数据,如何利用虚拟天文台相关工具对数据进行简单处理,及锥形检索、多约束目标检索方法的使用。     

基于ROACH2的脉冲星终端研制进展

脉冲星观测研究一直是新疆天文台的主要研究方向,未来建设的新疆110 m口径全可动射电望远镜(简称QTT)也将其作为主要研究方向之一。南山25 m射电望远镜当前使用的脉冲星单脉冲观测终端AFB已使用近20年,系统老化严重,为升级现有单脉冲观测系统,也为QTT的终端设计做预研,基于ROACH2研制了一套脉冲星观测系统。该系统采用氢钟与GPS时间同步以提供秒起始信号,对采样时钟计数并打入数据帧以获取精准时间间隔,两者合成即可获得精确时间信息;采用共享内存缓冲区,使数据在多进程间共享实现并行实时处理。该系统可用于脉冲星单脉冲或到达时间观测,也可用于脉冲星、RRAT或FRB等搜寻。已在南山进行单脉冲、长时间折叠、FRB实时搜寻等观测试验,试验数据表明该终端准确、稳定、可靠,已达到投入观测使用的要求。     

新疆天文台26米射电望远镜压缩机压力监控系统设计与实现

新疆天文台南山基地26 m射电望远镜的接收机使用氦气压缩机制冷,压缩机需要定期维护,氦气管在使用过程中会因为磨损而漏气,影响望远镜的正常观测。针对压缩机压力监控的实际需求,设计开发了一套压缩机压力监控系统,可以实现压缩机压力记录、实时监控、实时报警、通过邮件发送报警信息及压力日报表、查询历史工作记录、处理报警信息等功能。介绍了软件系统的框架、软件流程、数据处理原理、实现思想、模块功能、软件界面。系统具有报警迅速,查询功能强大,界面简洁友好,扩展性强等优点,能够满足当前及未来应用的需求。     

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.     

新疆天文台26米望远镜L波段接收机线-圆偏振的转换

新疆天文台南山基地26 m射电望远镜L波段接收机使用线偏振馈源接收电磁波信号用于脉冲星观测。分子谱线观测和VLBI国际联测需要圆偏振信号,因此希望接收机能够观测圆偏振信号。论述了将线偏振电磁波转换为圆偏振电磁波的方案,研究了90~°电桥在偏振转换中的作用,介绍了偏振转换的调试方法。在圆偏振模块中使用90~°电桥完成线偏振信号到圆偏振信号的转换,两路圆偏振信号的隔离度达到使用要求,满足圆偏振观测的需求。这种线偏振信号到圆偏振信号的转换方式不影响接收机的系统温度。     

云南天文台太阳射电频谱仪的网络系统

介绍云南天文台太阳射电米波 (2 30～ 30 0MHz)、分米波 (0 .7～0 .4GHz)频谱观测系统及 1 0m射电望远镜自动控制系统“星型拓扑”对等网的建立。通过该网络 ,不但实现了光盘刻录机、激光打印机等资源共享 ,而且还为解决由于太阳射电频谱高时间分辨率和高频率分辨率观测带来的大数据量处理和存储找到了解决途径     

云南天文台太阳射电频谱仪的网络系统

介绍云南天文台太阳射电米波（２３０～３００ＭＨz）、分米波（０．７～０．４ＧＨz）频谱观测系统及１０m射电望远镜自动控制系统“星型拓扑”对等网的建立。该网络,不但 实现了光盘刻录机、激光打印机等资源共享,而且还为解决由于太阳射电频谱高时间分辨率和高频率分辨率观测带来的大数据量处理和存储找到了解决途径。     

基于惯性测量的天线副面位姿测量系统的设计

以新疆天文台奇台110 m大型射电望远镜建设项目为背景,研发了一套基于惯性测量原理应用于大型射电望远镜的副面位姿精确测量系统。系统基于惯性测量和嵌入式技术,分别设计了信号采集终端和上位机处理软件,解决了超大型射电天线工作中副面位置摆动较大而无法确定精确位置,进而无法基于副面上六杆并联机器人对副面进行精确调节以提高观测效率的问题。该测量系统是射电望远镜副反射面控制系统构建成为闭环控制系统的关键模块。副反射面控制系统构建成为闭环控制链路以后,可以极大地提高射电望远镜的整体观测效率。     

恒星射电耀发6cm波段偏振观测试验

利用新疆天文台南山基地25m射电望远镜在6cm波段对恒星V772 Her和βPer进行了偏振观测试验.通过数据处理和校准得到恒星的射电光变曲线.探测到V772 Her的射电耀发现象,耀发时的线偏振度约达30%,偏振位置角约4°;探测到βPer的缓变成份及叠加其上的快速耀发,βPer耀发时线偏振很弱.     

射电天文台址电子设备电磁辐射评估

射电望远镜具有极高的系统灵敏度,且系统内、系统间及台址内电子设备众多,电磁环境复杂,科学合理地评估台址内电子设备辐射发射对射电天文观测的影响,对系统电磁兼容性设计、无线电管理、屏蔽改造等有重要的指导意义。浅析了射电望远镜系统灵敏度及射电天文领域仪器设备辐射发射相关评估标准;基于射电望远镜系统灵敏度及观测需求,计算了南山25 m射电望远镜馈源口面干扰电平限值,并给出了天线旁瓣增益的计算方法;提出一种基于干扰电平限值、旁瓣增益、干扰测量、路径衰减的电子设备电磁辐射评估方法,并针对南山25 m射电望远镜天线驱动电磁辐射进行了评估,给出了屏蔽需求。     

自动化电磁环境监测系统软件开发与实现

针对新疆奇台110 m全向可动射电望远镜(Qi Tai Radio Telescope, QTT)台址电磁环境监测系统,开发监测及数据处理软件,实现电磁环境自动化监测与高效数据处理,具有重要的工程意义。依据电磁环境监测系统的需求,分析了软件开发的主要功能及关键技术,设计了基于HDF5数据格式的数据存储流程,采用多仪器并行控制及多线程并行处理技术,基于Microsoft Visual Studio开发平台,实现自动化电磁环境监测与高效数据处理软件的开发,并应用于110 m射电望远镜台址电磁环境监测系统。     

基于GPU加速的FRB实时搜寻算法研究与测试

新疆天文台接收机团组以南山25 m射电望远镜科研需求和计划建设的奇台110m射电望远镜(QiTai radio Telescope,简称QTT)关键技术研究为背景,在原有的基于CPU(Central Processing Unit)的快速射电暴(Fast Radio Burst,简称FRB)搜寻算法基础上,研究了基于图形处理器(Graphics Processing Unit,简称GPU)加速的FRB搜寻算法,并搭建了相应的FRB实时搜寻系统平台.对CPU系统和GPU系统进行了对比与分析,测试结果表明:在保证搜寻精度的基础上,使用GPU加速的FRB实时搜寻算法相比CPU算法计算速度可提高35–45倍.     

基于以太网的射电天文制冷接收机的监视系统

制冷接收机是射电望远镜的核心设备,它是否正常工作直接决定望远镜观测的效果。制冷接收机的制冷温度和杜瓦真空度是反映接收机是否正常工作的最重要、最直接的指标之一。因此实现制冷接收机制冷温度和杜瓦真空度的远程实时监控,及时了解接收机是否正常工作对保证射电望远镜正常运行、提高观测效率有重要意义。为乌鲁木齐天文站25m射电望远镜1.3cm制冷接收机研制的一套基于单片机和以太网的数据采集和数据传输的远程监视系统,实现了制冷接收机制冷温度和杜瓦真空度的远程实时监控。该系统采用了美国ATMEL公司生产的8位单片机AVR ATmega16、Microchip Technology公司生产的ENC28J60以及MAXIM公司生产的MAX7219,实现对射电天文制冷接收机制冷温度和杜瓦真空度的数据采集,并利用以太网传输数据实现了远程实时监控接收机的制冷状态。阐述了以太网数据采集及远程监控电路的设计原理及其实现方法。该系统首次在国内大型射电望远镜上实现了对制冷接收机工作状态的远程实时监控,对于保证乌鲁木齐天文站25m射电望远镜1.3cm波段的观测效果有重要作用。     

新疆天文台25m南山射电望远镜日照温度场研究

中国科学院新疆天文台25 m南山射电望远镜(25 m NSRT)受日照导致天线结构温度不均匀,其指向精度和效率均有一定程度的损失.为研究25 m NSRT日照下的热力学特性,构建了晴空下射电望远镜热环境参数和热力学有限元模型,考虑了射电望远镜背架、面板等结构件对光线的反射和遮挡作用,通过比较25 m NSRT典型观测工况下各构件的平均温度、均方根温差、单位温差特征距离等特性参数,发现各部件热容量的差异是天线部件间存在大尺度温差现象的主要原因;分析了各类俯仰角和太阳照射角下天线背架结构的温度分布特征,表明日照区域的背架结构温度呈近似线性分布,平均梯度可达0.25℃·m^-1.     

射电望远镜多目标观测策略优化

望远镜调度是望远镜运行中的关键组成部分, 用于辅助科研人员进行合理的观测计划安排, 提高望远镜的运行效率, 获取高质量的观测数据. 然而, 由于不同观测项目的科学需求不同, 望远镜的调度过程十分复杂. 针对短周期多目标的观测项目, 考虑望远镜换源时转动时长、观测高度角等因素进行建模, 采用贪心算法对中国科学院新疆天文台南山26m望远镜脉冲星到达时间观测列表进行调度. 通过模拟表明, 使用算法完成的观测列表可以有效地减少观测过程中的平均转动时长, 提升观测数据的质量, 提高望远镜时间利用率, 减少科研人员对观测列表编排的负担.     

2.4m望远镜观测目标查询系统的建立

为提高观测效率,节约运行成本,云南天文台将建立一套2.4 m望远镜远程观测系统.2.4 m望远镜观测目标查询系统作为远程观测系统的一个重要组成部分,它支持国际虚拟天文台通用的VOTable格式;它提供丰富的星表检索,并生成模拟星图和目标列表,同时还具备了交叉证认,距离计算等辅助功能.     

云南天文台Hα全日面观测数据服务系统

云南天文台Hα全日面望远镜是云南天文台太阳观测的主要仪器之一。经过十几年的运行,望远镜积累了大量的观测数据,并且这些数据还在以每天1～2Gbyte的速度增长。为了保存这些数据,便于进行数据共享,建立了Hα全日面观测数据服务系统。硬件方面,采用DAS+NAS的存储方案;软件方面采用PHP+MySQL的方案。本系统的基本功能包括数据存储、数据备份、数据查询和数据下载,并已经正常运行了半年左右。介绍了这一系统的设计方案和基本结构。由于这一系统更多的是为澄江1m红外太阳塔的有关系统的设计提供经验和参照,因此在文中相关部分初步讨论了某些针对澄江1m红外太阳塔有关系统的考虑。     

2.4m望远镜网络安全初步设计

云南天文台将在2.4m望远镜建立远程观测系统。由于远程观测系统通过网络实现通信,必然会面临网络上的各种威胁。为了保证整个网络系统的安全,避免各种不安全因素造成的损失。在对现在望远镜网络分析基础上设计了安全的网络结构,并实现了具有入侵检测功能的防火墙,这些措施初步保障了2.4m望远镜网络系统的安全。