利用GNSS测量射电望远镜参考点的仿真分析

高精度测量射电望远镜参考点和轴线偏差等参数,对建立天线指向模型和本地连接参数、提高测站坐标精度等具有重要意义。为完成新建射电望远镜参考点初始参考值的快速测定,根据望远镜的旋转模型,结合常规静态归心测量方法和随机动态测量方法,提出了一种利用GNSS天线代替测量靶标实现望远镜参考点测量的方法。通过仿真分析验证了该方法的合理性和有效性,并分析了数据点个数和数据点测量精度对天线参考点和轴线偏差解算精度的影响。     

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.     

基于ROACH的微波全息法相关机设计

基于ROACH开发平台设计了一套适用于微波全息法测量的高性能实时数字相关机,采用了带通采样技术,无需在相关机之前进行基带转换,使全息测量硬件系统更加简洁;采样速率为10 Mbps~1 000 Mbps可调,采用数字混频、数字滤波,信号带宽和频率分辨率都易于调整,具有很大的灵活性和可扩展性。测试结果表明该相关机测量精度高、稳定性好、准确可靠。     

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。     

嵌入式TCP/IP协议在接收机杜瓦性能参数监测系统中的应用

介绍了射电天文望远镜接收机杜瓦温度与真空度监测系统的设计,具体讨论了监测系统的硬件结构与嵌入式TCP/IP协议在该系统中的实现.针对目前大量使用8位微控制器的嵌入式系统,硬件主控系统芯片采用ATMEL公司生产的8位单片机ATmega16,网络控制芯片采用美国MICROCHIP公司生产的带SPI接口的独立以太网微控制器ENC28J60,设计实现了低成本、高效率、高稳定性的性能参数监测系统.对该系统进行测试分析、数据比对,测试结果表明该系统能够高效与PC机进行通信,PC机所接收到的温度值与标准数据的误差在±0.3 K范围内,接收到的真空值绝对误差在±10 ubar范围内,能够达到系统设计要求.     

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.     

关于射电望远镜台址航空信号处理方法的研究

来自飞行器的航空信号会严重干扰邻近频段的射电天文观测,有效地分析确定射电天文台址附近航空信号分布范围,能够为射电天文观测干扰源的查找及抗航空信号干扰策略提供重要支撑.介绍了航空信号的获取方法.根据航空信号位置信息估算了飞机到测站距离随时间的分布情况,评估了航空信号到测站的功率损耗.提出了一种基于最小二乘多项式拟合和聚类算法划定高峰时段航迹分布范围的方法.首先通过最小二乘多项式拟合,获得航迹样本点在时间上的分布趋势和高峰时段;其次,对高峰时段的航迹样本点进行聚类分析,得到各高峰时段样本点空间分布范围;最后,采用相同方法对验证数据样本点进行聚类分析,计算航迹分布在已划定区域范围内的概率,验证了方法的有效性.     

基于Python的全息测量数据校准软件

微波全息测量是检测抛物面面形分布的重要手段之一,数据校准软件是全息处理软件中关键的一部分。以新疆天文台南山25 m天线改造计划为背景,在分析全息测量中引起误差的几个因素的基础上,开发了全息测量数据校准软件。该软件以Linux为开发平台,使用Python语言进行编程,其优点是:具有误差评估功能,方便用户筛选由于误差过大造成的数据不合理;标准化接口更易嵌入天线控制软件中;可视化界面既能方便用户操作,又可以直观显示运行结果。软件调试结果显示该软件运行时间在2 min以内,效果良好,具有一定的实用价值,不仅对于25 m的改造至关重要,也为未来110 m射电望远镜的技术预研创造了条件。     

用于雷达天文研究的高速基带数据记录系统

为了开展雷达天文科学研究, 将射电望远镜接收的雷达回波信号进行采集和记录, 研究基于SNAP (Smart Network ADC (Analog to Digital Converter) Processor)硬件实验板和快速存储服务器设计并开发了雷达天文基带数据采集与记录系统. 该系统采用CASPER (Collaboration for Astronomy Signal Processing and Electronics Research)提供的图形化FPGA (Field Programmable Gate Array)开发工具流, 设计了双通道、256MHz带宽信号采集和VDIF (VLBI (Very Long Baseline Interferometry) Data Interchange Format)基带数据输出固件程序; 基于HASHPIPE (High Availability SHared PIPeline Engine)多线程管理引擎开发了双万兆以太网口实时基带数据存储程序, 存储带宽达到1GB/s; 最后编写了VDIF格式到雷达天文格式的转换程序. 经过脉冲星信号观测实验检测, 该系统准确、可靠.     

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.