利用端部效应改善的最小二乘外推模型进行UT1-UTC预报

现有的UT1-UTC预报模式在进行周期项与残差项拟合分离时,通常没有考虑最小二乘拟合序列的端部畸变现象(数据处理中称为端部效应),预报精度难以取得较大改善。针对最小二乘拟合存在的端部畸变现象,首先采用时序分析方法在UT1-UTC序列两端进行数据延拓,形成一个新序列,然后用新序列求解最小二乘外推模型系数,最后再联合最小二乘外推模型及神经网络对UT1-UTC序列进行预测。结果表明,在UT1-UTC序列端部增加延拓数据,可以有效地抑制最小二乘拟合序列的端部畸变,相对于常规的最小二乘外推模型,基于端部效应改善的最小二乘(Edge-effect Corrected Least Squares,ECLS)外推模型的UT1-UTC中长期预报精度改善明显。     

顾及最小二乘拟合端点效应的日长变化预报

针对日长(Length Of Day,LOD)变化预报中最小二乘(Least Squares,LS)拟合存在端点效应的问题,采用时间序列分析方法对日长变化序列进行端点延拓,形成一个新序列,然后用新序列建立最小二乘模型,最后再结合最小二乘模型和自回归(Autoregressive,AR)模型对原始日长变化序列进行预报。实验结果表明,在日长变化序列两端增加统计延拓数据,能有效减小最小二乘拟合序列的端点畸变,从而提高日长变化的预报精度,尤其对中长期预报精度提高明显。     

利用经验模态分解提高极移预报精度（英文）

经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)是一种数据驱动的自适应非线性、非平稳信号分解方法。为提高极移预报精度,将经验模态分解应用于极移预报中。首先利用经验模态分解方法对极移序列进行分解,获得极移的高频分量和低频分量;然后采用最小二乘(Least Squares,LS)外推模型对极移低频分量进行拟合,获得最小二乘拟合残差;其次采用自回归(Autoregressive,AR)模型对极移高频分量和最小二乘拟合残差之和进行建模预报;最后将最小二乘模型和自回归模型外推值相加获得极移预报值。将经验模态分解和LS+AR组合模型预报结果与LS+AR模型预报以及地球定向参数预报比较竞赛(Earth Orientation Parameters Prediction Comparison Campaign,EOP PCC)的预报结果进行比较,结果表明,将经验模态分解应用于极移预报中,可以明显改善极移预报精度。     

一种改正LS+AR模型提高短期极移预报精度的方法

最小二乘(Least Squares,LS)与自回归(Auto Regressive,AR)联合(LS+AR)模型在极移预报(polar motion,PM)中存在以下问题:最小二乘拟合的内部残差值较好而LS外推的残差值较大;LS拟合残差序列是非线性的,故根据预报历元前的残差序列建立的AR模型可能并不适用于待预报的残差序列,存在不匹配预报的情况.针对这两个问题,通过以下方法进行解决:首先对LS拟合数据两端点附加约束条件使其固定到LS拟合曲线上,因此在两端点附近的拟合值与观测值十分接近;然后选取与LS外推残差序列变化趋势接近的内推残差序列作为AR模型的建模对象,进行残差预报.通过实例表明该方法能够有效地提高LS+AR模型在短期极移预报的精度.此外,通过与RLS(Robustified Least Squares)+AR、RLS+ARIMA(Auto Regressive Integrated Moving Average)和LS+ANN(Artificial Neural Network)模型的预报结果对比,证明了该方法在极移预报中的可行性.实例证明了所提出的方法在短期预报中可以取得良好的预报结果,尤其在1–10d超短期的极移预报上可以获得与国际最好预报精度相当的预报结果.     

最小二乘和自回归模型方法联合预报天极偏差序列

为更好地实现天极偏差序列的预报,采用了最小二乘(least-squares,LS)拟合外推与自回归模型(autoregressive,AR)联合预报方法 (LS+AR),并对预报精度进行评估。结果表明,LS+AR模型对CPO序列1～5 d的短期预报有较高的精度,而对5～90 d的预报,dx方向大约为110μas,dy方向大约为130μas。而国际上常用的Lambert模型的预报精度比较平稳,其中dx方向在120μas左右,dy方向在220μas左右。结果表明,LS+AR模型的预报精度总体上优于Lambert模型。     

考虑LS+AR模型基础数据量的极移预报研究

针对目前极移最小二乘(Least Square, LS)+自回归(AutoRegressive, AR)预报模型的单一数据选取方案, 提出分别考虑LS模型数据量和AR残差数据量的组合数据模式, 并对极移预报时单一数据和组合数据预报结果精度进行分析, 探讨模型输入数据量对极移预报精度的影响. 结果表明, 模型输入数据量的变化对极移预报结果影响较大. 采用组合数据预报的方式相比较于单一数据量预报方式精度更高, 特别是针对30--360 d跨度内的中长期预报, 组合数据量的极移预报精度可比单一数据量预报精度有较大改善. 结论证明组合数据在极移预报时具有一定的优势, 可为以后极移预报数据量选取提供一定的借鉴参考意义.     

基于混沌时间序列的Volterra自适应滤波极移预报方法

针对极移复杂的时变特性, 根据混沌相空间坐标延迟重构理论, 提出一种基于Volterra自适应滤波的极移预报方法. 首先, 利用最小二乘拟合算法分离极移序列中的线性趋势项、钱德勒项和周年项, 获得线性极移、钱德勒极移和周年极移的外推值; 其次, 通过C-C关联积分法对最小二乘拟合残差序列进行相空间重构, 并利用小数据量法计算残差序列的最大Lyapunov指数验证其混沌特性, 在此基础上, 构建Volterra自适应滤波器对残差序列进行预测; 最后, 将线性极移、钱德勒极移和周年极移的外推值以及最小二乘拟合残差的预测值相加获得极移最终预报值. 利用国际地球自转服务局(International Earth Rotation and Reference Systems Service, IERS)提供的极移数据进行1--60d跨度预报, 并将预报结果分别与国际地球定向参数预报比较竞赛(Earth Orientation Parameters Prediction Comparison Campaign, EOP PCC)结果和IERS A公报发布的极移预报产品进行对比, 结果表明: 对于1--30d的短期预报, 该方法的预报精度与EOP PCC最优预报方法相当, 当预报跨度超过30d时, 该方法的预报精度低于EOP PCC最优预报方法, 优于参与EOP PCC的其他方法; 与IERS A公报相比, 该方法的短期预报效果较好, 当预报跨度增加时预报精度低于IERS A公报. 预报结果表明该方法更适合于极移短期预报.     

一九八三年以来地球自转速率的变化及(UT1—UTC)预报

自1983年以来,我们承担了BPM短波时号UT1-UTC控制发播的任务。几年来,控制发播和预报UT1-UTC的精度不断提高,满足了用户的要求。在此项工作中,我们还发现这几年地球自转速率在不断加快。     

基于极限学习机的极移中长期预报

传统的极移预报多是基于最小二乘外推和自回归等线性模型,但极移包含了复杂的非线性成分,线性模型的预报效果往往不甚理想。将一种新型神经网络极限学习机(Extreme Learning Machine, ELM)用于极移中长期预报。首先利用最小二乘外推模型对极移序列进行拟合,获得趋势项外推值,然后采用极限学习机对最小二乘拟合残差进行预报,最终的极移预报值为趋势项外推值与残差预报值之和。将极限学习机的预报结果同反向传播(Back Propagation, BP)神经网络与地球定向参数预报比较活动(Earth Orientation Parameters Prediction Comparison Campaign, EOP PCC)的预报结果进行对比,结果表明,极限学习机用于极移中长期预报是高效可行的。     

基于LS+AR模型的三种方式预报地球自转参数的比较

为研究最小二乘(least squares,LS)模型和自回归(autoregression,AR)模型的组合(LS+AR)方法用于地球自转参数(Earth rotation parameters,ERP)的预报时,不同的预报方式对预报结果的影响,我们采用递推、迭代和间隔这3种预报方式对ERP进行预报。结果表明,这3种方式对日长变化(length of day,LOD)所有跨度预报的精度相当,而递推方式在极移所有跨度的预报上表现出精度优势,间隔方式次之,迭代方式最差。在数据利用率和计算速度方面,递推和迭代方式的数据利用率高,但前者的计算量明显小于后者,而间隔方式的数据利用率低,但计算速度最快。     

行星大样本演化的研究进展

随着系外行星观测样本的大量积累,大样本演化方法作为天体物理的重要方法,继在恒星物理中广泛应用后,在行星统计特征的研究中开始变得更加重要。行星大样本演化方法就是通过简化的行星形成演化模型,对大量初始条件(原行星盘参数)和边界条件(星周环境)同时进行模拟,给出行星的各种统计性质,并直接与观测上的行星样本统计特征做比较。该方法对于限制行星形成和演化的理论模型具有重要意义。对行星大样本演化模型进行概述,简要介绍了行星大样本演化的主要统计结果和最新进展,并对其未来发展作出了展望。     

基于万维天文望远镜平台的国内天文科普现状及其区域差异表现研究

万维天文望远镜是一个天文科普教育的利器?对万维天文望远镜在国内的发展历程以及相关实践活动进行详细调查与数据分析发现?十年来国内基于万维天文望远镜平台的天文科普发展较快,但是存在区域发展的差异?主要表现为万维天文望远镜人才培训和漫游作品创作等实践活动主要集中在北京、湖北、广东、重庆等少数省市?让其普惠于大众还有很长的路要走?在总结国内运用万维天文望远镜平台发展天文科普教育问题的基础上?从“增强和落实基于科学数据的科普教育意识”、“加强人才培养”、“鼓励基于万维天文望远镜的天文科普作品创作与推广”三方面提出了一系列具有针对性的推广措施与建议,为我国天文科普教育活动特别是中小学天文科普活动的开展提供借鉴和参考.     

十月历、十八月历与阴阳五行

彝族十月太阳历简称十月历,它的发现是20世纪天文界的一件大事。继十月历之后又在彝族地区发现了十八月历,即把一年分成18个月,每月20天的阳历。从现有的证据看,中国上古时代确实存在过十八月历,它就是尧都观测遗址显示的"二十节气"历。据《吐鲁窦吉》阐述,1年10个月,1月36天,半月18天,1年为20节气,1个节气18天也称为1个月。据此可以证明,彝族先民对十八月历并非独自创造,只是继承而已。植根于中国阴阳五行中的十月历,也可称作阴阳五行历,它与十八月历可看作是一回事,只是表述形式不同又互有联系的一种阳历,也可用简单的数学式表达:36天×10 (月)=20天×18 (月)=18天×20 (节气)=12天×30 (节气)     

脉冲星信号相干消色散与非相干消色散的比较研究

脉冲星信号在星际空间传播的过程中,由于星际介质的存在造成观测到的脉冲星信号发生色散,因此需要对接收的脉冲星信号进行消色散,以获得原始的脉冲星信号。目前,消色散方法主要分为两种:相干消色散和非相干消色散。相对来说相干消色散效果彻底,算法较简单,而且能保留原始数据的时间分辨率,不过计算量较大,但是现在快速进步的计算机技术已经使计算量的问题得到很好的解决。为了精确了解两种消色散方法的区别,利用相关系数的方法定量地比较了相干消色散、非相干消色散两种方法的效果:在一定的频率值之下,前者得到消色散效果优于后者。同时确定两种消色散方法在效果相同时的观测频率。     

拼接镜面主动控制系统的定标

对拼接主镜进行主动控制是拼接镜技术的难点之一,8 m环形拼接太阳望远镜主动光学的控制性能主要取决于倾斜探测的精度与控制模型建立的准确程度。在研制主动控制系统时,需要对倾斜探测精度定标以及建立较为准确的控制模型,即对主动控制系统定标。实验系统中搭建了用于实时探测拼接子镜倾斜的夏克-哈特曼波前传感器,并对其重复测量精度进行了定标,精度达到0.014 arcsec,接近8 m环形太阳望远镜面形控制的要求。然后利用边缘传感器和夏克-哈特曼波前传感器测量了两镜主动控制系统的控制矩阵,建立较为准确的控制模型。     

星系内禀指向对弱引力透镜剪切场信号污染的去除方法

星系的内禀指向(intrinsic alignment, IA)的关联性是弱引力透镜观测中剪切场信号的一个重要系统误差,人们在之前的弱引力透镜研究中已经提出了许多修正该误差的方法。从数据处理方面,人们可以剔除物理距离比较近的星系对,但是这种方法只能近似消除星系内禀指向自相关带来的污染项,并不能消除星系内禀指向与周围物质密度场的相关性,并且这种方法也会丢失很多星系的信息。而目前弱引力透镜观测中广泛使用的IA模型与实际的IA模型可能相差甚远,使用不同的IA模型得到的宇宙学参数会存在很大差别。虽然零调(nulling)技术不用假设IA模型,但是这种技术仅能消除星系内禀指向与周围物质密度场的相关性。另外,由于这种技术须对红移设置不同的权重,所以会失去IA对红移的依赖性。Zhang^[1, 2]提出的自修正方法,在不假设任何IA模型的情况下,利用多种观测量以及几个物理量之间的比例关系就能够把弱引力透镜中的IA信号很好地消除。此自修正方法可望广泛应用于即将开始的第四代弱引力透镜巡天中。     

地月系L_2点中继星激光测距成功率的估算

为了模拟位于地月系L2点的中继星"鹊桥"与月球的位置关系,进而估算中继星激光测距的成功率,按照轨道周期约为14天的要求对中继星所在的晕轨道进行计算,建立了一个综合考虑望远镜抖动、大气抖动和预报轨道横向偏离的模型。从数值上给出了一条轨道周期为14. 78天,X方向(地月连线方向)振幅为12 493 km,Y方向为34 596 km,Z方向(垂直于地月轨道平面方向)为11 916 km的周期轨道。由于晕轨道的最小振幅远大于月球遮挡的临界振幅4 000 km,因此月球对中继星不存在遮挡问题。基于建立的测距成功率模型,根据昆明站(国际编号:7820)的激光测距系统对运行在该轨道上的中继星进行测距成功率分析,结果表明:测距成功率随着中继星横向轨道标准差的增大呈快速降低的趋势。对于中继星到测站的平均距离而言,当中继星没有横向偏离时,探测器产生的光电子数为0. 151,成功率为14. 07%;横向偏离2 km时,光电子数降为0. 035,成功率降为3. 46%。对比最近距离与最远距离的情况,无横向偏离的情况下,探测器产生的光电子数从0. 174降为0. 139,成功率从16. 01%降为13. 02%。该计算结果可为云南天文台1. 2 m望远镜实现中继星激光测距提供参考。     

地网对VHF天线性能影响的分析研究

基于VHF频段射电天文干涉阵列的天线,研究地网以及不同环境对天线辐射特性包括增益、方向图、谐振点等参数的影响。结果表明,无地网条件下,天线在干燥土壤和沙地的增益分别是3.06 dB和1.44 dB,且存在明显的旁瓣和后瓣;天线在潮湿土壤和沙地的增益分别是4.33 dB和4.25 dB。增加地网后,天线在干燥土壤和沙地的增益分别是4.87 dB和4.97 dB,潮湿土壤和沙地分别是4.39 dB和4.40 dB,方向图不存在明显的后瓣和旁瓣,谐振点稳定在27.0 MHz和69.5 MHz处,且在此之间的频段上,驻波比均满足银河噪声限制条件。由此可以得出结论:在干燥土壤和沙地上铺设地网时,VHF天线性能最好,噪声最低,这对大规模的VHF天线阵列的基础构建环境选择至关重要。     

X射线天体源观测时间估计方法

空间探测器对X射线天体源的有效观测时间主要受空间环境因素的制约,制约有效观测时间的主要因素包括太阳避免角、地球对源的遮挡及南大西洋异常区等。然而卫星处于一些高粒子本底区域,太阳与地球之间的光照区及视场指向接近地球时,本底水平很高而且难以确定,这些时间的数据也难以使用。利用orbitTools函数库预测轨道,HEAsoft的attitude函数库计算空间环境变量,利用这些空间环境变量对源的观测时间进行估计,并通过与实际观测比较,证明本方法估计的观测时间与实际情况一致。     

基于Docker的射电干涉阵软件系统敏捷封装与部署

随着天文技术的发展,天文数据处理软件的需求也不断更迭变化,导致软件运行环境渐趋复杂。对于开发者和使用者,急需提出一种对复杂天文数据处理软件敏捷化封装和部署的方法。我国明安图射电频谱日像仪已进入常规观测,与之配套的数据处理软件也已完成开发并投入使用。由于该软件的部署涉及操作系统环境、图形处理器运行环境及底层依赖软件等配置问题,导致安装过程既繁琐又容易出错。结合容器技术的特点,提出了一种基于Docker容器对日像仪软件系统进行敏捷封装与部署的方法,并对该方法的设计进行介绍,通过实验验证了其可用性,以及相比于传统虚拟机可获得较优异的性能表现。该方法可为未来天文数据处理软件的封装部署提供参考。可以预见,未来容器技术将成为天文海量数据处理的基础支撑技术。