无人值守GNSS方法测定射电望远镜参考点

为解决常规射电望远镜归心测量工作耗时耗力的问题,引入GNSS (Global Navigation Satellite System)同步监测技术实现了一种针对射电望远镜参考点的无人值守监测方法.设计了针对GNSS靶标点观测数据的归算方法,包括数据匹配、数据检核以及后续精度评估等步骤,并对2018年佘山25-m射电VLBI (Very Long Baseline Interferometry)望远镜的GNSS靶标点实测数据开展了数据预处理、解析与归心解算等,证明了该方法的可行性.结果表明基于该方法,采用单日内部分(5%)数据(约7600个靶标点),所测定的VLBI望远镜参考点的点位形式精度可达3 mm.总结了针对射电望远镜采用GNSS开展无人值守归心测量先行试验中的一些经验教训,明确了利用该方法测量过程中应该注意的问题,为今后更高精度射电望远镜参考点无人值守归心监测提供重要参考.     

上海天马65m射电望远镜归心测量

对新近落成的上海天马65 m射电望远镜进行了归心测量,通过观测资料解析获得了天线参考点毫米级精度(形式误差)的地心三维坐标,并表明了轴线偏差在3 mm水平上不显著。具体地,参考点在ITRF2008系统中的坐标为:[X Y Z]=[-2 826 708.604 54 679 237.054 23 274 667.531 4]m±[420.450.43]mm,参考历元为2013年6月29日UTC0h。轴线偏差为ˉf=(2.95±3.26)mm。这为后续的天线指向模型建立、天线定向引导、VLBI互相关条纹搜寻和观测资料科学应用解析等提供了重要参考,也为监测天线地基沉降与水平位移、天线轨道和结构变形等提供了历元资料记录。     

天马13m射电望远镜高精度指向模型的建立

天马13 m射电望远镜是专为空间大地测量的新一代甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry, VLBI)天线,即VGOS(VLBI Global Observing System)系统。VGOS观测将从调度、相关、观测策略到分析各方面改变甚长基线干涉测量。与传统测地观测相比,VGOS观测将数据精度提高1～2个数量级。天马13 m射电望远镜安装了3～15 GHz宽频制冷接收机,一般要求天线指向偏差小于最高频率波束宽度的1/10。为满足高精度指向要求,详细介绍了建立指向的方法和天线控制扫描策略,给出了系统误差修正模型的完全表达式,明确了指向修正模型中的参数意义。基于该天线指向扫描的实测数据,实测评估了望远镜的指向精度。采用最小二乘法对覆盖全天区的数据样本进行拟合,得到天马13 m射电望远镜指向模型,并加载到天线伺服控制系统进行验证,得到了优于10″的盲指误差。     

考虑轨道不平度的射电望远镜指向修正方法

目前国内外射电望远镜指向修正大多采用线性修正模型,这种方法未考虑非线性偏差对指向的影响,其修正精度有一定局限,为此提出一种用于大型轮轨式射电望远镜考虑方位轴非线性倾斜偏差的指向修正方法。针对国家天文台密云50 m射电望远镜,对其进行全轨水平度测量,通过有限元建模并仿真计算天线方位轴的非线性倾斜偏差,同时通过实验测量了由于轨道不平度引起的俯仰轴角测量误差并进行了有限元仿真验证。应用天线指向试验数据进行考虑方位轴非线性倾斜偏差指向误差修正,得到新的指向辨识参数及指向残差分布。该修正方法与线性修正模型相比,总的指向精度提高了约0.578 3″。     

采用光学指向系统建立天马13m望远镜指向模型

描述了采用光学望远镜辅助天马13m射电望远镜进行指向测量以及建立指向误差修正模型的方法. 对于小口径望远镜, 指向校准目标源比较少, 用射电法建立指向模型难以覆盖全天区. 利用上海天文台天马13m射 电望远镜进行光学望远镜辅助射电望远镜指向测量研究, 在13m天线背架上安装一套光学指向系统, 获得了优 于3''的重复测量误差. 此外, 通过对影响天线指向因素的分析, 建立了包含8个误差项的指向误差修正模型以及 光轴和电轴偏差模型. 将指向模型代入天线伺服控制系统, 对校准目标射电源进行十字扫描, 得到指向样本残差约 为5''. 该研究可以为实现高精度指向建模提供一种参考方法.     

轨道不平度对天线指向的影响分析与修正

基于天线轨道不平度对望远镜指向的影响机理,测量并分析采用整体焊接轨道技术后的乌鲁木齐南山26 m射电望远镜(NanShan Radio Telescope,NSRT)天线轨道误差的分布情况及对指向的影响,从而对指向模型进行修正.采用移动最小二乘法(Moving Least-Squares,MLS)将测得的天线轨道高度差拟合成一个闭合的轨道高度分布曲线,确定因轨道不平度影响的天线方位轴偏差,对比实测天线座架变形的方位轴偏差,发现二者具有较强的相关性.考虑到天线座架重力变形的偏差包含南北向和东西向偏差,建立新的指向偏差模型进行校正.最后通过对已知校准射电源进行扫描测量,将指向偏差数据进行拟合.结果表明:新建的指向修正模型能够抑制已知指向模型偏差中的正弦分量,从而说明所建模型很好地反映了天线的指向偏差并对偏差具有一定修正作用.     

南极5 m太赫兹望远镜指向与调焦校准精度分析

指向校准与副面调焦是天线测量的重要组成部分,对射电望远镜实际的观测性能有重要影响.根据南极5 m太赫兹望远镜(DATE5)指向精度和离焦增益损失的指标要求,计算得到了指向校准与副面调焦观测过程中对信噪比的要求,并以此为依据选取了若干可行的候选校准源,包括太阳系行星和超致密电离氢区.分析了大气吸收和校准源角直径对测量精度的影响.仿真分析结果表明:望远镜在南极工作时,这些校准源在一定的高度角范围内可以提供足够强的流量密度,用来验证预先建立的太赫兹和光学望远镜两光轴指向偏差模型以及副面调焦模型.     

德令哈13.7m望远镜重力变形研究

借助于数字摄影测量结果调整天线面板,使德令哈13.7 m望远镜在仰角52°时获得最佳反射面面形,从而使天线效率在观测仰角范围内得到整体优化.与之前基于经纬仪测量的面板调整结果相比,天线口径效率提高约1倍.依据不同俯仰姿态下的测量结果,得到了天线的重力变形模型,包括副面偏移和倾斜、主面焦距和面形偏差随仰角变化的规律.根据不同仰角的面形偏差测量数据反演反射面重力变形模型时,采用了数据拟合方法,这样可以减小测量误差对模型精度的影响.     

大型射电望远镜面形精度测量方法研究综述

射电望远镜是天文观测与深空探测的重要设备,当前正朝着大口径、高频段方向发展。大型射电望远镜的面形精度是影响接收性能的关键指标。为了理清各种大型射电望远镜面形精度测量方法的特点,将大型射电望远镜面形精度测量方法分为4类:经典测量法、激光测量法、摄影测量法和微波全息法。详细阐述了各种面形精度测量方法的原理及应用,并对比分析了各自的优劣势;对大型射电望远镜面形精度测量方法的发展趋势进行了论述和展望,为不断探索和创新望远镜面形精度测量方法提供了参考。     

基于光学辅助指向测量的太赫兹望远镜指向误差模型研究

针对太赫兹波段天文点源目标较少, 指向测量相对困难的特点, 研究了利用与太赫兹天线共轴的小型光学望远镜来辅助太赫兹望远镜指向测量以及建立指向误差修正模型的方法. 依托紫金山天文台1.2 m斜轴式太赫兹天线开展了光学辅助指向测量的实验研究, 利用一台安装在天线背架上的100mm口径折射式光学望远镜获得了优于2$''$的指向测量精度. 此外, 通过对斜轴天线的结构分析以及大气折射和本地恒星时(Local Sidereal Time, LST)偏差等误差来源的分析, 建立了包含23个误差项的斜轴式光学指向修正模型, 实现了约3$''$的拟合精度. 最后, 借助高精度数字摄影测量对光电轴一致性进行了标定, 并针对其对指向模型精度的影响进行了讨论. 研究成果将为南极5 m太赫兹望远镜(The 5m Dome A Terahertz Explorer, DATE5)及其他太赫兹望远镜提供指向测量和指向修正模型方面的技术参考.     

嫦娥四号低频射电频谱仪降低背景噪声方法的研究

嫦娥四号着陆器将搭载低频射电频谱仪在月球背面进行低频射电天文观测,低频射电频谱仪的观测波段为0.1~40 MHz。根据着陆器在中国空间技术研究院的微波暗室进行的电磁兼容性试验结果,着陆器平台在该频段内自身存在非常强的噪声,其强度甚至淹没大部分来自太阳爆发的信号,难以探测有效信号,实现预期的科学目标。通过模拟仿真分析谱减法、维纳滤波及自适应滤波3种方法对着陆器噪声消除的效果,从而选择更为有效的噪声消除方法,为低频射电频谱仪在轨探测任务的数据处理提供依据。     

南山26米射电望远镜轨道高差测量及其对指向精度的影响

轮轨式天线的轨道作为承载整个天线重量的基础,其精度直接影响天线在方位方向运转的平稳性,引起天线轴系偏差从而影响天线的指向精度。介绍改造后的乌鲁木齐南山26 m射电望远镜(Nanshan Radio Telescope, NSRT)轨道结构以及轨道高差测量,并建立天线在不同方位、俯仰角下轨道高差引起天线指向偏差的数学模型。利用"十字扫描"法实测多颗标准源在相应位置的指向数据,并通过高斯拟合得到指向偏差。通过分析可知,轨道高差引起的指向偏差经过修正可以提高天线的指向精度。     

非合作目标激光测距预报的实时修正方法研究

非合作目标的激光测距预报一般是基于双行根数(TLE)外推出来的,往往有较大偏差,对激光测距的成功率有较大影响。结合空间目标的轨道理论和实测的数据分析,预报的偏差主要是预测模型外推的空间目标在运行轨道上的平近点角与实际平近点角存在偏差。根据非合作目标在望远镜跟踪视场中的脱靶量,利用相关算法可以找到一个最佳的时间根数偏差量修正空间目标的平近点角。经过修正,空间目标的视位置偏差得到改善,距离偏差能够从几百米减小到几十米,提升了预期回波到达时刻的准确度,可以给单光子探测器提供更高精度的距离门控,提高测距成功率。     

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。     

丽江2.4米望远镜的圆顶侧窗自动化控制系统

丽江2.4 m望远镜的圆顶采用方位随动和滑动式天窗的超半球结构,起初为改善因圆顶和望远镜终端电子设备引起的内外大气湍流,设计了大面积的多组机械式侧窗。但由于高平台手动操作危险、缓慢、不精确且易损坏,为实现侧窗稳定的多组自动控制,开发了基于STM32板的嵌入式圆顶侧窗自动控制系统,利用WiFi模块、串口模块和手柄实现侧窗的远程和多通道控制。同时结合气象数据、圆顶位置信息等使系统能根据气象阈值进行预警、自动开合,并尽量减小风对望远镜振动的影响。侧窗控制系统的设计可满足上层系统集成的需要。该系统稳定可靠,能满足侧窗的自主运行与人为控制。     

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。     

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)     

2～18 GHz超宽带低噪声放大器芯片研制

低噪声放大器在射电天文望远镜接收机中是一个重要的前端组件,其性能对接收机的灵敏度和噪声有至关重要的影响。采用OMMIC公司70 nm GaAs mHEMT工艺研究和设计了一款工作频率为2~18 GHz的超宽带单片微波集成低噪声放大器芯片,芯片面积为2 mm×1 mm。放大器电路采用三级级联放大、双电源供电拓扑结构,常温在片测试结果显示,全频带增益大于28 dB,噪声温度平均值为93 K,直流功耗150 mW,无条件稳定。该放大器芯片覆盖了射电天文S,C,X,Ku 4个传统观测波段,适用于厘米波段超宽带接收前端和毫米波段超宽带中频放大模块。     

天文用法珀滤光器控制器关键模块数字前端AD转换精度研究

法珀滤光器在我国天文界得到了越来越广泛的应用,目前云南天文台抚仙湖太阳观测站已购进两台法珀滤光器,准备用于1 m新真空太阳望远镜的光谱观测中。由于国内对法珀滤光器研究比较少,国外相关资料尚不能查询到,因此了解其控制系统,不仅是自行研制法珀滤光器的需要,也是日常工作中必须的基础。针对这一趋势,在简介法珀滤光器原理的基础上,介绍了法珀滤光器的控制系统,并对控制系统数字前端模数转换精度要求进行研究。通过计算法珀平行板控制精度,最终选出符合要求的模数转换器。     

利用费米卫星大面积望远镜对脉冲星的观测研究

费米γ射线空间望远镜(Fermi)自2008年8月观测任务开始以来,以其优越的观测性能开启了γ射线天文学研究的新纪元。其搭载的大面积望远镜(LAT)在脉冲星探测和研究方面取得了巨大的成功。除了探测到已知脉冲星的γ射线脉冲辐射信号外,LAT还能够利用γ射线数据的盲寻技术独立发现脉冲星,此外还提供了大量γ射线源进行射电脉冲搜寻。Fermi-LAT的观测带来了γ射线脉冲星数量的显著增长,确立了脉冲星是银河系内主要的γ射线源,并且探测到了毫秒脉冲星的γ射线辐射。一般来说,在长时标下脉冲星的γ射线辐射流量稳定且脉冲形状多呈现双峰结构,能谱可由具有指数截断的幂律谱描述。综述了利用Fermi-LAT数据寻找脉冲辐射信号的方法和研究γ射线脉冲星所得到的主要结果,并简要介绍了近年来在脉冲星研究方面取得的新成果。