基于数值模拟的射电望远镜台址测风塔位置优选方法研究

射电望远镜天线结构设计和观测任务的正常进行都需要台址风场信息.随着望远镜性能要求的提高,天线结构设计越来越复杂,风载荷对天线观测时造成的指向影响也越发明显,如何在设计时保证结构刚度和强度,在观测时提高有效观测时间,都需要准确的风场数据.由于传统台址测风塔布置方法无法对测风塔拟设点的可靠性做出定量化评估,因此提出一种基于数值模拟优化测风塔位置的方法.数值模拟基于规范参数设置边界条件,与实测数据比较,整体趋势吻合,满足精度需求.对试验台址设置了4个测风塔位置,经分析P2点与天线位置的风速均方根误差值(root-mean-square error, RMSE)最小,测得的数据更能表征天线区域的风场特性.     

大型射电望远镜主反射面调整方法研究

随着毫米波天文学和空间通信的重要性日益提高, 对天线性能提出了越来越高的要求, 而天线性能往往受到其反射器表面精度的限制. 微波全息技术是一种快速有效的检测反射面天线表面轮廓的测量技术. 通过微波全息测量得到天线口径场, 计算天马65m射电望远镜反射面与理想抛物面的偏差. 天马65m射电望远镜的主反射面板是放射状的, 有14圈. 面板的每个角都固定在面板下方促动器的螺栓上进行上下移动, 且相邻面板交点处的拐角共用一个促动器. 采用平面拟合的方法可以计算各块面板拐角处的调整值, 但是同一个促动器会得到4个不同的调整量. 通过平面拟合, 同时以天线照明函数为权重的平差计算方法得到相邻面板拐角的一个平差值, 即天马65m射电望远镜1104个促动器的最佳调整值. 通过多次调整和新算法的应用, 天马65m射电望远镜反射面的面形精度逐渐提高到了0.24mm.     

一种基于元学习的大口径射电望远镜俯仰轴承故障辨识方法研究

在经过长期运行后大口径射电望远镜俯仰轴会出现微小扭曲, 滚动轴承作为承载俯仰轴的核心部件, 也会因长期承受交变载荷增加疲劳风险, 导致轴承寿命以及望远镜指向精度的下降, 极大影响望远镜的性能. 以俯仰轴承为研究对象, 开展故障辨识方法研究, 可为望远镜天线的高性能运行提供重要支撑. 为实现在有限数据和复杂工作条件下准确地辨识俯仰轴承故障, 提出了一种小样本条件下基于元学习的故障辨识方法(Few-shot Meta-learning Fault Identification, FMFI). 首先将不同工况下的原始信号转换为时频图像数据, 之后按照元学习协议将数据样本随机采样到不同的学习任务中. 在有限样本的条件下, FMFI可以通过训练任务中的样本信息获取通用的先验知识, 在未知的测试任务下实现准确快速的故障辨识. 选取了与望远镜俯仰轴承工况具有相似性的变负载轴承数据集进行实验, 实验结果表明, FMFI方法具有很高的准确性和可靠性, 为大口径射电望远镜俯仰轴承的主动运维和高质量服役提供了有力的技术支持.     

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.     

基于线性数据重构的天线动力学模型辨识方法

射电望远镜天线伺服控制系统中的非线性特性, 对系统动力学特性辨识有着显著的影响, 会提高辨识难度, 增加辨识模型的复杂程度. 系统非线性特性的测量与补偿也会增加系统辨识工作量. 针对上述问题, 提出了一种基于非线性采样数据的线性重构方法, 用于动力学特性建模. 通过提取原采样数据的相位与幅值, 对受到噪声与非线性畸变影响的系统采样数据进行线性重构, 降低待辨识模型的复杂度. 搭建了半实物实验平台, 以平台实际采样为基础, 重构线性数据, 利用奇异值法与自回归神经网络评估并辨识平台动力学模型. 实验结果表明, 建模数据奇异值拐点从100阶下降至40阶, 仅用10个神经网络节点200次训练即实现了模型辨识.     

利用统计方法判断中天观测数据的参考星表

中天观测数据在建立太阳系高精度行星历表时具有重要作用.在处理由JPL(Jet Propulsion Laboratory)以及IMCCE(Institut De Mecanique Celeste Et De Calcul Des Ephemerides)提供的中天数据时发现,有若干组数据的参考星表没有被明确指出。对于这些信息不完整的数据,无从改正数据由参考星表而引起的系统差。课题研究的主要目的是利用DE421历表确定存在缺陷的这类观测数据的参考星表。通过DE421给出行星在GCRS(Geocentric Celestial Reference System)中的相应位置,并把此位置转换到参考假定的参考星表时行星的理论视位置。通过引入的两个统计量分析原始数据与理论位置的差异显著性,检验假定的数据参考星表是否恰当.结果显示,此方法能够有效区分数据的参考星表,能够确定信息不完整的数据组缺少的参考星表。最后,所有中天数据被转换到GCRS坐标系,以便在历表研制中使用。     

基于自回归滑动平均模型的大口径天线风速预测方法

针对大口径、高性能射电望远镜天线受到的随机及时变风扰的问题, 利用自回归滑动平均模型预测望远镜周围风速, 提前计算风致结构变形量, 同时为望远镜伺服控制系统提供足够执行时间来降低风扰影响. 基于新疆奇台110m口径全向可动射电望远镜(QiTai Telescope, QTT)台址风场数据特征, 通过赤池信息准则和贝叶斯信息准则辨识模型阶次, 利用最大似然法估计模型参数, 分析模型残差特性以检验自回归滑动平均模型的有效性. 通过计算不同季度预测数据与测试数据偏差得到预测模型的精度, 夏季平均绝对误差为0.133mcdots^-1, 秋季平均绝对误差为0.162mcdots^-1, 冬季平均绝对误差为0.287mcdots^-1. 整体来看, 基于QTT台址不同季度风速数据建立的自回归滑动平均模型预测误差较小, 满足射电望远镜风扰控制系统的需求, 能为大口径射电望远镜风扰控制提供必要数据支撑.     

65 m射电望远镜背架结构日照温度效应实验研究

借助精密工程测量手段,对65 m天线背架的日照温度效应进行了实验研究.在天线背架设计坐标系下分析实验数据,建立了日照温度变形模型,得出背架结构沿X方向变形系数为Kx=1.30×10-5,沿Z方向变形系数为Kz=-0.44×10-5,沿Y方向变形偏向太阳照射一侧.根据实验数据建立的背架变形模型,模拟分析了65 m天线背架日照温度变形对面形精度的影响,得出环境温度变化1℃带来的面形精度(均方根值rms)影响分量约为0.09 mm.实验结果为65 m天线主动面调节提供了很有价值的参考数据.     

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。     

CCD整体平差方法的FORTRAN语言归算程序

介绍了实现CCD整体平差的FORTRAN归算程序的详细流程,包括(a)数据收集、(b)预处理和(c)整体平差与结果输出共三个步骤,并给出了各步所调用的子程序名称及其功能说明。采用模拟数据对该程序进行了可靠性检验,并将该程序应用于4颗河外射电源的光学定位。结果表明, 由于利用整体平差方法参加归算的观测资料覆盖天区扩大,包含了较多的参考星,因而可以获得高于单底片归算的定位精度。     

Research on Wind Tower Position Optimization Method of Radio Telescope Site Based on Numerical Simulation

Wind field is a critical issue for radio telescope antenna structure design and observation. As the telescope performance requirements are getting higher and higher, the antenna structure design becomes more and more complicated, and the influence of wind load on antenna pointing in the observation is also serious. How to ensure the stiffness and strength of the structure during the design and to improve the effective observation time during the observation all need accurate wind field data. Due to the traditional wind tower setup method cannot quantitatively evaluate the reliability of the setting point position, so a method based on numerical simulation to optimize the position of the wind tower is proposed. The boundary conditions of numerical simulation are set based on specification parameters, the overall trend is consistent with the measured data, and therefore the simulation accuracy could meet the requirement. Four wind tower positions were set at the test site. According to the simulation results, the root-mean-square error (RMSE) of wind speed between point P2 and the antenna position is the smallest. So, the measured data in P2 could better represent the wind field characteristics of the antenna area.     

超大口径射电望远镜温度场分析

随着天线口径增大、频率升高,日照热对其性能的影响愈发严重.针对待建的新疆110 m大口径全可动射电望远镜,建立其热分析有限元模型,研究天线在夏至日不同太阳时刻的温度场分布特性.结果如下:一天中,主反射面的最高温度可达42.86℃,出现在14时,同时刻撑腿的温度也达到峰值,为41.74℃.背架水平分区温差在5时、18时、19.5时均超过1℃,会对天线指向性能产生较大影响.夜间天线结构温度分布亦不均匀,俯仰结构的温差明显高于其他构件,最大温差为6.42℃,通过数值模拟与试验相结合的方法,证明了构件的壁厚差异是导致结构夜间温差较大的主要原因.     

Measurements of electronic properties of the Miyun 50 m Radio Telescope

Measurement results of some properties of the Miyun 50 m radio telescope (MRT50) of the National Astronomical Observatories, such as pointing calibration, an-tenna beams, system noise temperature, gain and gain variations with elevation are intro-duced. By using a new de-convolution technique developed by our group, the broadening effect on measured beams caused by the width of an extended radio source has been re-moved so that we obtained higher accuracy on the measurements of MRT50 beams.     

乌站25m射电望远镜天线效率自动测量的软件实现

经常测量天线参数对于改进天线性能以及联测和单天线观测的数据处理都是至关重要的。以前的记录仪手工测量方式,非常繁琐和低效率,不利于对测量结果进行有效的统一管理和深入分析。根据天线效率的测量为例,在PC和Windows2000/XP软硬件平台下统一编程,集成实现天线参数测量的自动化、操作的人性化以及数据分析和曲线拟合的可视化。这将大大降低人工,提高测量效率,更好地保证天线的可靠、高精度的运行以及观测数据的处理。