云南天文台太阳射电研究进展

回顾了自１９７９年以来云南天文台太阳射电天文仪器、技术和方法以及研究方面的进展。     

Thirty-Element Active Antenna Array as a Prototype of a Huge Low-Frequency Radio Telescope

An effective wide-band (10 to 60 MHz) active antenna element has been developed. The cost of one short (3 m), thin dipole with built-in amplifier and metal construction is less than 45 euro. It was shown both theoretically and experimentally that the upper limiting frequency is at least 60 MHz, the dynamic range is 90 dB/V and the share of the amplifier noise to the background antenna temperature is about 10%. The developed active dipole was tested by building a 30-element antenna array and comparing its parameters with one of the subpart of the UTR-2 radio telescope having passive dipoles of 8.6 m in length and 1.8 m in diameter. The 3C461 ionospheric scintillation spectra observed in the experiments show that the sensitivities and noise-immunities of both antennas are close. This proves the availability using of a short cheap active dipole in new generation giant radio telescopes.     

毫米波太阳射电的观测研究

综述了毫米波太阳射电的观测研究概况，着重介绍一些中，大型的毫米波太阳射电观测设备最新的观测结果。     

lbb-用于射电天文VLBI基带数据读写的库

Library for Baseband (lbb)是一个自研的用于读取解析甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry, VLBI)基带数据的工具库,主要用于VLBI观测中对终端基带数据的读取、解析及输出结果分析.该软件库通过对基带数据的自动判断,自动实现读取不同数据格式的功能,并提供了各种各样的API (Application Programming Interface)功能供用户调用.目前lbb软件库已经成功应用在了探月工程VLBI测轨任务中的硬件相关处理机配置项和测地VLBI观测数据的预处理.文章详细介绍了lbb软件库的设计、功能及用法.     

数字滤波技术在射电天文测量中的应用

随着数字技术的发展，数字信号处理芯片的速度越来越快，这为高速数字滤波的实时实现提供了可能。简要阐述了数字滤波的原理，并对两种数字滤波的实现方法进行了分析；给出了数字滤波较模拟滤波的优势；介绍了数字滤波在射电天文测量中的各种应用。     

Degradation due to Quantization Noise in Radio Astronomy Phased Arrays

In this article, a model is developed for determining the probability distribution of the output of a digital adder in case of 2-, 3- and 4-level quantization before summation. This probability distribution is then used to determine the efficiency of a system which determines the total power of the signal at the output of the digital adder.The sum-signal is also used in a VLBI correlation mode where the sum-signal is correlated with the signal from a VLBI partner. The efficiency, expressed in so-called Degradation Factors, is determined for 1- and 2-bit correlation and 2-, 3- and 4-level quantization before summation.Furthermore, the application of the calculated values (Total Power Detector Efficiencies and Degradation Factors) is illustrated.     

用50m射电望远镜作脉冲星观测与研究

国家天文台正在研制的50m射电望远镜将投入脉冲星观测与研究，推动我国的脉冲星工作。本文回顾了自第1颗脉冲星发现后35年来脉冲星观测取得的成果，和理论研究获得的重大进展，并讨论我国脉冲星工作可能开展的观测与研究。当今世界脉冲星观测与研究虽然还有许多遗留问题，但是作为中子星基本观测事实已被确认。脉冲星的应用也已经走上了历史舞台。如果利用50m射电望远镜对脉冲星的特殊活动现象进行观测与研究，可能获得突破性的进展。     

遥测接收机基带信号处理的数字化实现方法

根据VLBI系统中接收的遥测信号基带信号的特点,介绍了利用虚拟无线电技术实现遥测接收机基带信号处理的基本原理,并分别概述了接收机的载波解调、副载波解调、数据转换环3个功能模块的数字化实现方法。仿真结果和实测数据表明,利用虚拟无线电技术能够很好地实现对遥测信号的解调和同步工作,又因该技术本身具有容易更新、方便添加接口、可并行化等优点,这种基于虚拟无线电技术的遥测接收机基带处理系统,将能够为遥测、导航、天线组阵等相关技术提供很好的实验和应用平台。     

The Pushchino Radio Astronomy Observatory: origin and first decade's history

The first radio astronomical investigations in the Lebedev Physical Institute are described. Some details of the large radio telescopes construction in Pushchino Radio Astronomy Observatory as well as the most significant scientific results obtained with them are quoted in the paper, too. (© 2007 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

基于独立成分分析的射频干扰信号消除方法

射电天文已成为人类研究宇宙的重要途径。但随着人类生产、生活的发展,射频干扰信号对射电天文观测的影响越来越严重,观测数据的好坏关系到科学成果的质量甚至结论的真伪。目前广泛采用基于阈值判断射频干扰,对干扰信号直接舍弃部分观测数据的方法。此类方法存在阈值确定困难、观测带宽和时间被缩减等问题。针对脉冲星观测射电信号中,各干扰信号及射电信号统计独立以及呈现出的非高斯性,利用独立成分分析对混合信号进行分解,并根据观测信号中脉冲星信号和干扰信号的分布特点识别脉冲星信号,实现干扰信号消除。使用该方法对云南天文台40 m射电望远镜接收到的脉冲星观测信号进行独立成分分析,分解出独立的射频干扰信号和脉冲星信号,消除射频干扰信号。独立成分分析法在干扰信号消除、射电信号保留及信噪比方面均取得良好效果。     

射电天文台址常驻电磁干扰检测与识别方法

为有效统计射电天文台址常驻电磁干扰的变化,提高实时电磁环境监测效率,提出一种基于先验信息的常驻电磁干扰信号检测与识别方法.首先通过信噪分离,信号能量估值从电磁环境历史监测数据中提取移动通信,地面数字电视等常驻大信号的中心频率、极化方式、来波方向等特征,经对无线信号传播信道的衰落方式进行分析,提出信号能量模型服从的分布函数假设并采用K-S检验验证该假设,合理设置能量阈值,建立信号模板库.其次,根据信号模板库中的信号特征对实时频谱数据进行双门限能量检测、信号相关性识别,从而提高信号检验的准确率,实现了常驻信号的快速统计.针对射电天文台址实测频谱,运用该方法能够有效识别并统计频谱中的常驻信号,从而为台址干扰缓解策略制定提供重要依据.     

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.     

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.     

快速射电暴观测数据干扰缓解方法研究

从海量的天文观测数据中快速搜寻罕见的快速射电暴(Fast Radio Burst, FRB)事件, 干扰缓解是其中一项关键而具有挑战的工作. 射频干扰(Radio Frequency Interference, RFI)会淹没真实的天文事件, 还会导致搜寻管线输出大量的假阳性候选体. 由于干扰来源及其种类的复杂性, 目前并没有一种通用的方法可以解决这个问题. 为了降低干扰对FRB观测搜寻的影响, 分析和研究了南山26m射电望远镜L波段观测数据中的干扰情况, 针对主要的窄带干扰和宽带干扰建立了3层次的干扰缓解处理流程, 从而有效缓解了观测数据的干扰污染情况. 将该流程嵌入到FRB色散动态谱搜寻(Dispersed Dynamic Spectra Search, DDSS)管线中, 实验结果表明, 搜寻管线的检测率和检测精度得到了进一步的提高. 该方法为FRB观测数据干扰缓解处理提供了有价值的参考.     

Rfi Mitigation And The Ska

Radio frequency interference (RFI) has plagued radio astronomy from its inception. The Workshop on the Mitigation of Radio Frequency Interference in Radio Astronomy (RFI2004) was held in Penticton, BC, Canada in July 2004 in order to consider the prognosis for the RFI problem, in particular as it impacts the planned Square Kilometre Array (SKA). This paper concludes that RFI is unlikely to be a “showstopper” in achieving SKA science goals, but that improved RFI mitigation technology may nevertheless be essential in order to take advantage of the vastly improved sensitivity, bandwidth, and field of view. Reported results provide some optimism that the desired improvements in RFI mitigation technology are possible, but indicate that much more work is required.     

Low Noise Performance Perspectives Of Wideband Aperture Phased Arrays

A general analysis of phased array noise properties and measurements, applied to one square meter tiles of the Thousand Element Array (THEA), has resulted in a procedure to define the noise budget for a THEA-tile (Woestenburg and Dijkstra, 2003). The THEA system temperature includes LNA and receiver noise, antenna connecting loss, noise coupling between antenna elements and other possible contributions. This paper discusses the various noise contributions to the THEA system temperature and identifies the areas where improvement can be realized. We will present better understanding of the individual noise contributions using measurements and analysis of single antenna/receiver elements. An improved design for a 1-m² Low Noise Tile (LNT) will be discussed and optimized low noise performance for the LNT is presented. We will also give future perspectives of the noise performance for such tiles, in relation to the requirements for SKA in the 1 GHz frequency range.     

面向新疆奇台110 m射电望远镜宽带双极化Vivaldi馈源设计

射电望远镜一般要在宽频段内进行连续观测, 但传统相控阵天线设计方法难以兼顾宽频带和大角度扫描特性. 紧耦合天线的设计方法为宽带大角度扫描天线提供了新的设计思路, 基于此设计了一款宽带双极化 Vivaldi相控阵馈源. 首先结合Wheeler提出的连续电流片概念及等效电路对紧耦合原理进行理论分析, 然后针对Vivaldi天线分析了阵元间的强耦合能够有效拓展天线的工作带宽. 在此基础上设计了一款宽带Vivaldi相控阵馈源. 馈源阵列由8×9 Vivaldi天线阵元组成, 该阵列的工作带宽为2-8GHz, 并且能够在E面和H面均实现±$45^\circ$的扫描特性. 最后对该馈源阵列进行了样机加工和测试, 测试结果与仿真结果具有较好的一致性.     

乌鲁木齐南山站25m射电望远镜在6cm波段对地面辐射的总功率响应

利用乌鲁木齐南山站25m望远镜6cm系统对观测站周边的地面辐射做了仔细的观测。发现该系统对地面辐射的响应在天空的不同方向有显著的变化。望远镜俯仰为8°时,南方由于高山的影响,对地面辐射的响应已经饱和;甚至在望远镜指向高俯仰(60°)时,总功率响应随不同方位的起伏也可达到0.3K,大于银道面0.01~0.1K的响应,因此它对射电天文观测有显著的影响。根据这些观测数据,建立了6cm系统在不同方向处对地面辐射的响应模型。此模型能够大致描述地面辐射的特征,但尚不能用来完全消除地面辐射的影响。     

适用于古天文研究的计算机软件

天文软件是进行古天文研究非常有用的辅助工具。对一些常见的商业软件与专业软件的计算结果进行了分析比较,发现它们在两三百年的短期内都是足够可靠的,但是若干商业软件并不适用于涉及几千年跨度的古天文研究。分析表明:无论从数据精确度和长期稳定性,还是从功能的强大程度来说,SkyMap都是值得推广的天文计算软件。