天马望远镜P波段轴向偏焦研究

天马望远镜是65 m口径全实面地平式射电望远镜,信号经赋型抛物面主反射镜和赋型双曲面副反射镜汇集后在卡塞格伦焦点处馈入低温低噪声接收系统。开展天马射电望远镜轴向偏焦研究,旨在拓展天马望远镜在低频段的接收,创新之处在于利用P波段低频振子天线作为接收机馈源,放置在距离副反射面顶点下方约1/4波长处,研究天马望远镜在P波段开展天文观测的可行性。研究内容包括P波段振子天线设计、馈源轴向偏焦位置优化以及观测性能分析。P波段振子天线作为馈源,天线最大增益45 d B,天线效率64.25%。     

FASTL波段多波束馈源设计的初步分析

把抛物面天线的偏焦理论应用于FASTL波段多波束馈源系统的设计,分析了馈源喇叭横向偏焦距离与相应波束偏离角之间的关系,结合多波束射电望远镜扫描方式的要求,给出了FASTL波段多波束馈源的工作带宽、多波束馈源中相邻喇叭的间距以及喇叭口径大小的限制,并对正六边形阵列中处于不同位置的喇叭对应的波束的主瓣情况作了详细计算和分析。由此说明了FASTL波段多波束馈源采用19波束的可行性。另一方面,根据得到的工作频率带宽和喇叭口径大小的情况,对OMT和喇叭类型的选择进行了探讨。本文给出了FASTL波段多波束系统的大概轮廓,为进一步精确设计指明了方向。     

FAST30m模型L-波段馈源的设计、制作和性能测试

叙述了FAST（500m口径球面射电望远镜）30m模型L-波段馈源的设计、制作和性能测试过程。馈源的设计仿真使用了HFSS软件，并选用纸板或塑料板和铝箔胶带，通过手工操作完成馈源制作。馈源的性能通过测试表明满足FAST30m模型天文观测的需要。文中采用的HFSS软件仿真及手工制作馈源的方式不失为形式简单的馈源的模型制作的一种快速、经济和有效的方法。这种方法对相近的工作有一定的参考价值。     

FAST L波段多波束馈源设计的初步分析

把抛物面天线的偏焦理论应用于FAST L波段多波束馈源系统的设计,分析了馈源喇叭横向偏焦距离与相应波束偏离角之间的关系,结合多波束射电望远镜扫描方式的要求,给出了FAST L波段多波束馈源的工作带宽、多波束馈源中相邻喇叭的间距以及喇叭口径大小的限制,并对正六边形阵列中处于不同位置的喇叭对应的波束的主瓣情况作了详细计算和分析。由此说明了FAST L波段多波束馈源采用19波束的可行性。另一方面,根据得到的工作频率带宽和喇叭口径大小的情况,对OMT和喇叭类型的选择进行了探讨。本文给出了FAST L波段多波束系统的大概轮廓,为进一步精确设计指明了方向。     

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.     

应用ATA的对数周期馈源方案于FAST的可能性探讨

介绍应用于美国凤凰计划的Allen望远镜阵(ATA)的对数周期馈源(LPA)概况，初步给出此种馈源的基本参数及性能，仿真估算了其驻波比和方向图，并结合正在进行中的我国500m孔径球面射电望远镜(FAST)计划，探讨了应用这种宽带馈源的可能性及其限制。     

大口径射电望远镜主面误差分析与修正

建立了40 m口径射电望远镜天线结构有限元模型,依据模型分析结果,对40 m口径射电望远镜天线主面误差进行了分析和数值计算;从误差修正的角度,分别对主面误差的最佳拟合修正、安装角预调的工作仰角综合修正进行了分析与数值计算．误差修正后的计算结果表明,主面精度得到了大幅度的提高．分析结果为该望远镜天线的实际建造提供了参考．     

FAST工程建设进展

"十一五"国家重大科技基础设施建设项目—500 m口径球面射电望远镜(FAST)工程,是利用贵州天然喀斯特洼地作为望远镜台址,建造世界第一大单口径射电望远镜—500 m口径主动反射球面射电望远镜,以实现大天区面积、高精度的天文观测.FAST工程由中国科学院和贵州省人民政府联合共建,于2016年9月25日竣工.     

FAST照明口径分析

500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)在观测时,将球形反射面内部照明区域的形状变为300 m口径抛物面,实现望远镜的主焦天线功能.照明口径(球面变位到抛物面的口径)对望远镜的观测性能起决定作用.为了望远镜潜在的...     

具有主动主反射面的巨型球面射电望远镜

提出一种新颖的大球面射电望远镜的设计方案,以往球面射电望远镜的设计方案是利用各种复杂馈源系统,如Ａｒｅｃｉｂｏ三反射面系统来克服球差,而我们拟实时地改变被馈源照明的部分球反射面的形状以最大限度地拟合旋转抛物面,从而用传统的抛物面馈源照明来实现宽带与偏振观测．此设计有天空覆盖范围大及可实现独立多瓣观测等优点,中还对５００ｍ口径的球面射电望远镜（曲率半径３００ｍ）以及３０００ｍ可用口径的具体实例提出     

具有主动主反射面的巨型球面射电望远镜

提出一种新颖的大球面射电望远镜的设计方案．以往球面射电望远镜的设计方案是利用各种复杂馈源系统,如Ａｒｅｃｉｂｏ三反射面系统来克服球差,而我们拟实时地改变被馈源照明的部分球反射面的形状以最大限度地拟合旋转抛物面,从而用传统的抛物面馈源照明来实现宽带与偏振观测．此设计有天空覆盖范围大及可实现独立多瓣观测等优点．文中还对５００ｍ口径的球面射电望远镜（曲率半径３００ｍ）以及３００ｍ可用口径的具体实例提出了实施方案．     

FAST在深空探测中的应用前景

FAST（Five hundred meters Aperture Spherical Telescope)拟利用贵州省的喀斯特洼地，建立世界上最大的500米口径的球面射电望远镜。主动反射面新概念的提出，实现了望远镜的宽频带和全偏振能力；馈源及支撑系统简化的方案，使FAST对天体和航天器的跟踪范围得到很大的补充。分析预研中的FAST的测控功能，并论证其在未来深空网（DSN）中的重要作用和地位及开展国际合作的可能性。     

一种面向FAST PB量级脉冲星数据处理加速方法及系统

500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope, FAST)已投入科学运行,其中脉冲星漂移扫描巡天采集数据量已达数PB,预计每年至少新增5 PB。现有的数据处理软件如PRESTO,SIGPROC等无法满足PB量级数据的快速处理要求。提出了一种基于PRESTO的分布式并行计算方法,整合利用数据库技术和异地异构计算资源,构建了一套命名为Craber的计算加速系统,由FAST早期科学数据中心与国家天文台共同设计实现。启用Craber子网计算集群D中55个计算节点,应用澳大利亚帕克斯(Parkes)望远镜多波束巡天数据集和500 m口径球面射电望远镜漂移扫描数据验证了系统流程和搜索数据库。单个100 MB帕克斯巡天数据文件平均耗时36 s,单个128 MB 500 m口径球面射电望远镜巡天数据文件平均耗时22 s。该系统目前已实际参与数据处理并发现了数十颗脉冲星,有效帮助500 m口径球面射电望远镜加速数据处理和扩大新样本数量。     

大气折射对射电望远镜高精度指向的影响

针对中性大气的物理属性以及大气折射对射电望远镜指向的影响进行了模型分析和计算,以改进型的"三段式"标准指向改正模型为基础,着重研究了由大气折射造成高阶指向误差的改正方案,目的是不断提高射电望远镜的指向精度,尤其针对大口径、高分辨率的射电望远镜。在此模型的基础上,模拟南山观测基地的气候特征,给出合理的计算结果。通过分析和评估这些结果与射电望远镜指向精度的要求,为将来大口径射电望远镜的指向修正提供参考。     

基于GPU加速的FRB实时搜寻算法研究与测试

新疆天文台接收机团组以南山25 m射电望远镜科研需求和计划建设的奇台110m射电望远镜(QiTai radio Telescope,简称QTT)关键技术研究为背景,在原有的基于CPU(Central Processing Unit)的快速射电暴(Fast Radio Burst,简称FRB)搜寻算法基础上,研究了基于图形处理器(Graphics Processing Unit,简称GPU)加速的FRB搜寻算法,并搭建了相应的FRB实时搜寻系统平台.对CPU系统和GPU系统进行了对比与分析,测试结果表明:在保证搜寻精度的基础上,使用GPU加速的FRB实时搜寻算法相比CPU算法计算速度可提高35–45倍.     

基于QTT促动器的热误差补偿

即将用于新疆奇台110 m射电望远镜(Qi Tai radio Telescope,QTT)的促动器需在-40～60℃范围内满足±15μm的精度要求.由于在无任何补偿的情况下,热误差可以达到约400μm,因此需要建立热误差模型,以预测促动器位移随温度的变化规律,并在此基础上进行位移主动控制补偿,从而保证促动器在给定温度...     

结构因素对圆锥喇叭电性能影响的仿真分析

馈源是射电望远镜天线系统的一个重要组成部分,其性能将直接影响整个天线系统的电性能。针对射电望远镜天线系统中典型的圆锥喇叭馈源,通过三维电磁仿真软件（CST STUDIO SUITE12．0）进行建模,分析了不同圆锥度、椭圆度及不圆度对圆锥喇叭馈源远场方向性的影响。结果表明：口径面的椭圆度在一定范围内变化时,对圆锥喇叭馈源方向性的影响较小。且其回波损耗小于-15dB;圆柱波导段的圆锥度大于1：20时,圆锥喇叭的效率会受到一定的影响：不圆度的影响则较大。文中得到的结构因素对圆锥喇叭馈源电性能影响的研究结果．对射电望远镜天线系统中圆锥喇叭馈源的设计和制造具有一定的参考作用。     

TM65 m射电望远镜指向模型的建立

介绍了建立上海天文台天马65 m射电望远镜(简称TM65 m)指向模型的过程.采用"十字扫描"的方法对单点数据进行采集,采用带有高斯项和非线性项的曲线模型进行偏差拟合,并对单点扫描过程中源角径导致的波束展宽量进行了仿真分析,通过使用射电源预报来提高建立模型的效率.用最小二乘法对全天区数据进行拟合,得出了8个天线参数的指向模型,并在实际中验证,最后建立了TM65 m望远镜X波段指向模型.盲指误差达到12.36角秒,满足了X波段及以下波段的指向要求.     

基于数值模拟的大口径高精度射电望远镜台址风障优化设计研究

随着射电望远镜口径增大、观测频率提高, 对其指向精度的要求也越来越高. 然而, 望远镜服役于野外台站, 台址风扰对天线指向精度的影响在高频段观测时已不能忽略. 由于风扰的时变性, 现有的抗风方法无法保障大口径高指向精度望远镜在高频段的有效观测时长. 因此, 提出了一种基于风障精确布置改善台址风环境的方法. 通过数值模拟构建了风障仿真模型, 并将仿真结果与风洞实测数据比较, 两种孔隙率风障的平均误差分别为3.7%和6.1%, 保证了风障模型的可靠性. 以新疆奇台射电望远镜(QiTai radio Telescope, QTT)台址为例, 基于QTT台址斜坡地形构建了计算域模型, 开展单风障不同高度、不同孔隙率的系列风场仿真试验, 得到了风障参量与下游挡风效果的关系. 基于单风障合理高度和最优孔隙率设置南北风障, 仿真结果表明在确定高度下最优孔隙率可以组合, 孔隙率0.1-0.1组合的风障挡风效果最优, 南方向来风在天线区域可以有效降低75%以上的风速.     

FAST单元面板面型检测算法研究

500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope,FAST)是一个超大口径的可动望远镜,有三项技术创新,一是选址,二是轻型馈源索支撑,三是主动反射面。在主动反射面上,单元面板的面型和面板的出厂加工精度对电磁波在反射面的汇聚有很大影响。FAST主反射面由4 600块三角形反射面板拼接而成,每块面板为边长11 m三角形,这对FAST反射面面板的测量技术提出了更高的要求。摄影测量直接在影像上进行量测,无需接触物体本身;所摄影像信息丰富,可以从中获得所研究物体的大量几何信息和物理信息;适用于大范围、多目标测量,效率高。目前世界上最大的射电望远镜,如GBT和ARECIBO都是采用摄影测量技术进行反射面面形检测。在对现有的面型检测技术调研并试验后,提出基于数字近景摄影测量的方法,对FAST反射面11 m单元面板的面型进行检测,数分钟完成反射面板面型的一次检测,测量精度达到2.5 mm,经过调整后的单元面板的面型精度达到了3.0 mm,结果表明摄影测量应用于FAST反射面单元面板面型检测是可行的。