太阳和月球射电辐射对40m天线数据接收影响分析

利用标准射电源和标准噪声源,对宁静太阳和月球射电辐射的噪声温度进行了测量,估计它们对40m天线接收绕月卫星信号的影响,结论是:(1)40m天线指向偏离太阳超过2°时,能够满足正常数据接收要求;(2)40m天线指向月球时,系统接收的噪声温度增加值为87.1K, 此时系统的总噪声温度能够满足正常数据接收要求.     

新疆天文台25m南山射电望远镜日照温度场研究

中国科学院新疆天文台25 m南山射电望远镜(25 m NSRT)受日照导致天线结构温度不均匀,其指向精度和效率均有一定程度的损失.为研究25 m NSRT日照下的热力学特性,构建了晴空下射电望远镜热环境参数和热力学有限元模型,考虑了射电望远镜背架、面板等结构件对光线的反射和遮挡作用,通过比较25 m NSRT典型观测工况下各构件的平均温度、均方根温差、单位温差特征距离等特性参数,发现各部件热容量的差异是天线部件间存在大尺度温差现象的主要原因;分析了各类俯仰角和太阳照射角下天线背架结构的温度分布特征,表明日照区域的背架结构温度呈近似线性分布,平均梯度可达0.25℃·m^-1.     

明安图射电频谱日像仪天线相位方向图测量与分析

明安图射电频谱日像仪(Mingantu Ultrawide Sp Ectral Radioheliograph,MUSER)是新一代具有高时间、高空间、高频率分辨率的太阳专用射电望远镜,采用综合孔径原理成像,所以幅度和相位是决定最后成图质量的关键因素。天线的相位方向图会影响日像仪输出的幅度和相位,根据日像仪的馈源设计和综合孔径原理,针对明安图射电频谱日像仪天线数目多,且为户外环境,根据天文观测须经常测试天线性能的特点,给出了基于相关结果测量日像仪天线相位方向图的方法,该方法可以直接通过日像仪的相关输出结果高效准确地得到天线的相位方向图。对MUSER-I天线的相位方向图进行了测量和分析,同时分析了天线相位方向图对日像仪成像的影响,为得到高质量的太阳图像提供了参考和保障。     

新疆奇台110米射电望远镜主焦点馈源换馈方案研究

随着射电天文研究的不断深入,科学家对望远镜分辨率和灵敏度的要求也不断提高,同时要求望远镜具有更宽的观测波段。单口径望远镜低频波段用主焦点接收,馈源尺寸可以更紧凑。为了不影响双反射面天线次焦点的馈电功能,主焦点馈源的放置及换馈方案必须高效合理。以建于新疆奇台的110 m口径全可动射电望远镜为研究对象,以意大利SRT 64 m和德国Effelsberg 100 m射电望远镜为参考,对两种方案应用于奇台110 m射电望远镜的可行性进行分析,并提出一种利用线性模组进行主焦馈源快速切换的新型方案。进行了直线模组机构的建模和仿真,并对口径面信号遮挡进行了分析,结果表明,此方案能有效满足望远镜的工作需求。     

射电日像仪灵敏度测量

灵敏度是射电望远镜的一个重要性能指标,它反映了望远镜监测弱信号的能力。基于明安图射电频谱日像仪(Mingantu Ultrawide Spectral Radioheliograph,MUSER)的调试观测,给出了日像仪灵敏度的测量方法,对天线系统以及整个阵列的灵敏度进行测量分析,得到了日像仪系统整体的灵敏度性能参数。测量同时给出了天线系统的效率以及接收机系统的增益,这将为下一步日像仪展开常规的科学观测提供参考。     

卫星定位精度对在轨甚低频干涉测量影响分析

由于地球电离层的阻挡以及其他干扰,在地面难以进行有效的甚低频天文观测,而使用搭载于绕地或绕月轨道卫星上的甚低频天线进行干涉观测会大大提高观测灵敏度和角分辨率.卫星定位精度会影响观测数据的处理结果,进而影响成图质量,并且会大幅影响飞行项目的复杂度和总成本.首先分析卫星姿态控制精度和星间基线测量精度对绕地轨道甚低频干涉观测的影响,之后对干涉观测中信号延时误差进行仿真,研究延时误差与数据相关处理中条纹搜索范围之间的关系,并对数据计算速度需求进行估算.分析和仿真结果可以辅助相关空间甚低频观测项目总体方案的制定和工程指标的优化.     

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%。     

三频段太阳射电望远镜与空间天气

基于地基望远镜对太阳射电辐射流量进行长期监测是空间天气预报的一种重要手段,用来预报太阳活动引发的地球上的各种扰动。明安图和塔什库尔干两台新的三频段(10.7 cm,6.6 cm和3.3 cm)太阳射电望远镜将服务于我国的空间天气监测和预报,介绍了系统的结构和设计特性、双噪声源定标方法。系统稳定性优于1%(10 h),灵敏度优于1 sfu。展示了明安图太阳射电望远镜2017年试观测的初步结果。     

厘米—分米波射电日像仪天线阵基线测量

日像仪采用综合孔径原理成像,利用不同基线单元的相关输出得到复可见度函数,经过傅里叶变换得到源的亮度分布,基线测量精度是影响成像质量的重要因素.提出了采用大地坐标测量结合观测天文源确定方向基准,进行厘米-分米波射电日像仪天线阵单元天线三维坐标位置测量,获得天线基线矢量的方案,并通过在国家天文台明安图观测站建立相对坐标测控网,对射电日像仪天线阵天线基线进行实测定位,整网平差计算结果表明测量方案合理可行,并满足日像仪基线间距离测量精度的要求和相关成图要求.     

基于最大熵方法月球表面亮温度数据处理模拟

由天线成像原理可知,通过密云50 m天线、“嫦娥一号”卫星(CE-1)和“嫦娥二号”卫星(CE-2)所搭载微波探测仪获取的月球亮温度图是微波天线方向图与真实亮温度图的卷积,所以想清晰准确地还原亮温度图,就必须采取反卷积方法.在处理过程中引入最大熵方法,选择基于Bonavito提出的直接迭代法求解方式,并论证了其作为反卷积方法的可行性,通过一系列的模拟仿真验证其反卷积的有效性.仿真结果理想,对后期处理真实数据(密云50 m天线观测数据,微波探测仪观测数据)打下坚实的基础.     

明安图观测基地复杂电磁环境和干扰消减措施

射频干扰是射电天文观测设备无法回避的问题。国家天文台(内蒙古)明安图观测基地多台各具特色的射电观测设备、各类电磁辐射源及其传播路径共同组成了复杂的电磁环境。现有超宽带高分辨太阳射电成像观测设备——明安图射电频谱日像仪,以及即将建设的子午二期工程的太阳行星际监测系统,包括米波-十米波射电日像仪、行星际闪烁望远镜和超宽带射电频谱仪等,全部频率覆盖1 MHz～15 GHz,观测结果用于太阳物理、空间天气监测和预报的关键问题研究,也对电磁环境提出了更高要求。介绍了明安图观测基地的观测设备及其地理环境,给出了方位频率功率谱、立体方向图、时间频率功率谱等射频干扰的初步监测结果,讨论了射频干扰预防、消减及射频干扰自监测方案。     

射电星系3C 288中的尘埃环

射电星系根据射电形态可以分为FRⅠ和FRⅡ两类,而根据其光学光谱特征可以分为低激发和高激发射电星系。它们在观测上表现出不同,其原因并不清楚,部分原因是喷流与周围介质的相互作用导致的,也可能是因为FR Ⅰ和FR Ⅱ的中央引擎吸积模式不同导致的。为了检验这些源是否存在尘埃环,用CLOUDY程序模拟3C 288射电源的光致电离模型,发现理论得到的电离光度远大于实际观测到的光学核光度,这说明在3C 288中确实存在遮挡效应。为了进一步检验这个结论,又根据尘埃消光来验证高喷流射电功率星系中的遮挡效应是尘埃环造成的。     

上海天文台25 m射电望远镜首次单天线脉冲星观测

介绍上海天文台25 m射电望远镜首次单天线脉冲星观测。2010年4月23日,使用上海天文台位于佘山观测基地的25 m射电望远镜对脉冲星J0332+5434在L波段进行了观测,此次观测使用VLBI终端进行数据采集记录,通过对观测数据进行非相干消色散和周期折叠,成功获得目标源的平均轮廓。此次观测的成功,表明该天线具备开展单天线脉冲星观测的条件,并为上海天文台建设中的65 m天线的天文观测提供了参考,为将来自主研发脉冲星终端进行了技术储备。     

乌鲁木齐天文站建立脉冲星相干消色散观测系统

脉冲星发射的辐射信号经过星际介质到达观测天线的过程中,存在色散效应。该效应导致有一定带宽脉冲信号的不同频率成份到达天线时间有延迟,影响对脉冲星的观测。消色散技术是脉冲星观测的关键技术,它对脉冲星观测系统的灵敏度和观测精度至关重要。脉冲星相干消色散过程是:通过对观测信号进行Nyquist采样,对采样数据做傅立叶变换,变换后的频域信号与星际介质Chirp函数乘积,然后再做逆傅立叶变换回时域,得到消色散后的时域信号。乌鲁木齐天文站依托现有的南山25m射电望远镜和VLBI记录终端MK5A系统,自行开发的相干消色散处理软件(Linux操作系统下C语言调用MPI库)和4节点机群系统,建立了脉冲星相干消色散观测系统。     

潜在的500MHz雷达网及其应用

随着曲靖500 MHz非相干散射雷达的初步建成并投入使用,利用其开展雷达天文学的研究成为可能。基于雷达方程,假定曲靖雷达发射信号,分析了现有昆明40 m天线、密云50 m天线和贵州500 m射电望远镜作为接收器接收回波信号,构建潜在雷达网进行天文测量的能力,报道了探测空间碎片的初步成果,探讨了我国开展地基雷达观测近地小行星的设想。最后呼吁我国开展地基雷达和VLBI联合进行太阳系天体探测,开拓深空领域。     

月基低频天线技术研究

月基低频天线是近年来射电天文技术领域的研究热点之一。由于地球电离层的屏蔽,频率在30 MHz以下的电波在地面上难以有效观测。月球表面尤其是月球背面被证实是进行低频射电天文观测的绝佳地点。通过对国内外月基低频天线研究现状的调研,阐述了月基低频天线相较地基低频天线在低频射电观测上的优势,介绍了月基低频天线国内外研究的现状,详细论述了国家天文台月球与深空探测重点实验室的交叉偶极子阵列天线设计方案。利用电磁仿真软件HFSS对该阵列天线进行了建模和仿真,给出了仿真结果。仿真结果表明,交叉偶极子阵列天线具有较高的增益,方向性较好,具有分辨来波方向的能力。最后介绍了月基低频天线的关键技术,为了满足航天器有效载荷小型化、轻量化、可折叠的设计要求,给出了交叉偶极子阵列天线单元的一种卷尺型设计方式。     

卫星双向法时间比对的归算

卫星双向法比对原理为两个台站同步发送和接收时间信号，可消除传递路径误差，因此比对精度高，它的缺点是效率低，占用大量卫星时间，也不适合于自动化操作，现正在研制的终端可多台站同时观测，克服了上述缺点，利用新的终端提出一种新的处理方法，研究表明多台站观测的同时性有更多的信息可提取，以提高比对精度。     

赛弗特星系中的分子环

介绍了近年来Ｓｅｙｆｅｒｔ领域中关于分子环（ｔｏｒｕｓ）研究情况和现状。分子环模型的提出源于２型Ｓｅｙｆｅｒｔ星系核的光学偏振观测的结果与传统的１型Ｓｅｙｆｅｒｔ核的观测特征的相似性。在ｔｏｒｕｓ结构存在的假设下,讨论其对观测的作用,阐述了ｔｏｒｕｓ可能的结构和演化及其在Ｓｅｙｆｅｒｔ统一模型中的重要地位。还讨论了ｔｏｒｕｓ的遮挡、束流效应和由此造成的多波段观测特性,着重介绍了散射效应及其造成的偏     

基于Matlab/Simulink的天线系统自适应滤波器的仿真实现

为了使天线系统接收和显示的信号更清晰,达到消除系统噪声和电磁干扰的目的,针对中国科学院新疆天文台南山观测基地对射电天文观测和深空探测(探月工程和火星探测)的特殊要求,利用Matlab/Simulink强大的数值计算与仿真功能实现了一种依据自适应方法滤除噪声的滤波器。首先选择脉冲星1910+0728和1913-0440的观测信号为滤波参考信号。在Matlab上通过编写M文件设计了滤波算法并有效滤除了噪声。然后运用Simulink进行建模仿真,通过不断改变系统阶数与步长找到了滤波效果最好的自适应滤波器,确定了其最优参数为8阶,迭代步长为0.005。实验表明在这种阶数和步长下,滤波器能在保证快速滤波的前提下有效地还原接收信号的轮廓,将偏差降到最小。仿真最终结果表明自适应滤波器滤波效果良好,实用性强,满足了射电天文观测和探月的需求。     

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.