LHAASO-WFCTA中高灵敏度雨雪传感器的研制

高海拔宇宙线观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory, LHAASO)位于四川省稻城县海子山,平均海拔4 410 m,属于典型的高寒山地气候,天气变化迅速。广角切伦科夫望远镜阵列(Wide Field of view Cherenkov Telescope Array, WFCTA)是LHAASO三大观测阵列之一,需要在晴朗的夜晚工作。为保证望远镜的正常运行,需要时刻检测雨雪情况,保证广角切伦科夫望远镜阵列在雨雪天气时及时关闭。但由于气温过低,传统的雨雪传感器在站点不能正常工作,因此需要改进仪器增加加热装置。通过实验室研究完成了加热装置设计,并在现场进行了实地检测。结果表明,高灵敏度雨雪传感器可以在站点低温环境下使探测表面温度保持在零度以上,可以实时有效地监测雨雪天气,为广角切伦科夫望远镜的正常运行提供了重要的支撑。     

WCDA时间标定系统的研制与测试

地面水切伦科夫探测器(Water Cherenkov Detector Array, WCDA)是高海拔宇宙线观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory, LHAASO)的重要组成部分,主要科学目标是实现在甚高能中低能段(100 GeV～30 TeV)对整个北天区伽马源进行巡天观测。为了确保对辐射源探测的指向准确性,需要对探测器阵列进行时间标定。主要介绍了水切伦科夫探测器时间标定方法、标定系统的搭建以及关键部件——分光光纤束的批量测试。     

基于WCDA水质监测分析

水切伦科夫探测器阵列(Water Cherenkov Detector Array, WCDA)是高海拔宇宙线观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory, LHAASO)的主体探测器之一,水作为探测器的唯一探测介质,水的洁净度直接影响探测器对切伦科夫光的探测效率。为保证水切伦科夫探测器阵列物理目标的实现,水衰减长度的实时测量和监测至关重要,是探测器正常运行和标定的关键工作之一。分别介绍了水衰减长度测量装置和紫外可见分光光度计的工作原理,并通过不同波长的发光二极管(Light Emitting Diode, LED)对各种样品水进行测量,将两种方法的数据结果进行对比分析,得出两种装置的测量误差分别为0.22 m和0.18 m,以及工业指标吸光度与科研指标水衰减长度之间的对应关系,并为几何和跟踪(GEometry AND Tracking, GEANT4)模拟确定了一种Querry水质模型,进一步推进了模拟的真实化。通过对水切伦科夫探测器阵列1号水池水衰减测量装置的验证及从注水到稳定运行期间的水质监测的数据研究,总结了一套稳定可靠的水质监测方案,为2、3号水池的监测工作奠定了良好的基础。     

伽马天文观测技术综述

伽马射线作为宇宙中极端事件的独特探针,探测伽马射线是人们了解宇宙构成、星体演化和宇宙线起源等的重要途经.伽马天文涉及了宇宙中的各种前沿科学问题并且观测所需能谱跨度极宽(102 keV–102 TeV),针对不同的科学目标和细分谱段,必须利用不同的伽马望远镜探测技术.总结了空间和地面的共5大类伽马射线观测技术,分别是编码孔径望远镜、康普顿望远镜、电子对望远镜、成像大气切伦科夫望远镜和广延大气簇射阵列;回顾了70 yr来在观测设备和技术进步的推动下伽马射线天文学领域的巨大进展,其中包含高能和甚高能谱段取得的大量成就,中低能段由于已有观测任务有限以及灵敏度低,超高能和极高能段由于观测难度大、起步时间晚,数据和成果相对其他谱段产出较少;展望了未来已经规划的伽马望远镜任务、能力及预期科学产出,其中,中低能段空间望远镜增强型ASTROGAM望远镜(e-ASTROGAM)、全天区中能伽马射线观测站(AMEGO)和甚高能段地面望远镜阵列高海拔宇宙线观测站(LHAASO)、切伦科夫望远镜阵列(CTA),由于灵敏度较同谱段已有任务灵敏度有大幅提升,极有可能在20 yr内从不同角度再度扩展人类对伽马宇宙的认知.     

甚高能γ射线天文观测的利器——成像大气切伦科夫望远镜

地基甚高能(very high energy,VHE)γ 射线天文观测成果的取得,很大程度上与成像大气切伦科夫望远镜技术发展密不可分.大气切伦科夫技术概念于20世纪50年代提出,20世纪80年代末和20世纪90年代初取得重要突破,21世纪初逐步发展成熟.立体成像大气切伦科夫望远镜阵列以其良好的角度分辨率、能量分辨能力和...     

高海拔宇宙线观测站LHAASO概况

宇宙线发现百年以来,宇宙线起源仍然是一个谜.研究宇宙线起源主要在甚高能(VHE)伽马射线天文学和宇宙线物理学两个领域交叉展开.新一代高海拔宇宙线观测站(LHAASO)拥有高海拔、全天候和大规模优势,利用多种探测手段对宇宙线开展联合观测,大幅提升对伽马射线和宇宙线的鉴别能力.LHAASO将开展全天区伽马源扫描搜索以大量发现新伽马源,将获得30TeV以上伽马射线探测的最高灵敏度,将在宽达5个数量级的能量范围内精确测量宇宙线分成份能谱,为揭开宇宙线起源谜团给出重要判据.系统介绍了LHAASO的探测器结构、性能优势和科学目标.     

基于无线触屏平台的阵列式望远镜控制系统

地基广角相机阵(Ground-based Wide Angle Cameras,简称GWAC)是中法合作SVOM(Space Variable Objects Monitor,空间多波段变源监视器)天文卫星的地基观测设备,Mini-GWAC是其预研和补充设备.针对Mini-GWAC望远镜阵列,介绍了一种基于无线触屏平台进行操控的阵列式望远镜控制系统的设计与实现.从控制系统原理、系统硬件结构、软件设计、实验和测试等方面展开,详细叙述了该系统的开发及实现过程.该系统以基于Win CE系统的触控一体机为上位机,无线收发模块和可编程逻辑控制器(PLC)为核心,具有低成本、数据传输可靠、操作简单等优点,并较好地实现了在Mini-GWAC阵列式望远镜上的应用.     

高海拔宇宙线观测站与超高能伽马射线源

正近日,我国的重大科技基础设施"高海拔宇宙线观测站"(Large High Altitulde Air Shower Observatory, LHAASO)在《Nature》期刊上发表了首批科学结果[1]. LHAASO利用其1/2阵列在2020年1月至11月这段时期的数据,共发现了12个显著性大于7倍标准偏差的超高能伽马射线(指能量大于100 Te V的光子, 1 TeV=10~(12)eV)源.     

激光光斑特性测量方法研究

在卫星激光测距系统中,激光光斑特性的好坏关系到测距成功与否,而经望远镜出射后的真实激光光斑特性尤为重要。为了准确掌握经望远镜出射后的激光光斑特性,提出了一种精准测量激光光斑特性的方法。首先将激光照射在一定距离的漫反射屏上,利用CCD相机采集激光光斑的漫反射图像,同时利用安装在漫反射屏上的能量计实时记录光斑相应区域的激光能量,然后结合激光光斑的CCD图像以及光斑相应区域的能量分布,分析计算激光光斑的特性参数。详细给出了激光光斑的测量原理、实验方案以及数据处理方法,并通过实测数据精确计算出经望远镜出射后的激光光斑半径、发散角、平均能量密度分布等参数。实验结果表明,本测量方法具有测量精度高、响应速度快、操作简单、易于控制等优点,在激光光斑测量方面具有重要的应用前景。     

云南天文台激光测距系统激光特性参数的测量分析

通过激光光腰位置能量分布测量，在已知激光发散角的情况下，直接计算得到光腰半径、光束质量因子等重要参数，更加深入的分析了云台激光束情况，对于测距时激光发散角的控制具有重要意义。从激光能量分布的测量结果看，可把激光的最小发散角压缩到1“，达到大气视宁度水平，从而提高系统的极限测距能力。     

一种激光导引星自适应光学系统中激光上行到达角起伏测量方法的研究

激光导引星波前倾斜测量问题是限制自适应光学技术在天文领域广泛应用的关键问题之一。测量并改正激光上行到达角起伏是解决这一问题的有效方法。提出一种基于统计平均算法而不依赖自然导引星和辅助望远镜的测量方法,可以有效地测量出激光上行到达角起伏。利用具有子孔径阵列的哈特曼波前传感器对激光信标进行探测,选择部分子孔径进行倾斜量的统计平均以获得激光上行到达角起伏。仿真了统计平均算法的误差随子孔径数量的变化关系。结果表明,最小算法误差相对于望远镜全口径倾斜误差的下降比例与大气相干长度无关,而与望远镜口径有关。望远镜口径越大,算法误差相对于全口径倾斜误差下降越多。当望远镜口径为10 m时,最小算法误差下降为望远镜全口径倾斜误差的33%。     

Mini-GWAC控制系统的故障诊断专家系统

地基广角相机阵是中法合作空间多波段变源监视器天文卫星的地基观测设备,Mini-GWAC是其预研和补充项目。针对Mini-GWAC望远镜阵列,从故障诊断方法、技术设计方案和故障诊断研究平台等方面展开,详细叙述了故障诊断系统的研究及设计过程。该系统基于Mini-GWAC望远镜平台,采用专家系统理论和故障树分析相结合的方法开展故障诊断专家系统的研究。研究成果对提高望远镜的可靠性,降低维护成本,提高观测效率有重要意义,同时为实现在其他望远镜上的应用增加技术积累。     

空间硬X射线望远镜HAPI-1及其对蟹状星云脉冲星的观测

HAPI-1是我国第一个用于空间高能天文观测的硬X射线望远镜系统,由面积145cm~2厚0.5cm的CsI(T1)主探测晶体及其下部厚5cm的NaI(T1)反符合晶体构成复合晶体探测器,采用脉冲形状甄别技术区分两种晶体的输出信号,多种物质构成的夹层式屏蔽筒和准直器使望远镜具有约4°视场角(HWHM),电子学、姿态控制和数据获取系统使望远镜具有对20—200keV能区高能光子到达时刻和能量进行空间定向观测的能力。本文介绍HAPI-1的构成和主要性能,以及1984年5月利用该望远镜在我国高空科学气球上对蟹状星云脉冲星的观测结果。     

宫内7×50双筒镜

以生产双筒望远镜而著称的宫内光学工业株式会社(Miyauchi,厂址位于日本埼玉县)最近新推出了BN-750W型双筒镜(BN是英文双筒镜的缩写,750表示规格是7×50的,W代表广角型)。这只镜子给人印象最深刻的特点就是大视场,达到9.5度,和传统的7×50双筒镜(7度视场)相比,视场直径足足扩大了35％。物镜的光学结构是两组两片双分离式,由高折射率的SK重冕和SF重火石玻璃组合而成。棱镜系统是保罗2型,用火石玻璃制造,减少了入射光线的损失。目镜则是3组5片的爱尔弗广角目镜。其中使用     

天文高分辨像复原技术检测地基天文光学望远镜成像质量

在天文高分辨像复原技术的基础上，根据谱比法较准确地测量视宁度参数r0后，计算得到大气系统的平均短曝光传递函数，从而把大气湍流对检测结果的影响从综合成像系统中分离了出来。利用望远镜摄取大量目标源的短曝光像(斑点图)作为原始数据，通过分析这些含有望远镜衍射极限分辨率信息的斑点图，实现天文光学望远镜系统点扩展函数(PSF)中低频信息的重建，得到半峰全宽(FWHM)和80％的能量集中度(EE)。     

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.     

2013年上海天文台卫星激光测距观测报告

介绍了2013年度上海天文台卫星激光测距系统常规观测、系统改造及科研实验情况。应用多种高效率滤波技术、精确指向模型等手段,在国内同类型测距系统中首次实现了同步轨道卫星白天千赫兹重复率激光测距,测量能力达到国际先进水平。采用高稳定光子探测器及其温度控制等方法,提升了系统时延标定稳定性,测距资料质量得到改善。对使用多年的主副镜重新镀膜,提升了532 nm波长激光反射效率,同时兼顾了1064 nm工作波长,为开展1064 nm波长激光测距技术研究奠定了基础。基于已有基础,国内首次开展了高重复率空间碎片激光测量,实现了关键技术的突破,测量能力得到大幅提升。与1.56米天文望远镜建立了网络通信链路,实现了1.56米/60厘米双望远镜激光测距控制与数据传输,开展了多接收望远镜在提升空间目标激光测距能力方面的实验验证,促进了中国卫星激光测距技术发展与应用。     

Guidetech GT668SLR-1事件计时器在卫星激光测距中的应用研究

高重频卫星激光测距系统中,激光脉冲飞行时间通过事件计时器分别测量主波和回波时刻获得。为了采用更高重频且高精度的事件计时器,将Guidetech公司的GT668SLR-1事件计时器应用于中国科学院云南天文台的1.2 m望远镜激光测距系统,对其结构原理进行分析,并利用其测量由信号发生器产生的固定信号、地靶测距和卫星测距等试验,采集数据的处理结果达到激光测距精度要求,由此判定GT668SLR-1事件计时器可用做卫星激光测距系统的时间测量单元。     

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。     

高能的狂欢——TeV天体物理学

90世纪70年代初,美国亚利桑那州惠普（whipple）天文台的10米大气成像切伦科夫望远镜（图1）第一次探测到了来自蟹状星云曲TeV光子。十多年后,同一设备又队更高的置信度确认了之前的发现,由此宣告了TeV天体物理学的诞生。40年过去了,这一领域依旧朝气蓬勃,新的望远镜陆续藩成,新的辐射源依次浮出水面,天空在电磁渡落最矗姥段的面目也逐渐晨亍任了世人眼前。