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  • 一种用于空间VLBI的射电源条纹搜索算法

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2022-06-28 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:

    我国探月工程嫦娥七号将构建由中继星上4.1m口径抛物面天线及地基射电望远镜组成的首个月地空间甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry, VLBI)试验系统。不同于地基甚长基线干涉测量望远镜,受中继星轨道扰动和设备时延影响,射电源预报时延模型和实际时延有时可能会有较大差异,导致无法引导VLBI相关处理机正常工作,需要通过射电源条纹搜索方法寻找实际时延模型才能解决这一问题。由于4.1m空间天线口径较小,接收信号能力弱。为提高信噪比,需要长时间积分,而线性时延模型无法保证长时间的时延精度。针对这一问题,提出了一种用于空间甚长基线干涉测量的射电源条纹搜索算法,首先通过建立时延和时延率的二维搜索网格,使用每个网格点对应的先验时延和时延率构建线性时延模型;再使用该线性时延模型对原始数据分时段相关处理;然后采用二维傅里叶变换搜索残余时延和时延率,确定最大的相关幅度值对应的网格点;最后使用该网格点的先验时延和时延率以及残余时延和时延率重构二次项时延模型。通过对RadioAstron空间甚长基线干涉测量的地空基线实际数据处理,验证了该射电源条纹搜索算法的正确性。

  • 一种用于空间VLBI的射电源条纹搜索算法

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2022-06-24 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:

    我国探月工程嫦娥七号将构建由中继星上4.1m口径抛物面天线及地基射电望远镜组成的首个月地空间VLBI试验系统。不同于地基VLBI望远镜,受中继星轨道扰动和设备时延影响,射电源预报时延模型和实际时延有时可能会有较大差异,导致无法引导VLBI相关处理机正常工作,需要通过射电源条纹搜索方法寻找实际时延模型才能解决这一问题。由于4.1m空间天线口径较小,接收信号能力弱。为提高信噪比,需要长时间积分,而线性时延模型无法保证长时间的时延精度。针对这一问题,本文提出了一种用于空间VLBI的射电源条纹搜索算法,首先通过建立时延和时延率的二维搜索网格,使用每个网格点对应的先验时延和时延率构建线性时延模型;再使用该线性时延模型对原始数据分时段相关处理;然后采用二维傅里叶变换搜索残余时延和时延率,确定最大的相关幅度值对应的网格点;最后使用该网格点的先验时延和时延率以及残余时延和时延率重构二次项时延模型。通过对RadioAstron空间VLBI的地空基线实际数据处理,验证了该射电源条纹搜索算法的正确性。

  • 通过PCAL信号定标绝对链路时延方法及应用

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2022-01-14 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:

    甚长基线干涉测量(VLBI)通过相位校准(PCAL)信号来校准链路时延。但现有系统的PCAL信号只能获取链路时延的相对变化。而面对UT1精准测量、台站钟差补偿、维护诊断和提升未来深空探测精度等需求,天线链路的绝对时延定标至关重要。在天线链路中,由于存在变频器等器件,绝对时延测量较为困难。本文利用梳状谱相位随频率线性变化的特点,提出了一种不需要参考变频器,采用PCAL信号定标绝对链路群时延的方法。同时,本文设计了一款用于台站快速诊断和绝对时延定标的轻量级PCAL提取软件,该软件目前已在实际调试工作中应用。

  • GEO 卫星的 VLBI 快速高精度定位观测

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2021-09-29 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:卫星对地观测及导航定位的快速发展对地球同步轨道(Geostationary Earth Orbit, GEO)卫星的定轨精度有了米级甚至更高的需求。本文研究利用甚长基线干涉(Very Long Baseline Interferometry, VLBI)时延数据进行GEO卫星快速定位的方法。首先对VLBI时延进行理论精度分析,然后利用中国VLBI网进行GEO卫星观测试验及数据相关处理,最后利用短时VLBI时延数据完成对GEO卫星的定位计算。针对时延中存在与测站和基线相关的异常值问题,本文提出了相应的检测校正方法。数据经校正后重新处理,得VLBI残余时延测量精度约0.16ns,等效于约0.58米的卫星横向位置误差。本文的研究可用于GEO卫星的快速高精度定位及轨道快速恢复。

  • W波段宽带正交模耦合器设计

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2021-03-30 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:W波段接收机系统能有效接收多条射电天文观测重要分子谱线信息,对于天文观测和科学研究有重要意义。W波段正交模耦合器(Ortho-mode Transducer)作为接收机系统实现极化分离的关键器件,其性能对接收机整体性能有重要影响。本文介绍了一款基于Boifot结构的W波段宽带正交模耦合器,并介绍了OMT的工作原理和设计流程。仿真结果表明,在70-116GHz频带内,OMT相对带宽达到49.4%,回波损耗优于-18.7dB,交叉极化优于-55.8dB,端口隔离度优于-54dB。

  • 基于多重网格的射电源条纹搜索算法研究

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2020-04-26 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要: 空间VLBI是未来重要的发展方向,但其观测系统和轨道等不稳定因素会导致VLBI相关处理机所需的预报时延模型与实际时延相差较大,在这种情况下很难获得干涉条纹。本文提出了基于多重网格的射电源条纹搜索算法,可以在不使用时延模型的情况下,使相关处理机在较大范围内从原始数据中自动完成搜索干涉条纹。利用滑动窗口技术提高搜索范围,多重网格技术提高搜索效率。实测数据表明,该算法在能够不依赖先验预报时延模型的情况下成功获得VLBI射电源干涉条纹。

  • 星载氢原子钟用多段线圈式C场的仿真及应用

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2020-04-20 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要: 星载氢原子钟具有频率稳定度高、频率漂移率低的优点,在卫星导航定位和频率计量中得到了广泛应用。星载氢原子钟的腔泡系统用于实现氢原子的量子跃迁及其信号采集,原子跃迁信号幅度直接决定了系统信噪比,进而影响整机性能指标,所以腔泡系统是星载氢原子钟的核心组件。目前,星载氢原子钟腔泡系统主要采用直螺线管来产生原子跃迁所需的C场。由于星载氢原子钟物理部分的结构限制,直螺线管的磁场均匀度有进一步提高的空间。探讨使用多段线圈代替直螺线管用于产生C场的可行性。首先对多段线圈产生的磁场进行理论分析计算,同时使用ANSYS电磁场仿真软件对多段线圈的各项参数进行仿真和优化,包括各段长度、段数、间距以及匝数、内径和总长度等。然后优选磁场均匀度较好的线圈配置参数,可将C场的非均匀度由直螺线管约10%降低到多段线圈约1%。根据仿真优化结果建立了试验九段线圈,对比测试了原子跃迁信号增益,同时结合电路部分进行了闭环测试,对频率稳定度指标进行了对比。实验结果表明,原子跃迁信号可有效提升,阿伦方差在中短稳(1S-1000S)能表现更好。此项工作为星载氢原子钟整机性能指标的进一步提升打下了基础。

  • 基于机器学习方法的氢原子钟故障诊断研究

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2020-01-06 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:氢原子钟作为一种精密的授时守时仪器,在科学研究与工程应用中发挥着重要作用,但目前我国原子钟还存在设备故障、可靠性差等问题。为了简化技术人员排查流程、提升维修效率,文章提出了一种采用机器学习方法,将氢钟历史运行数据作为训练样本,结合DBSCAN及人工神经网络算法得到氢钟诊断模型,从而大幅简化故障排查过程的方法。实验中将训练好的模型部署到嵌入式设备上,并把实时预判结果给技术人员作为参考,证实了这种方法的可行性及有效性。

  • 中国虚拟天文台的核心功能需求调查分析

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2019-07-30 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:经过十余年的不断建设和发展,中国虚拟天文台(China-VO)已成为支撑天文学观测、研究、教学的重要技术和资源平台。随着多信使天文学和时域天文学时代的到来,虚拟天文台也需要升级自身的核心能力,以给天文工作者提供更精准的服务和技术支撑。为此,中国虚拟天文台团队结合天文学的发展方向和信息技术发展趋势梳理了一份核心技术需求清单,并以问卷的形式针对领域内专家和用户开展了调研。通过对调研结果的统计和分析,中国虚拟天文台明确了未来一段时期的主要努力方向和目标,计划采用平台化的开发模式,并开放第三方开发接口,以吸引更多感兴趣的开发者基于虚拟天文台资源做出实用的工具,更好地实现资源与技术向服务的快速转换。

  • 2-18GHz 超宽带低噪声放大器芯片研制

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2019-03-25 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:低噪声放大器在射电天文望远镜接收机中是一个重要的前端组件,其性能对接收机的 灵敏度和噪声有着至关重要的影响。本文采用 OMMIC 公司 70nm GaAs mHEMT 工艺研究 和设计了一款工作频率为 2-18GHz 的超宽带单片微波集成低噪声放大器芯片,芯片面积为 2 mm×1mm。放大器电路采用三级级联放大、双电源供电拓扑结构,常温在片测试结果显示, 全频带增益大于 28dB,噪声温度平均值为 93K,直流功耗 150mW,无条件稳定。该放大器 芯片覆盖了射电天文 S、C、X、Ku 四个传统观测波段,适用于厘米波段超宽带接收前端和 毫米波段超宽带中频放大模块。

  • 新疆天文台南山站DBBC2数字终端系统的建立

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2018-05-17 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:

    随着计算机数字技术的高速发展,甚长基线干涉仪测量(Very Long Baseline Interferometry, VLBI)所需的关键观测终端设备基带转换器(Base Band Converter, BBC)已从模拟系统(Analog BBC, ABBC)发展为数字系统(Digital BBC, DBBC)。 相对于模拟系统,数字系统具有很高的灵活性,并能成倍地提高VLBI观测带宽,进而能满足各种高灵敏度的VLBI观测需求。考虑到这些技术优势,以及新疆天文台南山站在国内和国际VLBI网中的重要作用,南山站2016年对VLBI终端系统进行了升级,引进了一套意大利Hat-Lab公司研发的DBBC2终端。介绍了欧洲DBBC2系统的主要构成模块和工作原理以及系统的组装、连接、配置、校准和调试方法。在对系统硬件和软件进行全面的检测和测试后,与国内和国际的主要台站开展了联合观测,并多次成功获得相关干涉条纹。这一系列的成功观测表明, 南山DBBC2系统已成功安装,并具有很高的可靠性。应用新的DBBC2系统,南山站可参与2/4Gbps的记录速率的宽带VLBI观测,极其有助于天文学家对宇宙中更暗弱的射电源开展毫角秒分辨率的成图观测。

  • 天马望远镜K波段双模环型滤波器的研究

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2018-05-15 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:低插入损耗、边带陡峭的带枝节的双模弯曲方环形带通滤波器,用于射电天文K波段(18-26.5GHz)多波束接收机的小型化集成下变频系统。该滤波器采用正交直连馈线,获得低插入损耗,再加载调谐枝节构成一个边带陡峭的宽带滤波器。从测量结果可知:单环滤波器的3dB带宽为42.8%,在17.4GHz-26.9GHz频带内的回波损耗小于-20dB,插入损耗为-1.05dB。15.1GHz-16GHz和28.1GHz-28.9GHz的阻带抑制度大于35dB;双环滤波器的3dB带宽为39.8%,在17.7GHz-26.5GHz频带内的回波损耗小于-14dB,插入损耗为-1.27dB。12.8GHz-15.3GHz和27.9GHz-30.6GHz的阻带抑制度大于35dB。两个滤波器的测试结果和仿真结果吻合度很高。

  • 基于宽光谱条纹对比度的菲索型光干涉望远镜共相检测与控制方法

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2018-05-15 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:菲索型光干涉望远镜得到高分辨率成像的关键是需要消除各子镜之间相位平移误差。宽光谱条纹对比度检测法是一种检测相位平移误差的有效办法。基于物理光学基本原理,论证了平移误差与系统点扩展函数的关系,进而仿真了共相远场条纹像,分析了共相检测与控制过程和数据预处理的方法,提出了加权对比度的算法和共相维持的方法,最终得到了共相远场像,并与仿真结果进行了对比。结果表明,实验与仿真的共相远场像能量分布形态以及数值都比较接近,该方法可以实现对子镜之间相位平移误差的检测与控制。