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超宽带脉冲星信号采集与处理架构设计及功能验证

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第1期54卷 85-97页

作者：裴鑫李健段雪峰张海龙中国科学院新疆天文台乌鲁木齐830011 新疆微波技术重点实验室乌鲁木齐830011

采用超宽带观测系统对于提升脉冲星到达时间精度具有显著效果,但超宽带接收系统所产生的超高速数据流对终端系统的实时传输、分发和处理形成了较大挑战.本文以QTT规划的S波段超宽带接收系统为对象,采用先进的射频信号直接采集和混合架... 详细信息

采用超宽带观测系统对于提升脉冲星到达时间精度具有显著效果,但超宽带接收系统所产生的超高速数据流对终端系统的实时传输、分发和处理形成了较大挑战.本文以QTT规划的S波段超宽带接收系统为对象,采用先进的射频信号直接采集和混合架构多功能天文计算模型设计了脉冲星信号采集与处理系统架构.采用一块RFSoC平台将宽带模拟信号分为2个模拟子带进行采集,然后信道化为多个数字子带并通过2个100 Gb网络端口分发至多个HPC处理节点进行实时处理,可实现3 GHz宽带信号的同步采集和多功能处理,系统架构简洁、可扩展性强.对射频信号分段采集、100 Gb网络多路分发、VDIF数据格式封装等功能进行了测试,并开展了单子带脉冲星观测实验.

关键词：数字终端超宽带脉冲星高精度计时射频直接采样

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3 m法电波暗室测量平台及其应用

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第1期54卷 159-168页

作者：刘奇蔡明辉刘晔王玥陈卯蒸王娜苏晓明董晓玉马凌中国科学院新疆天文台乌鲁木齐830011 新疆微波技术重点实验室乌鲁木齐830011

围绕奇台110 m射电望远镜电磁兼容测量及电磁防护设计需求,建构了3 m法电波暗室测量平台,为大型射电望远镜电磁兼容性设计及其性能测量验证提供重要的数据支撑和技术支持.首先,阐述了3 m法电波暗室测量平台的组成、测量系统及相关设备... 详细信息

围绕奇台110 m射电望远镜电磁兼容测量及电磁防护设计需求,建构了3 m法电波暗室测量平台,为大型射电望远镜电磁兼容性设计及其性能测量验证提供重要的数据支撑和技术支持.首先,阐述了3 m法电波暗室测量平台的组成、测量系统及相关设备性能参数、测量系统链路配置、测量方法等,具备屏蔽效能测试、辐射发射测量和辐射抗扰度测量能力,并分析了采用GJB 151B和GB/T 9254标准开展辐射发射测量结果的差异性.在此基础上,给出了该测量平台的实际应用考虑及应用实例,为国内大型射电望远镜电磁兼容设计提供重要技术支撑.

关键词： 3 m法电波暗室电磁兼容测量系统辐射发射测量

镱原子超精细诱导5d6s^(3)D_(1,3)→6s^(2)^(1)S_(0)E2跃迁及超精细常数的精确计算

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物理学报 2024年第9期73卷 58-69页

作者：赵国栋曹进梁婷冯敏卢本全常宏中国科学院国家授时中心西安710600 时间基准及应用重点实验室西安710600 中国科学院大学天文与空间科学学院北京101408 合肥国家实验室合肥230026

在镱原子中,利用5d6s^(3)D_(1)→6s^(2)^(1)S_(0)跃迁探索宇称破缺效应已经得到了深入的研究.但是5d6s^(3)D_(1)态与基态6s^(2)^(1)S_(0)之间的M1跃迁和超精细诱导E2跃迁很大程度上影响了宇称破缺信号的探测.因此,很有必要精确计算5d6s^... 详细信息

在镱原子中,利用5d6s^(3)D_(1)→6s^(2)^(1)S_(0)跃迁探索宇称破缺效应已经得到了深入的研究.但是5d6s^(3)D_(1)态与基态6s^(2)^(1)S_(0)之间的M1跃迁和超精细诱导E2跃迁很大程度上影响了宇称破缺信号的探测.因此,很有必要精确计算5d6s^(3)D_(1)态与基态6s^(2)^(1)S_(0)之间的M1跃迁和超精细诱导E2跃迁的跃迁概率.本文利用多组态Dirac-Hartree-Fock理论精确计算了5d6s^(3)D_(1)→6s^(2)^(1)S_(0) M1跃迁和超精细诱导5d6s^(3)D_(1),3→6s^(2)^(1)S_(0) E2跃迁的跃迁概率.计算时详细分析了电子关联效应对跃迁概率的影响.此外,还分析了不同微扰态和不同超精细相互作用对跃迁概率的影响.本文计算的^(3)D_(1,2,3)和^(1)D_(2)态的超精细常数与实验测量结果符合得很好,从而证明了本文所用计算模型的合理性.结合实验测量的超精细常数和本文理论计算所得的核外电子在原子核处的电场梯度,重新评估了^(173)Yb原子核电四极矩Q=2.89(5)b,评估结果与目前被推荐的结果符合得很好.

关键词：超精细诱导跃迁镱原子超精细常数多组态Dirac-Hartree-Fock方法

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龙虾眼X射线光学器件的曲率半径统计规律

光学学报 2024年第13期44卷 316-323页

作者：张彬张臣黎龙辉戴妍峰贾振卿凌志兴姜博文张双南中国科学院国家天文台空间天文与技术重点实验室北京100012 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049 北方夜视技术股份有限公司江苏南京211106 北方夜视科技(南京)研究院有限公司江苏南京211106 中国科学院高能物理研究所粒子天体物理重点实验室北京100049

Angel型龙虾眼微孔光学(MPO)器件的独特之处在于其具备出色的4π立体角聚焦能力和最优的有效面积-质量比之一。其需要经过球面热成型处理,形成曲率半径球面,确保器件上百万量级反射X射线的微通道指向会聚于曲率中心一半位置处。因此MPO... 详细信息

Angel型龙虾眼微孔光学(MPO)器件的独特之处在于其具备出色的4π立体角聚焦能力和最优的有效面积-质量比之一。其需要经过球面热成型处理,形成曲率半径球面,确保器件上百万量级反射X射线的微通道指向会聚于曲率中心一半位置处。因此MPO器件的X射线及光学性能与器件的曲率半径息息相关。本文对空间先导专项二期项目爱因斯坦探针宽视场望远镜所使用的468片MPO器件的曲率半径,分别采用X射线束流测试装置和自准直望远镜进行了测试,并分析了其统计特性。分析结果表明,在镜片热弯过程中,X射线球面曲率半径大于光学曲率半径,其差值存在两个峰值,分别为0.68%和1.52%。这表明X射线曲率半径和光学曲率半径存在不一致性;MPO器件的X射线曲率半径存在不均匀性,全片平均X射线曲率半径和镜片中心指向曲率半径相差0.50%。这表明后续需要进一步研究热成型相关工艺,提高球面的成型精度。

关键词：龙虾眼微孔光学器件 X射线光学统计学曲率半径

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月球空间天气探测与研究进展

深空探测学报（中英文） 2024年第2期11卷 159-168页

作者：罗冰显张贤国孙天然白先勇韦飞林瑞淋李磊张珅毅孔令高王馨悦谢良海彭松武唐斌斌张颖洁徐秋予冷双冯鹏远苏杨甘为群封莉田晖陈林杰颜毅华宋永亮刘四清邓元勇空间天气学国家重点实验室北京100190 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室北京100190 中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100049 天基空间环境探测北京市重点实验室北京100190 中国科学院国家天文台北京100101 中国科学院紫金山天文台南京210023 北京大学地空学院北京100871

稳定的天体地质构造、与地球合适的距离、无稠密大气和全球磁场,使得月球成为日地月空间天气监测和研究的天然优良实验室。回顾了国内外月球空间天气探测和研究进展,梳理了月球空间天气关键科学问题及预报应用问题,提出了建立月球空间... 详细信息

稳定的天体地质构造、与地球合适的距离、无稠密大气和全球磁场,使得月球成为日地月空间天气监测和研究的天然优良实验室。回顾了国内外月球空间天气探测和研究进展,梳理了月球空间天气关键科学问题及预报应用问题,提出了建立月球空间天气监测站的构想,明确了监测站具体科学目标,并介绍了监测站三大系统构成及相互关系,包括监测系统、科学研究系统以及建模与预报系统。建立月球空间天气监测站对研究太阳爆发活动、日地月耦合关系以及月球局地环境的变化具有重要的科学意义,也有利于促进月球空间天气建模和预报技术的发展,提升未来月球科研探索任务空间环境保障能力。

关键词：月球空间天气月球空间天气探测和研究月球空间天气监测站月球空间天气预报

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月球南极尘埃等离子体环境特性

物理学报 2024年第15期73卷 133-140页

作者：李梦谣夏清蔡明辉杨涛许亮亮贾鑫禹韩建伟中国科学院国家空间科学中心空间天气国家重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049

由于缺少大气和全球性磁场的保护,空间等离子体环境可直接作用于月球表面的月壤层,月壤中较小粒径的月尘带电后会在月面附近形成复杂的尘埃等离子体环境,影响探月任务的顺利实施.针对月球南极尘埃等离子体环境,本文利用SPIS(spacecraft ... 详细信息

由于缺少大气和全球性磁场的保护,空间等离子体环境可直接作用于月球表面的月壤层,月壤中较小粒径的月尘带电后会在月面附近形成复杂的尘埃等离子体环境,影响探月任务的顺利实施.针对月球南极尘埃等离子体环境,本文利用SPIS(spacecraft plasma interactions software)软件,仿真研究了月球南极0—200 m高度范围的等离子体和月尘的空间分布情况及月面充电特性,揭示了月面附近尘埃等离子体环境特征及悬浮在月面附近的带电月尘对等离子体环境的影响.仿真结果与Apollo探测数据和Popel团队的理论数据吻合.研究结果:表明空间电位随着高度升高而增加,月球南极附近0—10 m电位约为–40 V,在100 m处空间电位约为–20 V;在10 m以下高度范围内月尘密度为10^(7.22)—10^(4.66) m^(–3);月表附近尘埃等离子体中的电子密度为10^(5.47) m^(–3),离子密度为10^(6.07) m–3,并随着高度升高而增大;带电月尘会影响月尘的空间分布,主要是通过影响空间电场的分布,进而导致电子分布差异,对离子的影响不大.

关键词：月球南极尘埃等离子体环境 SPIS 仿真月面电位分布

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光学图像中空间物体条痕检测方法综述

天文学进展 2024年第3期42卷 473-493页

作者：王磊张晓明王建峰曾显群谢海闻姜晓军中国科学院国家天文台光学天文重点实验室北京100101 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站长春130117

空间物体在光学图像中常常表现为拖长的条纹形状,即条痕,条痕的准确检测对空间物体的识别与测量具有重要意义。近年来,许多研究人员对空间物体条痕的检测方法进行研究,取得了丰硕的成果。随着空间物体探测能力的提高,暗弱条痕的检测在... 详细信息

空间物体在光学图像中常常表现为拖长的条纹形状,即条痕,条痕的准确检测对空间物体的识别与测量具有重要意义。近年来,许多研究人员对空间物体条痕的检测方法进行研究,取得了丰硕的成果。随着空间物体探测能力的提高,暗弱条痕的检测在空间物体精确探测中变得越发重要。对当前光学图像中空间物体条痕检测方法的主要原理和步骤进行了综述,根据不同方法的特点进行了分类和总结,并选择了四种不同类别的代表性单帧图像空间物体条痕检测算法,利用模拟图像和实测图像对这四种方法进行了实验对比,根据实验结果分析了各方法的优缺点,最后对光学图像中的条痕检测方法的未来发展方向进行了展望。

关键词：图像处理空间物体光学图像条痕检测

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基于文献分析脉冲星搜寻及应用研究进展

天文学进展 2024年第1期42卷 167-186页

作者：宋祎宁陈卯蒸刘志勇中国科学院新疆天文台乌鲁木齐830011 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049 中国科学院射电天文重点实验室南京210033

脉冲星在天体演化、物理学、计时、深空自主导航、引力波探测等领域均有重要的学术和应用价值,脉冲星搜寻及其应用也成为了当前天文界热点研究之一。为了更好地探究脉冲星搜寻及其应用领域的研究现状和未来发展趋势,在Web of Science(W... 详细信息

脉冲星在天体演化、物理学、计时、深空自主导航、引力波探测等领域均有重要的学术和应用价值,脉冲星搜寻及其应用也成为了当前天文界热点研究之一。为了更好地探究脉冲星搜寻及其应用领域的研究现状和未来发展趋势,在Web of Science(WOS)数据库筛选出有关脉冲星搜寻及应用的964篇文献,在阅读核心文献的基础上,采用数据分析和可视化方法进行深入探讨。结果表明,脉冲星搜寻及应用领域的研究经历了初始探索阶段和稳健发展阶段,目前进入蓬勃增长阶段。该领域各国之间密切合作,形成了三大主要的研究群体。脉冲星搜寻及其应用研究在未来将产生如直接探测引力波、深空自主导航等重要科研价值和实际应用结果,将进一步丰富和多元化脉冲星的研究领域。

关键词：脉冲星脉冲星搜寻数据分析可视化知识图谱

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实时电磁环境监测系统设计与实现

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第1期54卷 129-138页

作者：刘奇杜清清王玥董晓玉马凌王娜蔡明辉苏晓明中国科学院新疆天文台乌鲁木齐830011 新疆微波技术重点实验室乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049

随着数字技术的发展,瞬态信号对射电天文观测的影响越来越大,围绕瞬态信号测量需求,开展实时电磁环境监测技术研究与工程应用极其必要.首先,本文依托射电天文台址实际测量需求,给出了电磁环境监测系统硬件构架设计方案.其次,依据信号分... 详细信息

随着数字技术的发展,瞬态信号对射电天文观测的影响越来越大,围绕瞬态信号测量需求,开展实时电磁环境监测技术研究与工程应用极其必要.首先,本文依托射电天文台址实际测量需求,给出了电磁环境监测系统硬件构架设计方案.其次,依据信号分析仪参数配置与测量时间、测量不确定度的关系,给出了实时电磁环境监测测量时间配置方法;并采用数据压缩、多线程并行处理、环形缓存区设计等技术方法实现高速数据传输,提高了测量系统的可靠性.最后,开发了系统测量软件及基于Web的频谱监视软件,实现电磁环境实时测量与监视,应用于QTT(QiTai Radio Telescope)台址,为台址瞬态信号特征分析与干扰缓解策略的制定提供数据支撑.

关键词：射电望远镜电磁环境实时监测软件