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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

基于BP神经网络的FAST馈源舱融合测量预测研究

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天文学进展 2024年第3期42卷 519-528页

作者：卢朝茂李明辉宋本宁彭帅冯禹于东俊骆亚波贵州大学省部共建公共大数据国家重点实验室贵阳550025 中国科学院国家天文台北京100101 长沙理工大学长沙410114

500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope,FAST)的跟踪观测需要馈源的空间运动配合,馈源舱主要用于实现馈源的精调定位,因此馈源舱位置的高精度测量对FAST望远镜的高效运行意义重大。但当全站... 详细信息

500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope,FAST)的跟踪观测需要馈源的空间运动配合,馈源舱主要用于实现馈源的精调定位,因此馈源舱位置的高精度测量对FAST望远镜的高效运行意义重大。但当全站仪设备失效时,无法对采用Kalman算法的GPS/IMU融合测量结果进行修正,导致馈源舱测量精度下降。为了解决这个问题,设计了基于BP(back propagation)神经网络的预测模型,包括数据预处理、模型设计和模型训练验证。模型训练数据为FAST真实测量数据,数据量为40 GB左右。为了验证模型的泛化能力,选取三种运动轨迹数据对模型预测精度进行测试,结果显示,三种运动轨迹下精度都满足15 mm要求。

关键词： FAST 馈源舱融合测量预测数据预处理 BP神经网络时间序列

大口径阵列射电望远镜预选台址的电磁环境监测与分析

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电波科学学报 2024年第4期39卷 698-705页

作者：周迎晖李建斌高扬王芮朱芯雨于京龙刘鸿飞西南科技大学信息工程学院绵阳621000 中国科学院国家天文台北京100101 中国科学院大学北京100049 中山大学物理与天文学院天文系珠海519082

我国正在进行大口径单天线和阵列射电望远镜的建设和预研工作。为保障射电望远镜前期建设工作的开展,首先需要找到满足电磁环境要求的台址,本文使用搬移式电磁环境监测装备在广东省清远市阳山县杜步镇、水口镇等预选台址开展了电磁环境... 详细信息

我国正在进行大口径单天线和阵列射电望远镜的建设和预研工作。为保障射电望远镜前期建设工作的开展,首先需要找到满足电磁环境要求的台址,本文使用搬移式电磁环境监测装备在广东省清远市阳山县杜步镇、水口镇等预选台址开展了电磁环境监测,并对广州市白云区帽峰山开展对比测试,采用一种干扰阈值判断方法对电磁环境监测数据进行了分析。分析结果显示,位于清远市阳山县杜步镇附近的洼地射频干扰(radio frequency interference,RFI)数量少且强度弱,该洼地远离城市中心,经济活动少,周围群山环抱,具有良好的电磁隔离性,适合大口径单天线和阵列射电望远镜的建设。本文的数据分析结果可为大口径射电望远镜的选址提供依据。

关键词：射电望远镜台址选择电磁环境射频干扰(RFI) 数据分析

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一颗自由进动的磁星

科学通报 2024年第25期69卷 3675-3677页

作者：高勇 Gregory Desvignes 邵立晶 Max Planck Institute for Gravitational Physics(Albert Einstein Institute) Potsdam D-14476Germany Max Planck Institute for Radio Astronomy Bonn D-53121Germany 北京大学科维理天文与天体物理研究所北京100871 中国科学院国家天文台北京100012

磁星是一类具有强磁场和长自转周期的年轻中子星.这些天体极其致密,半径约为12 km,但质量却可达太阳的1~2倍.在已知的30颗磁星中,只有少数会偶尔产生射电辐射.磁星转动时,射电束像灯塔一样扫过天空,天文学家正是从这些规律的脉冲信号中... 详细信息

磁星是一类具有强磁场和长自转周期的年轻中子星.这些天体极其致密,半径约为12 km,但质量却可达太阳的1~2倍.在已知的30颗磁星中,只有少数会偶尔产生射电辐射.磁星转动时,射电束像灯塔一样扫过天空,天文学家正是从这些规律的脉冲信号中探索中子星的奥秘. 2018年末,磁星XTE J1810-197在经历了X射线爆发后再次产生射电辐射,结束了其长达十年的射电静默期.通过长时间、高频次的监测,我们在射电偏振信号中发现射电束相对于地球的倾角发生了显著变化,并且这种变化在几个月内逐渐消失^([1]).我们认为这种变化是由磁星的自由进动引起的,并提出了衰减的进动模型来解释这一观测现象.这一发现不仅帮助我们更深入地理解了磁星的内部结构和辐射几何,而且很可能排除了自由进动作为重复快速射电暴起源的理论模型.

关键词：射电辐射磁星中子星 X射线爆发脉冲信号强磁场理论模型高频次

太阳高能粒子强度与日冕物质抛射及其Ⅱ型射电暴的关系

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物理学报 2024年第7期73卷 368-381页

作者：严豪丁留贯封莉顾斌南京信息工程大学大气物理学院南京210044 无锡学院大气与遥感学院无锡214105 中国科学院紫金山天文台南京210008 南京信息工程大学物理与光电工程学院南京210044

本文选取了第24太阳活动周2010年1月至2014年9月期间的快速、大角宽日冕物质抛射(CME)事件,结合不同约束条件下Richardson(2014)太阳高能粒子(SEP)强度经验模型输出结果,分析了CME属性、先行CME(pre-CME)、Ⅱ型射电暴等观测特征对SEP强... 详细信息

本文选取了第24太阳活动周2010年1月至2014年9月期间的快速、大角宽日冕物质抛射(CME)事件,结合不同约束条件下Richardson(2014)太阳高能粒子(SEP)强度经验模型输出结果,分析了CME属性、先行CME(pre-CME)、Ⅱ型射电暴等观测特征对SEP强度的影响,探讨了SEP事件的产生及其强度与这些特征的关系.主要结论如下:1)快速CME前13 h内是否存在pre-CME对模型预测效果和快速CME是否产生SEP事件有明显影响,但pre-CME的数量对模型输出结果没有明显改善.2)相比于无Ⅱ型射电暴伴随的快速CME而言,伴随Ⅱ型射电暴的CME爆发产生SEP事件的误报占比明显更低(42%),以此为约束条件,可更加突显大SEP事件(如峰值≥0.01 pfu/Me V)的模型预测值与观测值的关联;如果考虑射电增强,则SEP事件的误报占比可进一步下降至29.4%,模型预测效果显著提升.3)Ⅱ型射电暴的起始频率和结束频率对误报占比的影响不大,以此作为条件约束对模型预测效果提升不明显.4)如考虑Ⅱ型射电暴的细分类型作为模型约束条件,伴随多波段Ⅱ型射电暴的CME比单一波段事件具有更好的模型预测效果,如m-DH-kmⅡ型射电暴事件,具有较低的误报占比(35.4%),准确率较高.研究结果显示,除了CME的速度和角宽参数外,pre-CME、Ⅱ型射电暴及其增强、多波段类型等特征作为CME产生SEP事件的约束条件,SEP预测强度与观测强度具有较好的一致性,可以获得较优的模型预测效果.这也进一步表明了伴随有pre-CME、多波段Ⅱ型射电暴及其增强的快速大角宽CME更容易产生SEP事件,这些特征可作为SEP-rich类CME的辨别信号.

关键词：太阳高能粒子日冕物质抛射 Ⅱ型射电暴

基于BiLSTM-Attention的F_(10.7)指数预测模型与中国自主数据集的应用

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空间科学学报 2024年第2期44卷 251-261页

作者：闫帅楠李雪宝董亮黄文耿王晶闫鹏朝娄恒瑞黄徐胜李哲郑艳芳江苏科技大学镇江212003 中国科学院云南天文台昆明650216 中国科学院国家空间科学中心北京100190 北方信息控制研究院集团有限公司南京211153

F_(10.7)指数是太阳活动的重要指标,准确预测F_(10.7)指数有助于预防和缓解太阳活动对无线电通信、导航和卫星通信等领域的影响.基于F_(10.7)射电流量的特性,在双向长短时记忆网络(Bidirectional Long Short-Term Memory Network,BiLSTM... 详细信息

F_(10.7)指数是太阳活动的重要指标,准确预测F_(10.7)指数有助于预防和缓解太阳活动对无线电通信、导航和卫星通信等领域的影响.基于F_(10.7)射电流量的特性,在双向长短时记忆网络(Bidirectional Long Short-Term Memory Network,BiLSTM)基础上融入注意力机制(Attention),提出了一种基于BiLSTM-Attention的F_(10.7)预报模型.在加拿大DRAO数据集上其平均绝对误差(MAE)为5.38,平均绝对百分比误差(MAPE)控制在5%以内,相关系数(R)高达0.987,与其他RNN模型相比拥有优越的预测性能.针对中国廊坊L&S望远镜观测的F_(10.7)数据集,提出了一种转换平均校准(Conversion Average Calibration,CAC)方法进行数据预处理,处理后的数据与DRAO数据集具有较高的相关性.基于该数据集对比分析了RNN系列模型的预报效果,实验结果表明,BiLSTM-Attention和BiLSTM两种模型在预测F_(10.7)指数方面具有较好的优势,表现出较好的预测性能和稳定性.

关键词： F_(10.7)预报双向长短时记忆网络注意力机制 L&S数据集

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快速射电暴观测数据干扰缓解方法研究

天文学报 2024年第2期65卷 121-131页

作者：刘艳玲陈卯蒸袁建平李健闫浩翟楠楠中国科学院新疆天文台乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049 新疆微波技术重点实验室乌鲁木齐830011

从海量的天文观测数据中快速搜寻罕见的快速射电暴(Fast Radio Burst,FRB)事件,干扰缓解是其中一项关键而具有挑战的工作.射频干扰(Radio Frequency Interference,RFI)会淹没真实的天文事件,还会导致搜寻管线输出大量的假阳性候选体.由... 详细信息

从海量的天文观测数据中快速搜寻罕见的快速射电暴(Fast Radio Burst,FRB)事件,干扰缓解是其中一项关键而具有挑战的工作.射频干扰(Radio Frequency Interference,RFI)会淹没真实的天文事件,还会导致搜寻管线输出大量的假阳性候选体.由于干扰来源及其种类的复杂性,目前并没有一种通用的方法可以解决这个问题.为了降低干扰对FRB观测搜寻的影响,分析和研究了南山26m射电望远镜L波段观测数据中的干扰情况,针对主要的窄带干扰和宽带干扰建立了3层次的干扰缓解处理流程,从而有效缓解了观测数据的干扰污染情况.将该流程嵌入到FRB色散动态谱搜寻(Dispersed Dynamic Spectra Search,DDSS)管线中,实验结果表明,搜寻管线的检测率和检测精度得到了进一步的提高.该方法为FRB观测数据干扰缓解处理提供了有价值的参考.

关键词：射电连续谱:暂现源射频干扰方法:数据分析

FAST馈源舱-索塔耦联体系风雨振响应研究

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工程力学 2024年

作者：付兴张鸿志李宏男李庆伟大连理工大学建设工程学院中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司中国科学院国家天文台

500 m口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，简称FAST）的馈源舱位于140 m的高空，易受风荷载和雨荷载的影响，过大风雨振响应将会影响其正常运行。本文首先建立了精细化的馈源舱-索塔耦联体系... 详细信息

500 m口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，简称FAST）的馈源舱位于140 m的高空，易受风荷载和雨荷载的影响，过大风雨振响应将会影响其正常运行。本文首先建立了精细化的馈源舱-索塔耦联体系有限元模型，开展模态分析，结果显示其基频很小且模态密集；馈源舱模型精细化程度对结构自振频率有较大影响。随后模拟风雨荷载时程，研究体系各构件风雨荷载中雨荷载的占比情况，发现考虑降雨后，整体荷载增幅显著，其中馈源舱所受荷载的增幅最大。最后计算了馈源舱-索塔耦联体系在风雨作用下的动力响应，结果表明：雨荷载对馈源舱结构位移响应的影响很大；雨荷载对结构总应力的影响较小；考虑降雨后，最大工作风速显著降低，且满足二次精调平台的最大工作风速均小于FAST设计工作风速(4 m/s)，馈源舱的正常工作受到较大影响。

关键词： FAST 风雨振响应雨荷载模态参数动力分析

大型射电望远镜日照热误差及其补偿的仿真研究

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工程科学与技术 2024年第1期56卷 245-255页

作者：雷震宁亮陈浩祥赵武林项斌斌李东伟长安大学工程机械学院陕西西安710006 中国电子科技集团公司第三十九研究所陕西西安710016 中国科学院新疆天文台新疆乌鲁木齐830011

射电望远镜广泛应用于射电天文、测控导航等领域,随着其工作频率的升高、口径的增大,日照引起的结构热变形对其性能的影响愈发严重;本文针对待建的新疆110 m口径射电望远镜,建立了其日照热力耦合模型,分析了天线在不同时刻、风速及姿态... 详细信息

射电望远镜广泛应用于射电天文、测控导航等领域,随着其工作频率的升高、口径的增大,日照引起的结构热变形对其性能的影响愈发严重;本文针对待建的新疆110 m口径射电望远镜,建立了其日照热力耦合模型,分析了天线在不同时刻、风速及姿态下的温度、变形情况,总结了结构日照温度场、变形场的时空分布特征,最后采用最佳吻合抛物面方法对反射面精度进行了评价,并通过副反射面位置补偿量的变化趋势揭示了天线热变形的共性规律及机理。结果表明:对于日照引起的天线热变形误差,风速越大,结构温度分布越均匀,其越接近等温膨胀变形,反射面形状精度越高;温差引起的结构不均匀变形是反射面精度下降的主要原因,温差越大结构的不均匀变形越大,反射面的形状精度越低;同一姿态不同风速下反射面热误差空间分布具有相似性,该分布与太阳直射点位置直接相关,且会跟随直射点位置发生变化,但由于日照强度、风速等因素的不同,其变形幅度不同。各种姿态下反射面精度变化规律相似,与风速的相关性均为反射面精度随风速上升而提高;采用副反射面位置补偿技术可明显缓解日照热误差影响。本文的分析方法与结论对大口径全可动射电望远镜的设计建造及其热误差控制具有一定参考价值。

关键词：射电望远镜日照热误差热变形反射面精度热误差补偿