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基于漂移扫描CCD技术的南极时域天文观测阵原型机的设计与实现

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第8期54卷 111-123页

作者：祝杰周丹郑立新曹建军药新雨陈国平于涌葛健唐正宏潘翔杨臣威姜鹏中国科学院上海天文台上海200030 中国极地研究中心上海200136

大视场快速巡天是时域天文学研究的重要观测手段,南极地区每年数月连续黑夜使其成为短时标时域天文学观测的理想台址.在南极工作的光学望远镜需要应对极低气温、无人值守、供电和网络传输受限等严峻挑战.针对上述情况,设计并研制了基于... 详细信息

大视场快速巡天是时域天文学研究的重要观测手段,南极地区每年数月连续黑夜使其成为短时标时域天文学观测的理想台址.在南极工作的光学望远镜需要应对极低气温、无人值守、供电和网络传输受限等严峻挑战.针对上述情况,设计并研制了基于漂移扫描CCD技术的南极时域天文观测阵原型机,其基本思路是:(1)在大视场光学望远镜上安装具有漂移扫描功能的CCD相机,无需驱动机构也能探测到暗弱天体,系统可靠性高;(2)将整个光学望远镜系统和控制处理计算机放置在一个有封窗玻璃和加热设备的可控温圆顶内,系统无需耐低温元器件,建造成本低;(3)在本地进行图像预处理,只将处理结果通过网络发回国内,无需高速网络;(4)利用CCD相机和计算机工作时的散热作为辅助加热措施,能源利用率接近100%,系统功耗较低.2022年10月,口径18 cm的原型机跟随中国第39次南极科考船前往南极中山站,在南极低温环境下已稳定可靠运行大半年,即使面对南极中山站恶劣天气环境(本观测季最低气温-37.3℃,最高风速38.6 m/s),原型机运行稳定,像质优异,体现了漂移扫描CCD技术在极地天文观测领域应用的巨大优势.原型机的试验观测结果为后续在南极建设时域天文观测阵奠定了坚实基础.

关键词：南极时域天文学 CCD漂移扫描技术可控温圆顶远程控制

一种基于压缩感知框架的射电天文图像复原算法

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第8期54卷 84-99页

作者：张讯郭绍光朱人杰李纪云徐志骏卢范深中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院大学北京100049 中国科学院射电天文与技术重点实验室北京100101

射电天文图像去卷积是射电天文学中的一项关键数据处理技术,其主要目标是去除天空图像中由天文观测仪器引入的效应,从而复原原始的天空图像.射电望远镜阵列采用稀疏干涉阵列,成像原理与光学望远镜有所不同.如果UV空间中的采样点不足够密... 详细信息

射电天文图像去卷积是射电天文学中的一项关键数据处理技术,其主要目标是去除天空图像中由天文观测仪器引入的效应,从而复原原始的天空图像.射电望远镜阵列采用稀疏干涉阵列,成像原理与光学望远镜有所不同.如果UV空间中的采样点不足够密集,将会导致在图像重建时无法获得足够高分辨率的信息,传统的射电天文图像重建算法未能根本解决UV空间欠采样的问题.本文基于压缩感知理论框架,并结合射电天文图像稀疏性的先验知识,研究了一种新的射电天文图像去卷积算法,该算法将脏图的去卷积过程转化为一个旨在求解全局最小化的凸优化问题,即基于IUWT-CS的射电干涉图像重建算法.为了评估该算法的重建性能,研究使用了射电天文学仿真软件包OSKAR对SKA1-low射电望远镜阵列进行模拟观测,并对观测得到的点源和扩展射电源进行了去卷积处理.实验结果表明,与HOGBOM-CLEAN,MS-CLEAN和IUWT-FISTA方法相比,IUWT-CS方法显著提高了射电图像的重建质量,实现了更加精细的去噪和复原效果.

关键词：图像去卷积压缩感知稀疏表示图像重构

大口径天线主反射面面形快速摄影测量方法研究

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第1期54卷 65-74页

作者：古丽加依娜·哈再孜汗王娜许谦薛飞中国科学院新疆天文台乌鲁木齐830011 中国科学院射电天文重点实验室南京210033 新疆射电天体物理重点实验室乌鲁木齐830011

本文针对110 m口径全可动射电望远镜(QiTai Radio Telescope, QTT)全工况下主反射面面形快速高精度测量问题提出了一种基于图像传感器的快速摄影测量方法.该方法将天线主反射面分成16个测量单元,通过每个测量单元的不同焦距的两台相机... 详细信息

本文针对110 m口径全可动射电望远镜(QiTai Radio Telescope, QTT)全工况下主反射面面形快速高精度测量问题提出了一种基于图像传感器的快速摄影测量方法.该方法将天线主反射面分成16个测量单元,通过每个测量单元的不同焦距的两台相机测量反射面上固定靶标点的像素偏移量,并根据像素偏移量与天线反射面法向偏差之间的关系计算出反射面的变形量.通过优化确定了每个测量单元靶标点的数目,分析了面形测量精度影响因素,确定了每个测量单元上不同焦距的两个相机的安装位置和焦距等关键参数.该方法可以提高测量效率和精度,为大口径天线反射面快速测量提供了一种新的解决方案.

关键词： QTT 大口径射电望远镜面形测量摄影测量

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山体对于宇宙低频总功率实验的影响

天文学进展 2024年第3期42卷 529-550页

作者：沈廷燕余赟顾俊骅黄滟郭铨贵州师范大学贵阳550001 中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院国家天文台北京100080

该文主要分析实验天线所在周围山体对低频全天总功率实验提取中性氢21cm信号的影响。基于涵盖山体的高度、倾斜角、山体的组成成分及其一致性和山体到天线的距离等多种因素的模型,利用基于矩量法的混合数值模拟算法对山体影响进行一系... 详细信息

该文主要分析实验天线所在周围山体对低频全天总功率实验提取中性氢21cm信号的影响。基于涵盖山体的高度、倾斜角、山体的组成成分及其一致性和山体到天线的距离等多种因素的模型,利用基于矩量法的混合数值模拟算法对山体影响进行一系列的电磁场传播的模拟计算,并进一步分析这些因素对天线增益和中性氢信号提取的影响。研究结果表明,山体的特征,包括其高度、与观测点的距离、倾斜角、构成材质和表面成分的一致性,不仅对天线的增益产生影响,而且会对后续中性氢信号的多项式拟合提取产生影响。当山体相对于天线的视角越小,则对天线增益的影响越小;山体错落排列比规则环状山体对天线增益扰动更大。而对于再电离信号的提取,各向异性的山体成分和山体错落排列都会影响多项式前景扣除的精度,进而干扰再电离信号的提取。

关键词：天线增益山体特征低频总功率信号

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南极冰穹A的天文台址测量进展

极地研究 2024年第1期36卷 1-11页

作者：商朝晖胡义中国科学院国家天文台北京100101

越来越多的观测证据表明,昆仑站所在的冰穹A地区在光学、红外和太赫兹等波段都有着地面最佳的天文观测条件。它具有优异的自由大气视宁度,极低的可沉降水汽含量,非常暗的夜天光背景,以及连续数月的极夜可观测时间等。通过对最近17年的... 详细信息

越来越多的观测证据表明,昆仑站所在的冰穹A地区在光学、红外和太赫兹等波段都有着地面最佳的天文观测条件。它具有优异的自由大气视宁度,极低的可沉降水汽含量,非常暗的夜天光背景,以及连续数月的极夜可观测时间等。通过对最近17年的工作总结,着重介绍冰穹A全面的台址测量工作,并展示测量结果以及最新的进展。

关键词：天文选址光学红外冰穹A

FY-3D卫星姿轨误差标校及对定位影响研究

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第2期49卷 256-263页

作者：鲁文强胡秀清黄勇高旭东赵兴隆中国科学院上海天文台上海200030 国家卫星气象中心北京100081 中国科学院大学北京100049 上海卫星工程研究所上海201109 中国空间技术研究院北京100094

卫星轨道及姿态误差是影响图像地理定位精度的关键因素,以风云三号D星(Fengyun-3D,FY-3D)中分辨率光谱成像仪(medium resolution spectral imager,MERSI)为例分析了轨道及姿态实测数据,分析结果表明,FY-3D轨道及姿态均存在多种因素导致... 详细信息

卫星轨道及姿态误差是影响图像地理定位精度的关键因素,以风云三号D星(Fengyun-3D,FY-3D)中分辨率光谱成像仪(medium resolution spectral imager,MERSI)为例分析了轨道及姿态实测数据,分析结果表明,FY-3D轨道及姿态均存在多种因素导致的误差,为确定该误差来源,利用卫星搭载的全球卫星导航系统掩星探测仪高精度星历对星上姿态数据全链条计算进行分析,确定姿态误差来源于星上算法存在误差,提出订正优化方案并分析其可行性,进而利用订正后的姿态及轨道数据进行图像地理定位。实测结果表明,MERSI的1 km图像地理定位精度在沿轨和跨轨方向均提升了约20%,达到亚像元级,分析结果表明,通过标校姿轨误差以提高定位精度的方法行之有效。

关键词：风云三号D星图像地理定位全球卫星导航系统掩星探测仪轨道精度姿态精度

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银河系双星团及星团群研究进展

天文学进展 2024年第2期42卷 187-202页

作者：单星美刘桂梅钟靖林清上海天文馆(上海科技馆分馆) 上海201306 中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院大学北京100049

疏散星团是研究恒星形成和演化理论的理想实验室,然而星团的形成模式仍是一个基本但未解决的问题。为了深入探讨星团的形成与演化模式,首先需要从观测上证认出具有物理联系的双星团或星团群系统。开展双星团及星团群性质的研究可以为深... 详细信息

疏散星团是研究恒星形成和演化理论的理想实验室,然而星团的形成模式仍是一个基本但未解决的问题。为了深入探讨星团的形成与演化模式,首先需要从观测上证认出具有物理联系的双星团或星团群系统。开展双星团及星团群性质的研究可以为深入理解恒星等级成团形成的模式提供重要线索;此外,双星团与星团群为研究同一片分子云中星团的形成与演化模式提供了绝佳的机会,并有助于理解星团和母分子云在形态及运动学特性之间的联系。从双星团及星团群的样本甄选和形成机制等出发,简单介绍银河系双星团及星团群的研究历史,着重讨论了Gaia时代该领域的研究近况。

关键词：疏散星团双星团银河系

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大型射电望远镜主反射面调整方法研究

天文学报 2024年第2期65卷 42-52页

作者：孙正雄王锦清虞林峰张志斌王广利中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院射电天文重点实验室南京210023 上海市空间导航与定位技术重点实验室上海200030 中国科学院大学北京100049

随着毫米波天文学和空间通信的重要性日益提高,对天线性能提出了越来越高的要求,而天线性能往往受到其反射器表面精度的限制.微波全息技术是一种快速有效的检测反射面天线表面轮廓的测量技术.通过微波全息测量得到天线口径场,计算天马65... 详细信息

随着毫米波天文学和空间通信的重要性日益提高,对天线性能提出了越来越高的要求,而天线性能往往受到其反射器表面精度的限制.微波全息技术是一种快速有效的检测反射面天线表面轮廓的测量技术.通过微波全息测量得到天线口径场,计算天马65m射电望远镜反射面与理想抛物面的偏差.天马65m射电望远镜的主反射面板是放射状的,有14圈.面板的每个角都固定在面板下方促动器的螺栓上进行上下移动,且相邻面板交点处的拐角共用一个促动器.采用平面拟合的方法可以计算各块面板拐角处的调整值,但是同一个促动器会得到4个不同的调整量.通过平面拟合,同时以天线照明函数为权重的平差计算方法得到相邻面板拐角的一个平差值,即天马65m射电望远镜1104个促动器的最佳调整值.通过多次调整和新算法的应用,天马65m射电望远镜反射面的面形精度逐渐提高到了0.24mm.

关键词：望远镜:射电,面形误差,天线效率方法:微波全息,数据分析

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射电望远镜基于座架温度的热致指向误差建模

天文学进展 2024年第1期42卷 149-159页

作者：涂标付丽王锦清王旭周磊刘庆会重庆交通大学土木工程学院重庆400074 中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院射电天文重点实验室南京210008

温度是影响高频大型射电望远镜性能的关键因素之一。以天马望远镜(TMRT)为例,研究了座架节点温度与天线指向之间的关系,提出了基于节点温度的指向误差修正模型构建方法。将指向误差视为座架节点温度的线性组合,以节点的温度灵敏度作为... 详细信息

温度是影响高频大型射电望远镜性能的关键因素之一。以天马望远镜(TMRT)为例,研究了座架节点温度与天线指向之间的关系,提出了基于节点温度的指向误差修正模型构建方法。将指向误差视为座架节点温度的线性组合,以节点的温度灵敏度作为特征条件优化自变量的个数,将北极附近源2344+8226的指向测试结果作为样本集,与自变量简化前后的温度模型的效果进行对比。同时,这两种温度模型也进行了有限元分析验证,模型计算和有限元分析结果都与样本集相吻合。为了验证模型的通用性,对比分析了模型简化前后在4个季度的表现,结果表明简化后的温度模型预测效果更佳。建立的基于节点温度的指向误差修正模型的快速计算结果,也为座架热致指向误差实时修正提供数据支持。

关键词：射电望远镜温度传感器指向误差温度模型