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基于轨道间最小距离的空间环境指数

系统工程与电子技术 2024年

作者：武恩惠刘静杨旭中国科学院大学国家航天局空间碎片监测与应用中心中国科学院国家天文台

空间环境指数是描述空间碎片对空间环境的长期影响的量化评估指数。用该指数可以对比分析某空间物体的在轨运行是否对其他物体乃至整体环境产生较大威胁。文章对现有典型空间碎片环境指数及其建模方法进行了分析和比较，并针对过去模型... 详细信息

空间环境指数是描述空间碎片对空间环境的长期影响的量化评估指数。用该指数可以对比分析某空间物体的在轨运行是否对其他物体乃至整体环境产生较大威胁。文章对现有典型空间碎片环境指数及其建模方法进行了分析和比较，并针对过去模型中平均碰撞风险的计算方法的不足，提出了一种新的空间环境指数模型，即基于轨道间最小距离的空间环境指数(moid-based space index， MBSI)。该指数综合空间碎片的质量、有效截面积等因素，并基于轨道间最小距离(minimum orbital intersection distance， MOID)考虑碰撞风险。计算了近地轨道(low earth orbit， LEO)区域中不同空间物体的MBSI指数，并与已有的RN指数、CSI指数的结果进行了比对和分析。

关键词：空间碎片轨道间最小距离碰撞风险空间环境指数

合成孔径雷达在深空探测任务中的应用与发展趋势

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天文学进展 2024年第2期42卷 240-256页

作者：薛喜平苏彦李海英戴舜孔德庆朱新颖中国科学院国家天文台北京100101 中国科学院月球与深空探测重点实验室北京100012

合成孔径雷达以飞机、卫星等运动物体为载体,具备全天候、全天时观测能力,俨然成为一种高效的遥感探测手段,在深空探测、军事侦察、地形测绘、灾害监测、农林生长监测和洋流观测等众多领域广泛应用。对几个国外深空探测器携带的SAR系统... 详细信息

合成孔径雷达以飞机、卫星等运动物体为载体,具备全天候、全天时观测能力,俨然成为一种高效的遥感探测手段,在深空探测、军事侦察、地形测绘、灾害监测、农林生长监测和洋流观测等众多领域广泛应用。对几个国外深空探测器携带的SAR系统的技术状态、科学目标和探测成果进行了梳理,并作出了相应的比较分析,希望能够对中国未来深空探测任务提供一定的帮助。同时,对未来深空探测星载SAR发展趋势进行分析,星载SAR逐渐向着高分辨率、多参数、多模式、多基成像和轻量化等多方面发展,终将在更丰富的应用领域中发挥重要的作用。

关键词：深空探测合成孔径雷达高分辨率多模式

天线近场球面扫描面形测量技术及相关问题研究

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第1期54卷 50-64页

作者：叶骞王博阳杨德金孟国香王娜上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院新疆天文台乌鲁木齐830011 重庆交通大学土木工程学院重庆400074

本文提出了一种通过扫描天线近场半球表面电场强度来获取天线面形分布的新方法,该方法无需测量相位、扫描面积小、可实现全姿态测量.研究将微分几何理论与几何光学方法相结合,推导出了球面近场幅值分布与表面变形间直接映射关系的解析形... 详细信息

本文提出了一种通过扫描天线近场半球表面电场强度来获取天线面形分布的新方法,该方法无需测量相位、扫描面积小、可实现全姿态测量.研究将微分几何理论与几何光学方法相结合,推导出了球面近场幅值分布与表面变形间直接映射关系的解析形式-幅值变形方程,并基于有限差分法和傅里叶变换法对方程进行求解,使用几何光学数值仿真证明了幅值变形方程的准确性和测量方法的有效性.结合本文提出的扫描机构设计从扫描分辨率限制、探头定位误差和测量信噪比等角度分析验证了测量方案的可行性,并重点使用基于物理光学和物理绕射理论的数值仿真模拟了整体测量精度.此外引入奇异值分解去噪方法降低了低信噪比对测量精度的影响.

关键词：射电望远镜天线几何光学数学过程

射电天文台址区域化干扰电平阈值量化及其应用

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第1期54卷 150-158页

作者：蔡明辉刘奇董晓玉马凌王娜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

为高效分析与评估台址周边辐射源对天文观测的影响,本文提出一种台址区域化干扰电平阈值量化方法.建立台址地形模型并进行网格划分,采用高效网格检索算法实现台址区域任意位置(网格)至望远镜的相对地形数据提取.在此基础上,选取适应于... 详细信息

为高效分析与评估台址周边辐射源对天文观测的影响,本文提出一种台址区域化干扰电平阈值量化方法.建立台址地形模型并进行网格划分,采用高效网格检索算法实现台址区域任意位置(网格)至望远镜的相对地形数据提取.在此基础上,选取适应于台址地形特征的电波传播算法,计算台址区域任意位置至望远镜的电波传播损耗,依据望远镜馈源口面干扰电平限值及旁瓣增益,实现台址区域干扰电平阈值量化,并应用于QTT台址,为射电望远镜电磁兼容性设计、台址无线电管理、干扰缓解策略提供重要技术支撑.

关键词：射电天文区域网格干扰电平阈值

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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

基于PE-TDPO的110 m射电望远镜远-近场耦合计算方法

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第1期54卷 139-149页

作者：刘萌瑶邹棋肖培彭涣欢李高升刘奇湖南大学电气与信息工程学院长沙410082 中国科学院新疆天文台乌鲁木齐830011

正在新疆奇台建设的110 m全向可动射电望远镜是一个可以接受微弱射电信号的天文设备,台址周围较大范围内存在着数量众多的干扰源会影响其观测精度与效率.本文提出了一种基于抛物方程和时域物理光学法(Parabolic Equation and Time Domai... 详细信息

正在新疆奇台建设的110 m全向可动射电望远镜是一个可以接受微弱射电信号的天文设备,台址周围较大范围内存在着数量众多的干扰源会影响其观测精度与效率.本文提出了一种基于抛物方程和时域物理光学法(Parabolic Equation and Time Domain Physical Optics, PE-TDPO)的混合计算方法,以110 m全向可动射电望远镜为研究对象,对台址附近大区域内干扰源信号的传播过程进行建模.在较大地理尺度上对干扰信号从台址远场至近场的电磁耦合特性进行了综合评估,为大型射电望远镜电磁干扰问题处理提供理论依据.本文以通信基站作为典型干扰源,基于数字地图建立射电望远镜台址周围的高精度地形模型,采用抛物方程对干扰信号的远场电波传播进行分析,得到从干扰源处至射电望远镜处的信号传播的路径损耗和传播因子;其次将PE方法计算得出的远场电场值代入TDPO的积分中,得到干扰信号在射电望远镜焦点处的近场耦合特性;最后讨论了远场干扰源特性对射电望远镜的远-近场耦合的影响.

关键词：射电望远镜抛物方程时域物理光学法远-近场耦合

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

基于对称性时域近场物理光学法的大口径抛物面电磁散射特性分析

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第1期54卷 119-128页

作者：邹棋肖培彭涣欢刘萌瑶李高升刘奇湖南大学电气与信息工程学院长沙410082 中国科学院新疆天文台乌鲁木齐830011

射电望远镜具有极高的灵敏性,干扰信号经由大口径抛物面结构反射后会对观测系统产生较大影响,其电磁兼容分析是一个不容忽视的研究问题.针对大口径抛物面近场耦合分析面临的电大尺寸问题,本文提出了一种基于空间对称性的时域近场物理光... 详细信息

射电望远镜具有极高的灵敏性,干扰信号经由大口径抛物面结构反射后会对观测系统产生较大影响,其电磁兼容分析是一个不容忽视的研究问题.针对大口径抛物面近场耦合分析面临的电大尺寸问题,本文提出了一种基于空间对称性的时域近场物理光学法,解决了大口径抛物面近场电磁散射计算问题.阐述了物理光学近似法建立抛物面近场电磁散射模型的原理,利用局部格林函数近似法简化了计算过程,采用高斯数值积分方法进行面元积分,得到了焦点处近场散射场强.在此基础上,结合抛物面结构和应用场景,提出了基于空间对称性的高效计算方法.最后基于矩形金属板和小口径抛物面模型验证了算法的准确性和高效性,并对25 m大口径抛物面天线近场散射特性进行了计算分析.本文提出的基于对称性时域近场物理光学法为大型射电望远镜近场耦合分析提供了一种技术途径.

关键词：时域近场物理光学法大口径抛物面近场计算电磁散射

台址内部设备瞬态干扰引起的110 m射电望远镜近场耦合计算方法

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第1期54卷 108-118页

作者：彭涣欢邹棋肖培刘萌瑶蔡明辉刘奇李高升湖南大学电气与信息工程学院长沙410082 中国科学院新疆天文台乌鲁木齐830011

射电望远镜具有高灵敏度和高分辨率的特性,台址内部微弱的电磁干扰会影响其工作状态,增加天文观测难度.本文针对110 m射电望远镜台址内部瞬态辐射干扰引起的近场耦合问题,提出了一种基于偶极子近似和时域物理光学的混合计算方法.首先对... 详细信息

射电望远镜具有高灵敏度和高分辨率的特性,台址内部微弱的电磁干扰会影响其工作状态,增加天文观测难度.本文针对110 m射电望远镜台址内部瞬态辐射干扰引起的近场耦合问题,提出了一种基于偶极子近似和时域物理光学的混合计算方法.首先对台址内部设备瞬态干扰源进行分析,利用偶极子天线理论对近场辐射源进行分析与建模,结合时域物理光学法分析并计算了台址内部干扰源对射电望远镜天线口径面近场的电磁耦合特性,最后结合Feko全波算法验证本文方法的有效性.本文方法为110 m射电望远镜台址内部辐射干扰对天文观测的影响分析提供了理论支撑.

关键词：射电望远镜瞬态干扰近场耦合物理光学法