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射电宁静天空保护进展

电波科学学报 2024年第4期39卷 595-601页

作者：张海燕中国科学院国家天文台北京100101 射电天文与技术重点实验室北京100101 河北省射电天文技术重点实验室石家庄050081

射电天文业务(radio astronomy service,RAS)通过探测来自宇宙的无线电信号开展天文研究。由于射电望远镜的高灵敏度,极易受到来自望远镜本身的电磁辐射,及移动通信业务和卫星业务等主动无线电业务射频干扰(radio frequency interferenc... 详细信息

射电天文业务(radio astronomy service,RAS)通过探测来自宇宙的无线电信号开展天文研究。由于射电望远镜的高灵敏度,极易受到来自望远镜本身的电磁辐射,及移动通信业务和卫星业务等主动无线电业务射频干扰(radio frequency interference,RFI)的影响,因此保护射电宁静天空是支撑射电天文观测研究取得科学成果的重要基础。近期,国内射电天文设施发展迅速,如500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)已取得众多突出成果,新疆奇台110 m射电望远镜正在建设等。与此同时,主动无线电业务的快速增加,导致国内射电望远镜无线电环境逐渐恶化。为保护RAS所需的射电宁静天空,国内开展了相关的技术研究,并采取了频谱管理措施,如射电望远镜电磁兼容(electromagnetic compatibility,EMC)技术研发、评估RAS与主动无线电业务的兼容性、在射电望远镜周边设立电磁波宁静区(radio quiet zone,RQZ)、参与国际与国内频谱管理协调等,本文进行了总结陈述。这些工作,有效地保护了国内射电望远镜周边的电磁环境。

关键词：射电天文业务(RAS) 射频干扰(RFI) 干扰消减频谱管理电磁环境保护

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一种基于元学习的大口径射电望远镜俯仰轴承故障辨识方法研究

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天文学报 2024年第3期65卷 82-91页

作者：朱金浩许谦薛飞何飞龙梁娟许多祥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 中国科学院射电天文重点实验室乌鲁木齐830011 新疆射电天体物理重点实验室乌鲁木齐830011

在经过长期运行后大口径射电望远镜俯仰轴会出现微小扭曲,滚动轴承作为承载俯仰轴的核心部件,也会因长期承受交变载荷增加疲劳风险,导致轴承寿命以及望远镜指向精度的下降,极大影响望远镜的性能.以俯仰轴承为研究对象,开展故障辨识方法... 详细信息

在经过长期运行后大口径射电望远镜俯仰轴会出现微小扭曲,滚动轴承作为承载俯仰轴的核心部件,也会因长期承受交变载荷增加疲劳风险,导致轴承寿命以及望远镜指向精度的下降,极大影响望远镜的性能.以俯仰轴承为研究对象,开展故障辨识方法研究,可为望远镜天线的高性能运行提供重要支撑.为实现在有限数据和复杂工作条件下准确地辨识俯仰轴承故障,提出了一种小样本条件下基于元学习的故障辨识方法(Few-shot Meta-learning Fault Identification, FMFI).首先将不同工况下的原始信号转换为时频图像数据,之后按照元学习协议将数据样本随机采样到不同的学习任务中.在有限样本的条件下, FMFI可以通过训练任务中的样本信息获取通用的先验知识,在未知的测试任务下实现准确快速的故障辨识.选取了与望远镜俯仰轴承工况具有相似性的变负载轴承数据集进行实验,实验结果表明, FMFI方法具有很高的准确性和可靠性,为大口径射电望远镜俯仰轴承的主动运维和高质量服役提供了有力的技术支持.

关键词：望远镜仪器:俯仰轴承方法:数据分析方法:模式识别

早期阶段大质量团块中的HCN、HNC、HCO^(+)和CN化学性质研究

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天文学报 2024年第4期65卷 113-134页

作者：李宏杰何玉新周建军加尔肯·叶生别克周冬冬新疆大学物理科学与技术学院乌鲁木齐830046 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京210023 新疆射电天体物理重点实验室乌鲁木齐830011

选择67个相对孤立的大质量恒星形成团块,使用4种分子谱线(HCN(1-0)、HNC(1-0)、HCO^(+)(1-0)和CN(1-0),括号中的1-0代表分子从转动能级1跃迁到转动能级0)和红外波段数据,研究它们的整体化学性质.通过对源的积分强度、柱密度、分子丰度... 详细信息

选择67个相对孤立的大质量恒星形成团块,使用4种分子谱线(HCN(1-0)、HNC(1-0)、HCO^(+)(1-0)和CN(1-0),括号中的1-0代表分子从转动能级1跃迁到转动能级0)和红外波段数据,研究它们的整体化学性质.通过对源的积分强度、柱密度、分子丰度和丰度比在不同演化阶段的统计,发现大质量恒星形成团块CN(1-0)、HCO^(+)(1-0)、HCN(1-0)和HNC(1-0)的积分强度和柱密度中值随着演化阶段的增加都呈现增加趋势,这与理论预期相符.然而单一分子进行的柱密度和丰度统计结果存在较大的误差,用以示踪的演化阶段有很大的局限性.I(CN)/I(HNC)、I(CN)/I(HCN)和I(HCN)/I(HCO^(+))的积分强度比随演化阶段递增(I代表分子的积分强度),是潜在的用来示踪大质量恒星形成团块演化的探针;N(CN)/N(H2)、N(HNC)/N(H2)和N(HCN)/N(HCO^(+))的中值随演化阶段单调递增(N代表分子的柱密度),有希望作为示踪大质量恒星演化的化学探针.需要注意的是由于研究工作观测数据的限制,不能获得各分子的光学厚度,受光学厚度影响得不到可靠的柱密度,从而得不到可靠的丰度,最终影响对丰度比化学时钟的检验.

关键词：星际介质:分子星际介质:丰度恒星:形成星际介质:谱线与谱带

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

基于数值模拟的大口径高精度射电望远镜台址风障优化设计研究

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天文学报 2024年第2期65卷 15-27页

作者：何飞龙许谦王娜李琳黄释怡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 中国科学院射电天文重点实验室乌鲁木齐830011 新疆射电天体物理重点实验室乌鲁木齐830011 新疆大学物理科学与技术学院乌鲁木齐830046 西华师范大学物理与天文学院南充637002

随着射电望远镜口径增大、观测频率提高,对其指向精度的要求也越来越高.然而,望远镜服役于野外台站,台址风扰对天线指向精度的影响在高频段观测时已不能忽略.由于风扰的时变性,现有的抗风方法无法保障大口径高指向精度望远镜在高频段的... 详细信息

随着射电望远镜口径增大、观测频率提高,对其指向精度的要求也越来越高.然而,望远镜服役于野外台站,台址风扰对天线指向精度的影响在高频段观测时已不能忽略.由于风扰的时变性,现有的抗风方法无法保障大口径高指向精度望远镜在高频段的有效观测时长.因此,提出了一种基于风障精确布置改善台址风环境的方法.通过数值模拟构建了风障仿真模型,并将仿真结果与风洞实测数据比较,两种孔隙率风障的平均误差分别为3.7%和6.1%,保证了风障模型的可靠性.以新疆奇台射电望远镜(QiTai radio Telescope,QTT)台址为例,基于QTT台址斜坡地形构建了计算域模型,开展单风障不同高度、不同孔隙率的系列风场仿真试验,得到了风障参量与下游挡风效果的关系.基于单风障合理高度和最优孔隙率设置南北风障,仿真结果表明在确定高度下最优孔隙率可以组合,孔隙率0.1-0.1组合的风障挡风效果最优,南方向来风在天线区域可以有效降低75%以上的风速.

关键词：望远镜方法:数值台址风障风场调控

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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

PSR J1701-3726脉冲消零现象研究

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天文学报 2024年第5期65卷 103-109页

作者：蔡沿庆李清莹田杰李威党世军尚伦华许鑫支启军吴家超贵州师范大学物理与电子科学学院贵阳550025 贵州省射电天文数据处理重点实验室贵阳550025

利用Parkes 64 m射电望远镜在中心频率为1369 MHz的观测数据,分析了PSR J1701-3726的脉冲消零现象,发现这颗星的脉冲消零现象存在准周期性,准周期值约为81.25P,其中P为PSR J1701-3726的自旋周期,并计算出脉冲消零比(Nulling Fraction,NF... 详细信息

利用Parkes 64 m射电望远镜在中心频率为1369 MHz的观测数据,分析了PSR J1701-3726的脉冲消零现象,发现这颗星的脉冲消零现象存在准周期性,准周期值约为81.25P,其中P为PSR J1701-3726的自旋周期,并计算出脉冲消零比(Nulling Fraction,NF)为27%±0.97%.进一步研究单脉冲在脉冲辐射窗口区域的相对能量随时间的变化关系,发现在消零态和爆发态之间存在a、b、c、d共4种不同的切换模式,其中,a模式出现23次,b模式出现6次,c模式出现5次,d模式出现79次,表明状态转换可能存在一定的随机性.

关键词：脉冲星:个别:PSR J1701-3726 脉冲消零方法:数据分析

面向FAST的卫星电磁干扰监测技术研究与实现

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电波科学学报 2024年第4期39卷 665-672,768页

作者：王钰黄仕杰胡浩张海燕之江实验室天文计算研究中心杭州311100 中国科学院国家天文台北京100101 中国科学院FAST重点实验室北京100101 河北省射电天文技术重点实验室石家庄050081

来自人造卫星的信号是射电天文观测面临的主要射频干扰(radio frequency interference,RFI)之一,这些RFI会将天文信号掩埋,为天文信号的搜寻和分析带来困扰。为了缓减卫星对天文观测的影响,我们在之前的工作中为500 m口径球面射电望远镜... 详细信息

来自人造卫星的信号是射电天文观测面临的主要射频干扰(radio frequency interference,RFI)之一,这些RFI会将天文信号掩埋,为天文信号的搜寻和分析带来困扰。为了缓减卫星对天文观测的影响,我们在之前的工作中为500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)开发了卫星电磁干扰监测软件,主要包括卫星数据库、观测模块和监测模块。近年来随着多个巨型卫星星座的规划发射以及望远镜观测模式的增多,卫星对射电天文观测的影响更为复杂,已有的软件已经不能满足实际的需要。为此,本文在单个卫星干扰分析的基础上提出了卫星星座的干扰评估方法,并对已有监测软件进行了升级,升级后卫星数据库覆盖更多的在轨卫星及星座信息且能够自动化更新,观测模块能够支持更多种观测模式下的卫星过境预测和干扰评估。在实际天文观测中,通过接在FAST接收机上的频谱仪数据对软件的干扰预测结果进行了实验验证,结果证明升级后的软件能够在多种观测模式下预测可能威胁的卫星以及对应的过境时间,为望远镜观测规划的调整、卫星干扰的规避和接收系统的保护提供重要的支撑。

关键词：射电天文 FAST 射频干扰卫星干扰评估

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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