超广角切伦科夫望远镜原理样机数据获取系统研制

文章介绍了超广角切伦科夫望远镜原理样机数据获取系统设计方案和初步测试结果。望远镜原理样机数据获取系统采用NIM(Nuclear Instrumentation Module)标准插件+SCD(Switched Capacitor Digitizer)并行阵列形式,该系统具有高灵敏度、低噪声、快速触发(30ns)、快速存储等优点。西藏羊八井观测站测试结果显示,该套数据获取系统成功观测到宇宙线事例,能够满足望远镜和闪烁体阵列,符合观测宇宙线的设计需求。     

基于TLE数据的空间目标EDR分类及观测需求计算

根据能量耗散率（EDR）的定义及空间目标的大气阻力摄动加速度公式,推导出一种由卫星两行根数（TLE）数据计算空间目标EDR的方法. 该方法无需计算空间目标弹道系数和大气模型,EDR计算误差可在1%以下,并且运算量极小. 此外,通过空间目标相对轨道的协方差矩阵描述空间目标的定轨精度,并结合扩展卡尔曼滤波方程,提出一种计算平面轨道下不同EDR空间目标的定轨精度-观测需求曲线的方法. 仿真验证了EDR计算方法的有效性,并给出了雷达对不同EDR分类的目标观测时对应的定轨精度-观测需求曲线. 结果表明当观测稀疏时,目标轨道预报误差正比于EDR,而观测较多时,会有观测饱和现象.      

高轨空间碎片图像定心算法的比较

数字图像定心算法的使用对天体测量的最终精度有着重要的影响.高轨空间碎片的光学观测中,受观测方法影响,目标星像存在较严重的退化,影响了星像质心的计算.针对常用的四种图像定心算法:修正矩方法、一维Gauss拟合、二维Gauss拟合和中值法,利用空间碎片的实测图像进行了实验.通过比较天文定位结果与精密星历参考值,分析了不同方法的计算精度,以及不同阈值对结果的影响.实验表明,对于高轨空间碎片的退化星像,中值法计算的赤经位置精度最好,其余三种方法计算的赤纬精度较高,对于Gauss方法,无阈值能获得比较好的计算精度.     

300 mm折射望远镜跟踪精度和极轴指向的实测研究

利用广东省高校天文观测与技术重点实验室的300 mm折射望远镜,作者分别对亮星轩辕十四和天狼星进行了长时间的跟踪观测,通过CCD采集图像数据并进行数据分析,得到了该望远镜的跟踪精度和极轴指向.结果显示,2013年该望远镜极轴指向和2010年的指向有明显变化,但仍保持着较高的跟踪精度,平均每分钟星象漂移量略小于0.4”.文章的方法可用于望远镜极轴的校准.     

太阳米粒组织目标特性对望远镜相关跟踪系统的影响

研究太阳目标特性对太阳望远镜相关跟踪图像稳定系统的影响,采用Hinode太阳光学望远镜的观测数据,对以2min为时间间隔采样的5幅太阳米粒组织图像进行相关计算.针对国家天文台正在研制的空间太阳望远镜(SST)主光学望远镜(MOT)相关跟踪图像稳定系统,分析了太阳米粒组织随时间衍化对相关跟踪系统图像移动计算精度的影响以及米粒组织动态变化对望远镜曝光时间的影响.仿真结果表明,更换参考图像时间不能大于2min,并且在保证算法实时性的情况下,选用参考图像的尺寸与相关跟踪系统定位精度成正比.     

南京大学65 cm天文望远镜指向精度的修正研究

天望远镜的准确指向是正常观测的重要保障，也是望远镜系统本身的一项重要测试指标，南京大学天系65cm望远镜的成像OCD的视场较小，实际观测时，指向精度不高，待测天体的像往往不在视场内，为了修正南京大学天系65cm望远镜的指向精度，2004年7月-8月，对该望远镜的指向精度进行了测量并通过指向误差函数进行了指向精度的修正，首先建立指向误差修正模型，通过对不同天区恒星的观测可得到该望远镜在相应方位的观测指向误差值，将观测值和理论模型拟合，从而得到指向误差修正函数．建立南京大学65cm望远镜的指向误差修正模型，然后对其观测的指向误差值进行拟合，最后用拟合函数对观测进行指向修正，结果表明，通过指向误差函数对指向误差进行修正，提高了该望远镜系统的指向精度，目前，不仅可以使观测的星象能在CCD视场内，而且改正后的指向精度略优于1′，在修正前望远镜系统的指向精度RMS(均方差值)是117″，修正后望远镜系统的指向精度RMS(均方差值)提高到38″。     

一种分布式阵列无模糊波达方向估计方法

为解决分布式阵列应用常规算法估计波达方向(DOA)时出现的角度模糊问题,提出一种基于压缩感知(CS)理论的无模糊DOA估计方法.利用新方法对分布式阵列的接收信号分别通过直接采样和随机矩阵两种压缩采样方式进行二次采样,将接收信号转换为CS理论所需的随机观测数据,并利用CS重构算法将目标DOA信息从观测数据中高概率、无模糊地获取.将新方法与多重信号分类法(MUSIC)和旋转不变子空间算法(ESPRIT)等经典常规DOA估计算法的运算量进行了详细对比,指出新方法的运算量更小.通过与现有分布式DOA估计方法的仿真实验对比,验证了新方法的有效性,并分析分布式阵列接收阵元数的改变对新方法 DOA估计精度的影响.     

TeV耀变体

地面切仑科夫望远镜阵列(IACTs)与空间费米大面积望远镜(Fermi-LAT)的协同观测,推动了耀变体高能辐射的研究,特别在耀变体的宽线区结构(BLR)、喷流的物质组成、粒子加速、辐射过程、以及高能宇宙射线起源等方面取得新进展.同时,耀变体产生的TeV伽马射线和极高能粒子在传播过程中会与河外背景光(EBL)、微波背景(CMB)及星际磁场(IGMF)发生作用,可以用TeV耀变体研究河外背景光及星际磁场的强度,以及它对宇宙学的影响.本文中,我们简要介绍了TeV耀变体的观测设备、统计性质和相关的研究进展等内容.     

利用默奇森大视场阵列旁瓣探寻北天脉冲星

探索新的方法对发现和观测脉冲星具有重要意义.本文利用澳大利亚的默奇森大视场阵列望远镜MWA(Murchison Wide-field Array)中心频率185 MHz的观测数据进行脉冲星搜寻,探测到了两颗高纬度北天脉冲星,经分析认定为J0332+5434和J2219+4754.它们位于MWA主波束视场以外赤纬30°以北,而落在MWA非相干波束的北天旁瓣.虽然射电望远镜旁瓣的灵敏度远低于主瓣,但大多数脉冲星的低频流量更高,因而仍然可以利用低频望远镜旁瓣对它们进行搜寻与观测.本文将对低频脉冲星的搜索流程和结果进行阐述,并讨论利用MWA射电望远镜旁瓣进一步搜寻和观测北天脉冲星的可能性.通过对已知射电脉冲星的统计和MWA探测灵敏度的模拟,预计有30颗已知北天脉冲星可以在MWA旁瓣中被探测到.此工作是未来使用SKA低频阵列搜寻北天脉冲星的有益探索.     

中国大型射电望远镜在引力波探测方面的潜在突破

中国已经建设、正在建设和将要建设成更多的射电望远镜,本文着眼于讨论这些望远镜在引力波直接探测方面的潜在突破.其中,基于最新的脉冲星噪声参数和望远镜设计指标,计算了使用不同射电望远镜以及他们的组合开展脉冲星测时观测的技术能力,在此基础上进一步计算并讨论了利用这些望远镜开展脉冲星测时阵列的可能性及其引力波探测的能力预期.研究发现,大型望远镜如贵州500m口径球面射电望远镜和计划中的新疆奇台110m全可动望远镜的配合将大幅度提高现有国际脉冲星阵列测时能力,建成这些望远镜之后,极有可能在短期内获得重大突破.     

JPEG2000在空间太阳望远镜中的改进应用

对JPEG2000算法提出了一种新的改进,以提高它的编码效率.通过修改编码顺序,使得在每个Tile中,数据按照其重要性降序编码.从而,码流截断方法也随之简化,并可以提前终止编码,而率失真效果仍接近最优.最后,给出一个可行的并行化方案,可大大缩短运行时间.改进后的JPEG2000更适用于计算资源有限的星上系统,满足了空间太阳望远镜的压缩需求.     

在轨航天器空间几何遮挡算法

航天器空间几何遮挡算法是空间碎片风险评估的关键环节,遮挡算法的正确性对评估精度影响显著.针对空间碎片碰撞风险评估中航天器几何遮挡问题,基于计算机图形学Robefls算法和Z缓冲器算法,建立了一种算法简单、精度高、通用性强的几何遮挡处理方法及算法实现.针对航天器结构比较复杂的特点,提出了先对航天器实现舱段分解,在消除被遮挡面后,再进行合并的遮挡处理原则,并建立了航天器结构空间几何遮挡理论模型及算法流程.采用该算法对IADC规定的简单航天器标准工况进行了遮挡处理分析,得出了遮挡处理后不同方向下航天器的暴露面积.结果表明.不同方向下的航天器暴露面积是不同的,遮挡处理后IADC规定的简单航天器最小暴露面积仅为原来的38.91%.最大也只有原来的55.27%.可见,在不同运行姿态下,航天器暴露面积差别很大,改变航天器飞行路线及运行姿态可有效减少空间碎片的碰撞风险.     

空间碎片TLE数据演化误差分析

针对空间碎片碰撞预警计算的误差问题,提出TLE数据演化误差野值处理和分析方法,得到了国际空间站不同预报期的误差分析结果,给出了变化规律,并对其分布进行了初步分析,结合碰撞预警工程实际给出了预警时间提前量和误差精细化分析的建议. 结果表明,野值处理对于异常变化的低轨道物体十分有效,目前预警计算中误差的零均值正态分布的假定对于长预报期并不合理,并基于误差分析结果给出了预警时间提前量小于3 d的建议.     

空间太阳望远镜中图象压缩单元的硬件设计

空间太阳望远镜是一颗地球同步轨道卫星。图象压缩单元是卫星科学数据处理系统中的一部分 ,它肩负着卫星全部科学数据的压缩任务。本文从图象压缩单元的需求分析入手 ,采用通用的DSP芯片 ,构成了图象压缩单元地面系统的硬件原型     

卫星轨道完备性监测研究

为了解决高精度定位中的卫星轨道粗差判别问题,采用轨道积分方法和轨道拟合方法,重点分析了卫星精密星历SP3文件的轨道积分精度,利用对卫星轨道加入不同粗差的计算方案,讨论了轨道积分的精度以及其对定位的影响,研究了利用卫星轨道积分精度实现完备性监测的方法。结果表明:通过卫星轨道积分精度的方法,可以反映卫星的粗差信息并予以将粗差卫星剔除;当剔除粗差卫星后,精密单点定位精度提高;当对正常卫星加入粗差,且随着加入粗差的增大,卫星轨道积分精度越来越差。该成果对完备性监测的研究具有一定的参考价值和指导意义。     

容积粒子滤波算法及其应用

针对使用现有粒子滤波算法对非线性/非高斯离散时间系统的状态估计精度较低的问题,提出了一种新的粒子滤波算法——容积粒子滤波(CPF)算法.新算法使用容积数值积分原则直接计算非线性随机函数的均值和方差,产生粒子滤波算法的建议性密度函数,获得所需要的带权粒子,进而通过计算粒子均值,获得系统状态的最小均方误差估计.CPF算法由于产生粒子时使用了最新的测量信息,因而提高了对系统状态后验概率的逼近程度.仿真实验结果表明,CPF算法的估计误差约是标准粒子滤波算法和扩展粒子滤波算法误差的1/5和1/3,是无味粒子滤波(UPF)算法的估计误差的1/2,且运行时间只有UPF算法的1/3.     

基于三阶累积量一维切片的微地震信号时延估计

由于微地震有效信号易受环境噪声的干扰,严重影响时延估计值获取的准确性.基于此,提出了基于三阶累积量一维切片的方法进行微地震信号时延估计.首先计算信号的三阶自累积量和互累积量,为减少运算量满足野外实时要求取其一维切片,最终通过准则函数求取时延值.相对于传统的互相关方法,该方法对相关性未知的高斯噪声具有不敏感的特点,对相关高斯噪声有更强的抑制能力.仿真结果表明,在添加信噪比为-5~15dB的随机高斯噪声和相关高斯噪声时,其时延检测概率和均方根误差优于互相关方法.在实际资料应用中,对实际微地震噪声进行了概率分布统计分析,并且基于井地联合监测方式,选取井中信号作为参考道对地面资料进行时延值的求取.仿真和实际资料处理验证了该方法的有效性和实用性.     

多时间尺度下遥感降水产品与再分析降水产品在海河流域适用性对比分析

为了综合评估热带降雨测量卫星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)、全球降水测量计划(global precipitation measurement,GPM)遥感降水产品和MERRA-2再分析降水产品在海河流域的适用性,基于流域内57个气象站点2014年3月—2018年2月期间的逐日实测降水数据,选用相关系数、均方根误差、平均绝对误差、相对误差等评价指标,对比分析三者在海河流域年、季、月多时间尺度观测精度.结果表明:在年、季、月时间尺度上,GPM数据与站点实测数据的相关性均为最优,TRMM相关性均最弱.在3种时间尺度下,MERRA-2再分析数据在海河流域的数据精度最高,GPM次之,TRMM数据误差最为明显.TRMM、GPM在年度、季度降水量上均存在一定的高估现象,TRMM表现出对降水的高估现象更加明显,但是夏季GPM相对误差略高于TRMM数据.总体上,3种降水产品在海河流域均具有较好的适用性,但MERRA-2与GPM在海河流域的适用性较好且优于TRMM,GPM在弱降水观测能力方面较TRMM明显增强,但强降水监测能力仍有待提升.     

TPS based on trilateration for the feed measurement of FAST

Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope( FAST) is the largest sensitive single dish radio telescope in the world,in which the control and measurement of the feed is one crucial section of the FAST control system. Trilateration is presented to obtain three-dimensional coordinate for tracking feed focus cabin. Every three total stations chase prism movement to be attached on feed focus cabin and the prism position is determined from the measured distances based on the principle of trilateration. Therefore,feed position is determined from three prisms on the focus cabin. This study is to assess the accuracy and reliability of trilateration calculation on tracking focus cabin of FAST. Different arrangement of total stations on trilateration is theoretically studied. Through experiment,the proposed method shows that the accuracy is better than that of the polar coordinate measurement. The average root mean square error is lower than 0. 6 mm,which is found to have high accuracy and reliability.