天文数据索引技术综述

信息技术、制造技术的蓬勃发展为提高射电望远镜灵敏度和分辨率奠定了基础.随着观测设备接收面积的增大及多功能数字终端技术的发展,天文观测设备的数据收集能力也得到了大幅提升,天文数据已经进入了PB量级时代.然而海量的观测数据并非全部实现了全世界范围的开放共享.部分新投入或正在建设中的大型天文观测设备在设计过程中并没有充分考虑到数据管理问题;已有的观测数据采用离线存储在磁盘或磁带上没能实现数字化:发表的文章所用到的数据没有进行有效归档,使他人无法重复数据处理;部分国家或地区的网络限制使科研人员无法在线获取归档数据.本文以目前主流的单天线和阵列射电望远镜为基础,综述各观测设备现状及数据管理相关情况.以虚拟天文台相关协议标准为依据介绍如何通过最新的虚拟天文台(Virtual Observatory,VO)技术实现数据发布及无缝透明的资源连接与访问.分析了目前常用的索引技术B-Tree,R-Tree,HTM,HEALPix,Q3C的特点,最后给出针对新疆奇台110 m射电望远镜数据管理方面可选择的关键技术.     

基于天宫二号POLAR的脉冲星导航实验

利用天宫二号上的伽玛暴偏振探测仪(POLAR)观测数据完成了X射线脉冲星导航的原理验证.处理并分析了POLAR的观测数据,建立了基于轨道动力学模型和脉冲星脉冲轮廓显著性分析的定轨算法,并利用蟹状星云脉冲星的实测数据开展了单脉冲星的定轨分析.结果表明,该方法能够实现对天宫二号轨道的定轨,利用POLAR一个月的在轨观测数据可得到定轨精度如下(99.7%置信度):轨道半长轴精度7.0 m,偏心率精度0.00026,轨道倾角精度0.023°,升交点赤经精度0.17°,近地点幅角及平近地点角精度0.043°.     

高美古2.4m望远镜的测光标准研究

利用31颗Landolt标准星进行测光定标观测,给出高美古2.4m望远镜测光系统在UBVRI波段的测光标准.中国丽江高美古天文观测站的消光系数测得为：U波段0.457、B波段0.237、V波段0.104、R波段0.078、I波段0.015.同时也给出高美古2.4m望远镜测光系统到标准系统的颜色转换关系.这些表明高美古天文观测站的大气透明度以及消光能与美国阿柏角天文台相媲美.     

基于单探测器的低轨航天器X射线脉冲星导航算法

近年来脉冲星自主导航技术飞速发展,即将在低轨道(LEO)航天器开展验证。为了适应低轨航天器载荷轻量化、小型化的需求,研究了基于单探测器的X射线脉冲星导航扩展卡尔曼滤波算法,并针对单脉冲星导航和轮流观测多脉冲星导航两种方案,分别进行了算法仿真。仿真结果表明,仅观测单脉冲星无法实现长期自主导航,但能够将轨道预报误差降低25.9%,提高短期自主导航精度。而单探测器轮流观测多脉冲星可实现长期自主导航,其导航误差达到514 m,与多探测器同时观测多脉冲星传统算法相当。     

基于.NET的WebService自动站数据服务平台的设计与实现

为了进一步做好气象资料的开发应用和共享服务工作,实现对自动站各气象要素日、月和年统计数据的快速获取,基于.NET的WebService自动站数据服务平台通过在数据库服务器端构建存储过程,配合基于.NET平台构建WebService数据接口,将数据对象的内容转换成标准的XML格式,同时支持以网页下载的形式获取数据。基于.NET的WebService自动站数据服务平台运行高效稳定并在实践中取得了很好的效果。     

多参考站网络的虚拟观测值生成算法

讨论了GPS观测值误差改正方法,提出了一种基于多参考站的GPS观测值向流动站用户发布虚拟观测值的算法.该算法通过参考站的已知精确坐标和已经解算的模糊度计算参考站间双差空间相关误差,然后内插局域网内任意一点空间相关误差作为改正数.当只使用3个参考站时使用线性内插法,多于3个参考站时使用曲面拟合或最小二乘平差方法等内插方法.用内插获得的改正数改正离流动站最近的参考站(主参考站)的观测值,形成虚拟观测值,然后发送给流动站用户,流动站用户仍然应用已有的单参考站GPS定位算法进行定位.通过对江苏局域参考站网络收集的实测数据计算分析证明了本文算法的有效性,达到厘米级定位精度.     

一种基于数据服务匹配的数据集成方法研究

提出一种基于数据服务匹配的数据集成方法.该方法主要基于数据服务发布、注册和检索的方式工作,能更好地利用数据形式语义进行数据集成,并增强与语义web和描述逻辑推理等智能技术的融合.在介绍该方法的概念、思想和工作机制后,给出了基于数据服务匹配的集成查询检索算法,作为实现数据集成系统查询处理引擎的基础.实验结果表明,该算法能有效、可靠地工作.与传统数据集成方法相比,该方法的数据集成查询处理更为直接和灵活,具有良好的性能和可伸缩性,也不需要维护公共数据模式.     

Hurst指数在脉冲星计时残差分析中的应用

利用从北美计时阵(NANOGrav)观测的14颗毫秒脉冲星数据,在时域范围内分析了计时残差的观测特征.通过研究发现,脉冲星计时残差的均方根与Hurst指数取值无关.长观测时间跨度有利于Hurst指数判断残差的有偏特性.通过比对数据,多种计时噪声估计均表明,Hurst指数分析能有效判断脉冲星计时残差数据是否存在低频红噪声,这有利于与主流红噪声分析方法互相证认.上述结果将进一步拓展脉冲星计时噪声在时域的分析.     

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.     

基于RIA的WebGIS自动气象站数据服务系统

针对自动气象站实时数据分析与显示的实际需要,采用基于RIA的WebGIS技术进行了自动站数据服务系统的开发与实践,实现了自动站实时数据的实况监测、动态展现、等值面绘制、组合检索查询等功能.运行结果表明:该系统模型数据结构简洁,数据交互效率较传统WebGIS有明显提高,用户体验感强,为气象监测、预警预报提供了高效集约的自动站实时数据支撑服务.     

面向海洋观测的Cyberinfrastructure原型

针对海底观测网建设过程中的多源异构数据集成、海量数据处理和科研协同工作等问题,构建了一个面向海洋观测的赛百平台(Cyberinfrastructure,CI)。通过整合底层分布式的计算、存储、数据、传感器等资源和设备,面向顶层特定的科研用户提供基于网络环境的高效计算服务、海量数据服务、科研应用服务等。通过集成科学工作流,开发数据分析模块,实现对海量观测数据的处理。运用虚拟组织技术,实现了基于网络的科研协同工作。实验结果表明:该系统可以显著提高海洋科研人员的工作效率。     

面向服务架构的数据服务在数据访问中的应用

虽然面向服务架构(SOA)具有跨平台、松耦合等特性,但其并不支持异构数据源直接访问及处理.为了在数据访问中减少对应用程序的依赖,采用数据服务初步实现了面向服务架构的数据访问机制.在分析传统异构数据访问方法优缺点的基础上,针对SOA中Web服务不能直接访问数据源的问题,探讨了面向服务架构的数据服务和基于数据服务的访问方式,并对基于SOA的数据服务平台进行了研究.使用微软的ADO.NET Data Service实现了数据服务,通过实例验证了数据服务不仅能够直接访问数据源,并且能通过标准的Web服务接口集成到SOA中.与其他数据访问方式的对比分析结果表明,数据服务不依赖应用程序即可对异构数据源进行统一访问.     

FAST——脉冲星观测研究的利器

 2016年9月25日落成的中国自行设计建造的500 m口径球面射电望远镜（FAST）是目前全世界最大口径的射电望远镜。在调试期间已成功发现了脉冲星,实现了国内设备发现脉冲星的零突破。脉冲星是宇宙中的一类奇妙天体,是验证强引力场、强磁场和高密度等极端物理环境下物理规律的"天然实验室"。作为脉冲星研究的利器,预计FAST大规模巡天能够大幅提高已知的脉冲星数目。FAST还将在低频引力波探测、脉冲星物理、星际和星系际介质探测、脉冲星时间尺度建立及脉冲星导航等领域取得突破性进展。在上述研究中,国内天文设备取长补短、相互补充,有望实现中国脉冲星观测研究跨越式发展。     

X射线脉冲星自主导航的脉冲轮廓和联合观测方程

现在通用的X射线脉冲星导航的3维观测方程,是以3颗脉冲星发射的脉冲到达航天器和太阳系质心的时间偏差为观测量建立起来的.在实际测量过程中,这个观测量是通过比较航天器探测到的脉冲观测轮廓与相应脉冲星的标准轮廓得到的,而在累积观测轮廓的同时也得到了观测轮廓的周期,因此根据Doppler速度测量方程,就能够确定航天器的速度矢量.本文首先导出Doppler速度测量方程,提出在观测轮廓的积累过程中考虑航天器的速度和加速度,得到的观测轮廓的周期不同于标准轮廓.这样,将探测3颗脉冲星得到的观测轮廓与相应的标准轮廓进行比较时,可以同时获得脉冲到达航天器和太阳系质心的时间偏差和频率漂移6个观测量,从而确定航天器的3维位置和3维速度.由于信息量增加一倍,6维观测方程比现行观测方程更为精确和完整.     

现代天文教育和研究平台--虚拟天文台

从天文学的发展出发,阐述了天文研究和教育的特点.海量开放型的天文数据和互联网络的技术发展,使虚拟天文台的建设必然而现实.重点讨论了虚拟天文台建设的重要性,以及如何利用虚拟天文台这一平台进行天文教育和研究的设想.     

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.     

脉冲星发现50年

 脉冲星自1967年发现以来,50年的观测和理论研究取得巨大进展,期间曾2次获颁诺贝尔物理学奖。脉冲星以其高度致密和强引力场堪称宇宙天然实验室,可用来验证爱因斯坦广义相对论及进行引力波探测,推动了天文学与物理学研究的发展。本文简介了脉冲星的发现及其性质,并综述了脉冲星导航以及最近建成的500 m口径球面射电望远镜（FAST）的脉冲星探测研究进展。     

星机地综合观测定量遥感融合处理与共性产品生产系统关键技术研究与系统设计

针对全球资源环境监测需求,该课题作为"星机地综合定量遥感系统与应用示范(二期)"项目的一部分,将集成和突破在"一期"研究中形成的卫星数据库分布式组网技术、多尺度遥感数据同化与真实性检验技术、面向应用的遥感数据融合处理与生成技术等关键技术,重点突破运行性多源遥感共性产品生产系统构建中的一系列相关技术,研制星机地综合观测定量遥感数据融合处理与共性产品生产系统。该年度基于项目一期相关技术成果,初步实现连通6个以上卫星数据中心的能力,建立虚拟组网分布式卫星数据服务系统;研究多源遥感数据的辐射归一化、几何归一化、定量遥感产品反演、星机地观测数据同化、时空无缝融合和多尺度真实验证等技术,对虚拟组网的分布式卫星数据服务系统、多源遥感数据辐射归一化系统、多源遥感数据几何归一化系统、多源数据融合定量遥感产品生产系统、多源数据融合产品生产系统、时间连续共性产品同化系统、定量遥感产品真实性检验系统、多中心海量遥感数据协同处理支撑系统八个子系统进行实际的系统设计工作,包括顶层设计、需求分析及概要设计。     

星机地综合观测定量遥感融合处理与共性产品生产系统关键技术研究与系统设计

针对全球资源环境监测需求,本课题作为"星机地综合定量遥感系统与应用示范(二期)"项目的一部分,将集成和突破在"一期"研究中形成的卫星数据库分布式组网技术、多尺度遥感数据同化与真实性检验技术、面向应用的遥感数据融合处理与生成技术等关键技术,重点突破运行性多源遥感共性产品生产系统构建中的一系列相关技术,研制星机地综合观测定量遥感数据融合处理与共性产品生产系统。该年度基于项目一期相关技术成果,初步实现连通6个以上卫星数据中心的能力,建立虚拟组网分布式卫星数据服务系统;研究多源遥感数据的辐射归一化、几何归一化、定量遥感产品反演、星机地观测数据同化、时空无缝融合和多尺度真实验证等技术,对虚拟组网的分布式卫星数据服务系统、多源遥感数据辐射归一化系统、多源遥感数据几何归一化系统、多源数据融合定量遥感产品生产系统、多源数据融合产品生产系统、时间连续共性产品同化系统、定量遥感产品真实性检验系统、多中心海量遥感数据协同处理支撑系统八个子系统进行实际的系统设计工作,包括顶层设计、需求分析及概要设计。     

脉冲星衍射式闪烁观测研究进展

介绍脉冲星星际闪烁效应产生的机制,简要描述衍射式闪烁的观测研究方法,并总结了近些年衍射式闪烁观测研究的进展,主要包含使用闪烁效应限制星际介质电子密度涨落谱、估算脉冲星切向速度、分辨脉冲星射电辐射区尺度、获取脉冲星双星轨道参数、搜索脉冲星的非脉冲射电辐射等,以及总结了国内一些射电望远镜对脉冲星闪烁观测研究工作及FAST观测预期.