FAST的进展——科学、技术与设备

随着射电天文学的发展,高灵敏度的大口径射电望远镜成为射电观测的重要设备.我国正在建设中的500 m口径球面射电望远镜(FAST)将成为世界上最大、最灵敏的单口径射电望远镜,它有望在中性氢巡视、脉冲星搜索、国际VLBI网联测及地外生命搜寻等重要前沿领域取得突破.本文介绍了FAST工程概念的提出及望远镜概况,列出了FAST的主要科学目标及早期科学准备,重点叙述了FAST工程在科学、技术与设备方面的最新进展,并对FAST工程的发展做出了展望.     

天马望远镜在嫦娥三号测定轨VLBI观测中的应用分析

天马望远镜(上海65 m射电望远镜)于2012年10月完成了第一阶段建设并具备了S/X,L,C波频段的VLBI观测能力.2013年12月全程参加了嫦娥三号着陆器和月球车X频段的VLBI测定轨测定位任务.在嫦娥三号中,利用天马望远镜代替上海佘山25 m射电望远镜,使中国VLBI观测网的灵敏度提高至1.67倍.同时,利用2比特采样代替嫦娥二号的1比特采样,使灵敏度提高至1.38倍.上述两项措施使定轨后的ΔDOR型VLBI时延残差由嫦娥二号时的1.77 ns降至嫦娥三号时的0.67 ns,着陆器和月球车同波束VLBI差分相时延随机误差降至0.011 ps rms.本文在介绍天马望远镜及其X频段致冷接收和数据采集系统的基础上,对其在嫦娥三号测定轨VLBI观测中的应用进行分析.     

FAST观测规划系统设计与研发

望远镜的动态调度是决定望远镜产出率的关键因素。本文在学习国内外望远镜调度规划的基础上,结合FAST实际情况,设计了FAST观测管理系统,同时实现了FAST观测规划子系统。FAST观测调度规划是一个多目标优化问题,本文在考虑影响望远镜观测数据质量的天气条件、观测目标的科学价值等影响因子的情况下,采用遗传算法对FAST观测申请MSB进行动态调度规划,最后将规划好的观测申请解析成FAST总控系统识别的指令集文本发送给总控系统。该系统还将向用户展示场址基本信息以及观测申请的观测进度等。通过观测调度,提高FAST的观测质量和产出率,同时减少观测人员的负担。     

FAST望远镜观测项目管理系统框架设计

500 m口径球面射电望远镜(FAST)是中国正在贵州建设的重大科学工程,目标是建成世界上最大的单口径射电望远镜。本文阐述FAST望远镜的自身特点和FAST观测管理系统的基本框架,归纳总结FAST的观测流程,并结合国内外不同望远镜的观测项目管理模式,提出适用于FAST的观测项目管理系统的总体架构,为FAST以后的观测提供技术支持。     

F一种从航天器VLBI观测记录中获取航天器速度信息的方法(英文)

介绍一种从对航天器的VLBI原始电压观测记录中提取多普勒频移量的方法 ,并用于对lunarprospector的较差VLBI观测记录的分析中 .同时得到航天器的VLBI和多普勒观测数据 ,有利于对航天器空间位置和速度信息的同时获取     

火星探测器跟踪及VLBI测定轨分析

我国将于2020年首次发射由轨道器和火星车组成的火星探测器.火星探测器的跟踪及精密测定轨是完成工程任务和科学探测的前提.本文首先分析了火星探测器跟踪技术.然后在简述好奇号火星车VLBI观测频度和测定轨精度的基础上,以2020年7月发射的火星探测器为例,给出了深空机动、近火制动、平面机动、降轨前等关键测控弧段的太阳等离子体时延、各测站观测仰角等参数.分析了我国VLBI网对火星探测器的测定轨能力以及关键弧段的测定轨精度.用5 d的测距测速数据、测速测距+VLBI数据分别进行定轨并预报2 d至近火制动点,三维定轨误差(1σ,下同)由只用测速测距时的45.7 km降至18.8 km,近火点高度预报误差由28.2 km降至7.6 km,体现了VLBI在近火制动等关键测控弧段对定轨和轨道预报精度提高的贡献.在测距、测速和VLBI时延测量误差降低后,近火制动段定轨和预报误差会进一步降低.     

用于地月空间VLBI的望远镜信号合成增强技术

在我国探月工程四期中,将利用地面望远镜和月球轨道射电望远镜共同组成的超长基线,开展X频段空间VLBI试验.由于地月基线长达400000 km, UV覆盖不均匀,不适合开展常规的VLBI成图观测,相关科学研究应充分利用地月基线高角分辨率的特点并充分考虑其基线灵敏度.该试验中的空间望远镜口径仅为4.2 m,相应的中国VLBI网所属X频段射电望远镜均为25–65 m的中等口径,且地月基线长度远超过地球直径.为尽可能提高地月基线灵敏度,本文提出利用国内多面中等口径地基VLBI望远镜参与地月基线观测,通过对相关处理机输出的各条地月基线VLBI互功率谱进行综合,将各个中等口径VLBI望远镜信号进行合成,达到一个100 m级的地基大口径望远镜与月球轨道小口径望远镜进行VLBI干涉的效果.本方法基本思路为,基于软件相关处理机的输出结果,通过对齐各基线的相位,补偿基线时延,对各条地月基线的互功率谱进行相干合成,从而达到提升信噪比的目的.基于此方法,我们利用火星探测器"天问一号"实测数据进行信号合成VLBI试验.结果表明,通过进行基线的互功率谱合成,可以使基线信噪比有明显提升.此方法也可应用于未来其他有类似需求的空间VLBI数据处理.     

500m口径球面射电天文望远镜(FAST)对高红移伽玛暴余辉的探测

伽玛射线暴(简称伽玛暴)可以发生在很远的宇宙深处,其余辉(尤其射电余辉)的长时标发射使得长期观测成为可能,从而可测量其红移并证认宇宙学起源和研究寄主星系性质。随着红移的增大,伽玛暴射电余辉的流量密度也会随之减少,这对高红移伽玛暴的探测造成一定的困难。然而,500 m口径球面射电天文望远镜(FAST)具有很高的探测灵敏度,利于对暗弱的高红移暴的观测。我们利用余辉动力学模型分析了射电余辉流量密度随红移(距离)的变化关系,以此评估FAST对高红移射电余辉的观测能力,同时预测其对不同类型伽玛暴射电余辉的探测率。     

基于VLBI和GPS测量2009年7月22日日全食期间电离层TEC变化

2009年7月22日上午发生的日全食是21世纪全食持续时间最长的日全食,跨越了中国北纬约30°的广大地区,为研究太阳对地球电离层的影响提供了一次难得的机会.上海位于此次日全食带中心线附近.为此,上海佘山站、乌鲁木齐南山站和日本鹿岛站开展了VLBI联合观测实验.与此同时,TEC测量还配合使用了GPS观测站.本文介绍了此次日全食观测实验的背景、测量方案、观测实验详情和数据处理流程.根据相关处理结果,利用二维条纹搜索方法在上海一乌鲁木齐基线获得了优质干涉条纹,预示着VLBI测量取得成功.对单站GPS数据的初步分析表明.日全食食甚时刻TEC值存在快速下降.此次观测实验预期将首次获得电离层TEC变化的VLBI实测结果.并开展VLBI与GPS测量结果的比较研究.     

毫米波甚长基线干涉测量的发展与展望

甚长基线干涉测量(VLBI)的出现为天文学研究提供了很高的角分辨率(空间分辨率),为人们认识和理解活动星系核(AGN)现象起到不可替代的作用.毫米波VLBI以其独有的优势正在成为天体物理学研究中最有效的研究工具之一.本文简要回顾了射电干涉测量的发展历程,重点介绍了毫米波VLBI的发展历史与现状,及其在活动星系核研究中的重要作用.展望了未来几年随着大口径毫米波段望远镜以及望远镜阵列的加入,毫米波VLBI的发展和应用前景.     

基于同波束VLBI的火星车测定位技术

火星车的位置测定具有重要的工程意义和科学意义.本文针对火星车和轨道器的实际搭载能力,提出了利用轨道器的测距数据,以及火星车和轨道器的同波束VLBI观测数据开展火星车高精度测定位和轨道器测定轨的方法,给出了火星车和轨道器同波束VLBI差分相时延解算方法并分析了其测量误差.火星车和轨道器的联合定轨定位的仿真分析结果表明,利用弧段数小时的轨道器测距,以及火星车和轨道器的同波束VLBI差分相时延数据,有望实现误差数百米的火星车定位和误差数十米的轨道器定轨.这些研究成果对今后的火星探测工程有重要的应用价值.     

一种从航天器VLBI观测记录中获取航天器速度信息的方法

介绍一种对航天器的VLBI原始电压观测记录中提取多普勒频移量的方法，并用于对lunarprospector的较左VLBI观测记录的分析中，同时得到航天器的VLBI和多普勒观测数据，有利于对航天器空间位置和速度信息的同时获取。     

基于GPS的FAST望远镜馈源平台自动测量控制系统

500m直径大射电望远镜(简称FAST望远镜)的跟踪观测是由馈源的空间运动来实现,因此馈源在搜索运动过程中要保持很高的稳定性。就馈源平台自动控制系统对位置和姿态测量精度要求进行分析,提出了采用实时动态技术和全球定位系统(GPS)姿态测量技术进行馈源平台的实时监控,以实现整个FAST望远镜对宇宙射电源的自动化跟踪。介绍了GPS时实动态姿态测量原理和FAST监测系统的构成,以及姿态测量的数学模型和解算方法。该方法在50mFAST馈源模型上试验得到馈源平台中心点位精度为5.65mm、姿态精度0.345°可以满足FAST望远镜一次支撑的精度要求。     

基于超高精度多频点同波束VLBI技术的月球车精密相对定位†

多频点同波束VLBI技术即用射电望远镜的主波束同时观测角距很小的两个探测器, 据此得到两个探测器在两个测站间的误差为皮秒量级的差分相位时延. 作为同波束VLBI基本观测量的差分相位时延从本质上来说反映了两个探测器在天球上的角距信息. 利用我国4个VLBI测站得到的差分相位时延数据, 可实现月球车和着陆器在3.8´105 km处的天球切平面上的2维精密相对定位, 其相对定位误差应优于1 m. 在得到误差10 m的着陆区月面地形图后, 利用多频点同波束VLBI差分相位时延和着陆器测距数据, 有望实现误差10 m的月球车在月面上的精密相对定位.     

基于超高精度多频点同波束VLBI技术的月球车精密相对定位

多频点同波束VLBI技术即用射电望远镜的主波束同时观测角距很小的两个探测器,据此得到两个探测器在两个测站间的误差为皮秒量级的差分相位时延.作为同波束VLBI基本观测量的差分相位时延从本质上来说反映了两个探测器在天球上的角距信息.利用我国4个VLBI测站得到的差分相位时延数据,可实现月球车和着陆器在3.8×105km处的天球切平面上的2维精密相对定位,其相对定位误差应优于1m.在得到误差10m的着陆区月面地形图后,利用多频点同波束VLBI差分相位时延和着陆器测距数据,有望实现误差10m的月球车在月面上的精密相对定位.     

深空探测器的VLBI逆相位参考定位

深空探测器的VLBI相位参考定位一般是以河外源为参考源,深空探测器为目标源,通过对河外源的观测数据进行条纹拟合,获得延迟和延迟率,用以改正这些效应对深空探测器的VLBI观测相位数据的影响,由于两者角距较近,主要误差源如传播介质延迟的影响通过对两者相位的差分得以基本消除,通过成图后可以获得两者的高精度相对位置.然而,这种传统的VLBI正相位参考定位方法对河外源的强度有较高的要求,即观测数据必须有足够高的信噪比来确保可靠的条纹拟合结果.通常深空探测器射电信号的流量密度远高于河外源,为此本文提出逆相位参考定位方法,即以行星探测器作为参考源,对相位校准后的河外源进行成图,来实现高精度的相对定位.本文基于实测的VLBI观测资料,验证了该方法的可行性;并通过模拟资料表明,在河外源较弱的情况下,逆相位参考可以获得更高精度的相对定位结果.     

中国“天眼”数据中心已落户贵安新区

<正>近日,贵州省科技厅厅长廖飞在接受记者采访时表示,中国“天眼”(FAST射电望远镜)数据存储和处理中心已落户贵安新区。据悉,这是FAST射电望远镜数据中心二期项目,一期是距离FSAT射电望远镜仅有一公里左右的综合观测楼。数据中心主要负责存储和分析FAST采     

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.     

深空探测器VLBI成图技术研究

VLBI天线阵通过交替观测深空探测器与邻近河外射电参考源,所获数据经过相关处理后可进行相位参考成图,获得深空探测器图像.图像中心的位置对应着探测器与位置精确已知的参考源的相对位置,可用于探测器的高精度定位.但VLBI是一种稀疏干涉阵列阵,其成图原理不同于光学成像.本文研究了深空探测器VLBI成图技术,包括目标脏图重建和去卷积图像恢复算法,编写了专门的成图软件ProbeMap.利用该软件,中国VLBI网数据中心完成了对嫦娥三号和火星快车的实测数据成图处理.比对结果验证了本文成图方法的正确性.未来该技术可用于我国月球与深空探测器的高精度成图定位.     

对银河系中心超大质量黑洞候选体Sgr A*的VLBI观测研究

位于银河系中央的极其致密的非热射电源Sagittari8us A^*（Sgr A^*），被公认为最佳的超大质量黑洞候选体，其质量约为400万个太阳质量。甚长基线干涉测量（BLBI）技术以其独有的高空间分辩率为我们提供了唯一可以探讨Sgr A^*位于几个史瓦西（Schwarzschild）半径区域内天体物理性质的手段。介绍了对 Sgr A^*的VLBI研究现状和最新进展，着重论述了毫米波和亚毫米波VLBI观测对研究Sgr A^*的辐射区域的真实形状和大小，以及探索其结构随时间变化的重要性。Sgr A^*无疑是检验广义相对论将就的亚亮米波VLBI实验的最佳目标。