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

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.     

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

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.     

大口径射电望远镜台址电磁干扰预测方法

新疆奇台拟建的110 m全向可动射电望远镜(Qi Tai Radio Telescope, QTT)具有极高的信号捕捉能力,任何微弱的信号都会影响其高效运行,为了缓解QTT台址无线电宁静区的电磁干扰,本文提出了一种电磁干扰预测方法.首先,基于QTT台址无线电宁静区地形数据和地形特征,分析了现有电波传播模型的适用性,选取LongleyRice模型和Two-Ray模型作为QTT的电波传播模型算法,通过电波传播仿真分析,得到潜在干扰点到达射电望远镜馈源口面的路径损耗;其次,结合QTT馈源口面干扰电平阈值和天线旁瓣增益,计算得到潜在干扰点所在位置的干扰电平阈值;最后,运用该方法分析了QTT限制区内村庄典型电子设备和35 kV高压输电线路对QTT的影响.     

大口径射电望远镜电磁兼容控制方法

大口径射电望远镜具有极高的系统灵敏度,其建设及运行过程将引入各类电子设备,电磁干扰的有效控制是射电望远镜科学产出的重要保证.本文结合射电天文台址电子设备电磁兼容性要求,分析了现有射电天文领域及其他领域电子设备的主要电磁兼容评估标准及存在的不足,考虑到工程实施的可行性,提出大口径射电望远镜电磁兼容控制方法,涉及台址电子设备所在位置干扰电平限值量化方法、电子设备电磁兼容测量方法和测量要求、屏蔽效能测量方法及测量要求、电子设备电磁兼容控制流程等.该电磁兼容控制方法计划应用于新疆奇台拟建的110 m全向可动射电望远镜(Qi Tai Radio Telescope, QTT),确保QTT拥有良好的电磁兼容性.     

用正弦信号源研究电气化铁道无线电干扰的横向电波传播特性

提出了一种新的研究电气化铁道无线电干扰电波传播规律的测量方法.此方法从干扰源处——接触网与受电弓之间馈入高频信号,由电气化铁道系统辐射出去进行测量.测量时,整个辐射系统与列车运行时射频干扰源的辐射系统相比没有变化,电波传播规律也保持不变。信号源的信号强度比较强,且是稳定信号,可以在较远的距离范围内对辐射场强分布进行测量,且可对其传播规律做详细的研究.解决了过去测量中的困难.建立了电波传播的非线性拟合模型,可以将近场、远场统一考虑回归,可更加良好地反映电气化铁道无线电干扰电波传播的规律.     

射电天文台址区域化干扰电平阈值量化及其应用

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.     

近场测量中有限扫描面截断误差分析

本文依据天线近场耦合系统散射矩阵理论分析了有限扫描面截断误差所产生的近场误差和远场误差,并得到了误差方程进而对方程的求解作了几点说明。     

燕尾槽衬底内条形锁相列阵激光器的理论分析

作者采用耦合模理论,对自制的燕尾槽衬底内条形锁相列阵激光器的近场和远场特性进行了计算和分析.     

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.     

QTT超宽带多波束信号接收与处理系统

新疆奇台拟建的110 m全可动射电望远镜(QiTai Radio Telescope, QTT),主要用于脉冲星观测、引力波及黑洞探测、恒星形成和星系起源等基础科学研究领域.为了满足众多科学需求,将配备各种超宽带、多波束、高灵敏度接收机与处理系统,其主要功能是将射电望远镜收到的微弱的电磁波信号经接收机放大、滤波、变频之后在数字终端进行处理.由于该系统决定了射电望远镜的工作带宽、瞬时带宽和视场,并与灵敏度具有紧密联系,因此作为该大型射电望远镜的重要组成部分,对于望远镜的性能具有至关重要的作用.本文具体展示了QTT超宽带多波束信号接收与处理系统配置方案和主要性能指标,系统地论述了QTT接收机与信号采集与处理系统初步技术方案,分析了信号接收与处理系统的关键技术问题.     

QTT高精度位移促动器设计与测试

本文针对110 m口径全向可动射电望远镜的高精度位移促动器进行设计与测试研究.设计了采用步进电机、角度传感器、滚珠丝杠+蜗轮蜗杆的位移促动器方案.针对关键部件进行了详细设计和仿真分析,并对精度、电磁兼容性、环境适应性进行了专门设计.对促动器样机进行了精度测试,结果表明促动器定位精度小于15μm,满足设计精度要求.将促动器样机放置于新疆,进行了超过1年的实地环境适应性测试,在整个测试过程中,促动器样机运行可靠,未出现故障,满足环境适应性要求.     

基于FW-H方程的飞机低速构型气动噪声计算

由流体力学Navier-Stokes方程导出的非齐次波动方程———Ffowcs Williams-Hawkings方程(以下简称FW-H方程),可以精确描述在静止流体中运动物体与流体相互作用的发声问题.以FW-H方程为理论依据,采用混合方法:近场声源区采用CFD求解,获得流场信息;远场声传播区采用自主开发的声场计算程序求解三维FW-H方程时域解,计算得到观察点频谱图和总体声压级.     

通信基站对射电望远镜电磁干扰的预测方法

射电望远镜具有极高的灵敏度和很宽的工作频率范围,在执行观测任务时,不仅会接收到观测目标产生的信号,还会接收到台址内外各类电磁干扰信号,从而影响观测的准确性,其中以通信基站的干扰最为突出.为了预测通信基站对射电望远镜的电磁干扰,本文提出了一种基于相对地形的电磁干扰预测方法.该方法将地形高程数据转换成相对地形数据,以相对地形的波动高度作为判据,采用Deygout模型计算了通信基站到射电望远镜的路径损耗.再结合通信基站的天线参数,最终得到了通信基站对射电望远镜的干扰功率.文中着重分析了该方法的实现过程,为下一步自主研发射电望远镜电磁干扰预测软件提供了基础.     

基于电磁场积分方程数值求解法的光学近场散斑及其一阶统计特性

从简谐光波满足的Helmholtz方程出发, 将由Green定理得到的介质分界面上光场的积分方程转化为以表面上的光场及其导数为未知量的线性方程组, 并对其进行数值求解, 实现了介质分界面上光场的严格数值计算. 对光波经随机自仿射分形表面散射后在近场光学区域内产生的光强进行计算, 研究了近场散斑的传播特性以及对比度和光强概率密度函数的演化特性. 近场区域内的散斑与传统衍射区和成像系统中散斑场的特性具有很大的不同: 散斑光强分布中具有局域起伏, 并且这种起伏在经过一个波长的起伏后消失；对于较小的横向相关长度的表面, 散斑对比度在近场区域附近达到饱和值, 而散斑场也接近Gauss散斑. 当表面的横向相关长度较大时这种转化则比较缓慢.     

大型全可动射电望远镜关键技术研究专辑·编者按

<正>射电天文学诞生的近一百年来在天文领域取得了诸多载入科学史册的成就,突出代表是现代天文学"四大发现"——类星体、脉冲星、星际分子、宇宙微波背景辐射. 21世纪,暗物质、暗能量、黑洞、宇宙起源、天体起源、生命起源等前沿研究方面仍存在着亟待解决的重大科学问题.天文学已经进入全电磁波观测时代.随着引力波观测窗口的打开,射电天文在引力波探测、引力波天体物理等方面扮演着至关重要的角色,国内外对建设大型射电天文望远镜充满期待.为了展示并总结我国110 m口径全向可动射电望远镜(QTT)的最新成果,我们特别组织"大型全可动射电望远     

大射电望远镜贵州选址项目简介及研究进展

1km2阵大射电望远镜(简称SKA)是世界多国投资、我国争建的国际合作项目,500 m口径球面射电望远镜(简称FAST)是SKA在中国的一项先导工程.根据我国大射电望远镜设计方案,需要利用贵州天然喀斯特洼地作为台址,并在贵州全省建造数十个甚至上百个呈对数螺旋线形式分布的台址组成的大射电望远镜阵.为将众人瞩目的大射电望远镜贵州选址工作展现给大家,本文系统阐述大射电望远镜的基本概念、贵州选址需满足的基本条件、选址过程中涉及的主要工程地质问题,选址思路、拟采用的方法及取得的代表性成果.     

抛物线方程在计算三维电大目标电磁散射中的应用

抛物线方程算法是建立在波动方程轴向近似基础上的一种数值方法,该方法假设电磁波能量沿抛物线轴向的锥形区域传播。文章推导了三维标准的抛物线方程及相应的近场-远场变换理论,并计算了理想导体球的雷达散射截面;数值结果表明抛物线方程算法的引入,在保证一定精度的前提下,大大提高了计算效率,节约了内存。     

车用涡轮增压器压气机的气动噪声机理

通过非定常流场数值计算分析压气机内部流场特性,利用宽带噪声模型计算压气机的近场噪声,对比分析近场气动噪声的形成机理. 用有限元法将流场计算获得的内部压力脉动作为边界条件,分析压气机的远场噪声,探明其频域特性,并进行噪声检测试验,验证仿真结果的准确性. 研究结果表明：湍流强度是气动噪声形成的关键因素,且叶轮出口区是压气机的核心噪声源;压气机的远场噪声以宽频噪声为主.     

基于k——ω湍流模型的翼尖涡演化过程数值模拟

为深入研究近场翼尖涡的演化过程,同时给远场尾流的计算提供初始参考,建立了飞机着陆状态仿真模型,采用结构化网格对模型进行网格划分,利用转捩修正的SST k-omega湍流模型,通过求解不可压缩的N-S方程对生成的网格进行数值计算,得到了着陆状态下机翼及近翼流场翼尖涡的连续演化过程。研究结果表明：机翼表面形成的两次共转融合涡与次级尾迹涡共同作用于近翼流场,并于0.5L处形成稳定的翼尖涡;在整个演化过程中,翼尖涡受环境因素影响较大,并伴随着较大的能量转换。     

基于三维抛物方程方法的城市微小区电波传播预测模型

介绍了一种新的城市微小区电波传播预测方法——三维抛物方程方法. 提出场的奇偶分解法来加速求解三维抛物方程的分部Fourier变换算法. 针对电磁波不同的入射情况，提出了不同的边界条件处理方法来求解有耗介质条件下的电波传播问题.计算结果表明所提方法是准确和高效的，并可用于预测城市微小区电波传播特性.