采用光学指向系统建立天马13m望远镜指向模型

描述了采用光学望远镜辅助天马13m射电望远镜进行指向测量以及建立指向误差修正模型的方法.对于小口径望远镜,指向校准目标源比较少,用射电法建立指向模型难以覆盖全天区.利用上海天文台天马13m射电望远镜进行光学望远镜辅助射电望远镜指向测量研究,在13m天线背架上安装一套光学指向系统,获得了优于3"的重复测量误差。此外,通过对影响天线指向因素的分析,建立了包含8个误差项的指向误差修正模型以及光轴和电轴偏差模型.将指向模型代入天线伺服控制系统,对校准目标射电源进行十字扫描,得到指向样本残差约为5".该研究可以为实现高精度指向建模提供一种参考方法.

CCD漂移扫描的基本原理及在天文上的应用

简要回顾了CCD在天文观测上的发展历程，介绍了CCD漂移扫描观测模式的基本原理；分析了该技术的优点和不足；综述CCD漂移扫描技术的应用现状；最后简述国内在CCD漂移扫描技术上的应用研究现状及对该技术的展望。

漂移扫描CCD用于地球同步轨道卫星观测的初步结果

对于地球同步轨道卫星,目前国内主要采用两种观测手段,即小光电望远镜短曝光观测和天文望远镜跟踪恒星(或卫星)观测.事实上,这两种手段都各自存在不足,尤其对于暗弱目标问题更加显著.利用CCD漂移扫描模式和凝视模式相结合观测地球同步轨道卫星具有明显的优势,小口径望远镜(口径约25cm)就能够获得高质量的目标和恒星圆星像与高精度的定位结果.本文重点阐述了获得高精度地球同步轨道卫星光学位置与星等的原理、方法及步骤;最后,利用实测资料的数据处理结果,分析了所获得的地球同步轨道卫星的内部精度及其误差源.

地球同步轨道动态监视光学系统研制进展

由于卫星发射活动日益频繁,地球同步轨道己成为一种稀缺资源,并受到世界各国密切关注和保护。作为地球同步轨道必不可少的监测手段,光学手段可以在目标动态监视和空间事件发现领域发挥重要的作用。中国科学院上海天文台研究团队利用两年时间研制了新一代地球同步轨道动态监视光学系统,即FocusGEO。FocusGEO的望远镜采用单机架三镜筒赤道式结构,具有约260(°)~2超大视场,15 min内即可对台站上空地球同步轨道带完成一次扫描观测。2017年8月开展的试验观测表明,即使在夜天光背景较亮的上海市佘山地区,FocusGEO的望远镜对地球同步轨道目标的观测效能也接近85%,方位和俯仰方向观测精度均优于3",可靠性也满足常规观测条件。详细介绍FocusGEO的软硬件组成、观测模式,以及初步观测结果,并介绍了下一步要开展的工作。

人卫观测中拖长星像的中心定位

提出应用于人造卫星观测中确定拖长星像中心的平均几何中心法 ,介绍了该方法的基本原理与实现步骤。将中值滤波应用于CCD数据的预处理并收到较好的效果。利用实际观测资料初步验证了平均几何中心法 ,结果表明 ,与通常采用的重心法相比 ,此方法对人卫观测中的拖长星像进行中心定位的精度较高。

利用超大视场光电望远镜观测GEO中的目标识别方法

为开展地球同步轨道(GEO)空间目标监视监测试验,上海天文台在2015年研制了具有超大视场的"地球同步轨道带动态监视光学系统样机",样机的有效视场达到100平方度。视场内目标数量众多,如何从复杂的观测图像中有效识别出GEO目标是本文研究的重点。GEO目标相对地面静止,恒星相对地面以15?/s的速度运动,提出相邻帧图像差分与航迹关联结合的方法,通过相邻帧图像差分法去除大部分恒星虚警,利用航迹关联确认目标,并将属于同一个目标的观测点位联结。通过对样机实测数据的处理分析,验证了该方法的可行性和准确性,平均每个观测夜晚,可识别视场内超过50个GEO目标,识别准确率超过95%。

地球同步轨道带动态监视光学系统样机及试验观测结果

地球同步轨道上目标数量多,运动形式多样.为了保障航天活动的安全,有必要开展地球同步轨道目标的动态监测,及时掌握发生在中国专属地球同步轨道带的空间事件.2015年12月地球同步轨道带动态监视光学系统样机正式安装在中国丽江高美古观测站.2015年12月至2016年2月,利用该样机对台站上空地球同步轨道带的样本天区开展了试验观测.结果表明.样机能够对27颗地球同步轨道目标进行连续监测,其中两颗为北美航空航天司令部未编目的目标;目标天文定位的内符精度在方位上约为4″,在俯仰上约为1″.利用多圈次观测结果对轨道进行改进,在无轨控发生时,24 h和48 h点位预报精度在方位和俯仰上分别优于9″和2″.以3颗GEO目标为例,通过实测资料对轨道变化事件进行了初步分析和验证.

空间碎片激光测距与光学测角一体化观测试验

在空间碎片监测领域,漫反射激光测距技术具有更广泛的应用前景。目前,漫反射激光测距处于试验阶段,仅靠单台设备获得的短弧测距数据难以实现目标定轨,这制约了漫反射激光测距技术的应用。根据轨道理论,如果在测距的同时,能够提供目标的切向约束,可显著提高目标定轨的成功率和可靠性。提出激光测距和光学测角一体化技术的方案,以上海天文台60 cm激光测距望远镜系统为基础,通过增加短焦距、大视场的光学照相设备,建立一套激光测距与光学测角一体化的试验平台,并以Ajisai卫星为目标开展了观测。现阶段试验目的为,考察一体化观测的可行性,评估测角精度。结果表明,激光测距与光学测角一体化技术方案可行,Ajisai卫星的测角精度达到5″。

基于单站CCD漂移扫描光电设备的同步轨道目标测定轨

地基光电观测在同步轨道目标监测领域具有重要作用.为评估单站光电设备对同步轨道目标的实际测定轨能力,利用上海天文台佘山站1.56 m望远镜,采用CCD漂移扫描光电技术,对3颗北斗同步卫星开展试验观测,基于卫星精密星历评估目标的测定轨外符精度.结果表明:同步轨道目标的天文定位在方位和俯仰方向上的外符精度均好于0.3″;在单圈次观测情况下,尽管轨道预报精度较低,约为数千米量级,但是观测弧段内定轨精度可优于百米;在多圈次观测情况下,轨道改进效果显著,定轨精度优于50 m,外推至4d的轨道预报精度为百米量级.此外,定量评估了每晚不同观测时间跨度下同步轨道目标的测定轨精度,为单站光电设备实际应用提供了参考.

天文大气折射的较差测量方法及试观测结果

受到大气折射的影响,天文观测上通常回避仰角15°以下的目标的观测,但作为大气折射的完整理论研究,低仰角下的大气折射仍然是值得分析探究的.特别是对某些工程应用方面,低仰角的目标有时必须要观测.提出了一套新的利用较差方法测定大气折射的思路.利用一台较大视场的望远镜从天顶开始,在不同高度上对星空作一系列观测,计算不同天顶距处大气折射函数的各阶导数,最后经数值积分可给出大气折射实测值.该方法不依赖于严格的地方参数和复杂精密的观测仪器,并且观测原理相对简单.2007年底,利用一台简易的大视场望远镜在兴隆观测站进行了试验观测,根据较差方法实测得到真天顶距44.8°至87.5°的大气折射值,初步证明了大气折射较差测量方法的可行性.受到观测条件的限制,本次实测结果精度有限,偶然误差最大约为6″,并且存在一定的系统差.在天顶距84°时,与普尔科沃大气折射表的差值约为15″.如何消除因积分模型误差引入的累积误差是今后需要解决的关键问题.

上海天文台30 cm旋转CCD漂移扫描望远镜的天体测量精度分析

使用刚建成的上海天文台安吉天荒平观测站30 cm旋转CCD漂移扫描望远镜(CCD阵列大小为1528 pixel×1528 pixel,视场约为8.4°×8.4°)观测了6个天区(露光时间为1 s),每个天区观测2次。基于这批观测资料分析该设备的天体测量精度,结果表明:利用"二维修正矩"方法计算星象位置,噪声对星象位置的影响小于0.1 pixel(约2″),最小可达0.03 pixel(约0.6″)。另一方面,以高精度的Hipparcos星表为参考,比较4种模型的归算结果得出:该望远镜CCD观测的非线性特征明显,归算时需要用到3阶(20参数)模型,此时Hipparcos星单次测量的位置精度为1.626″。

基于CCD漂移扫描技术监测地球同步轨道卫星试验

在地球同步轨道卫星监测领域,利用地基光电望远镜的观测是主要的手段。2014年,通过改造中国科学院国家授时中心一台口径35 cm的望远镜,使其具备针对地球同步轨道目标进行CCD漂移扫描观测的功能。介绍了观测资料处理中的目标星象检测提取和天文定位的方法。利用该望远镜开展了地球同步轨道目标的观测试验。试验结果表明,该设备的同步轨道目标观测精度约为0.5″,其中望远镜指向的不稳定性是影响观测精度的主要因素。轨道改进试验表明,相对于仅用单圈次观测结果,利用多圈次观测结果的轨道改进效果明显,其中轨控发生会影响目标的预报精度,在无轨控发生时,24 h和48 h点位预报精度在方位和俯仰上均好于3″。

基于光学测角数据的风云四号同步轨道卫星精密定轨

针对风云四号同步卫星的精密定轨和精度评估需求,首先利用地面光学测角数据对FY-4A卫星进行精密定轨,定轨后方位角和高度角的残差rms分别为0.25"和0.45"。与基于测距数据的轨道相比,位置精度在有测角数据的弧段内小于50 m。进一步联合测角数据和测距数据对FY-4A卫星进行联合定轨,定轨后轨道重叠精度优于15 m。利用联合定轨结果评估了基于测距数据的实时轨道产品精度,可以明显发现轨道精度随着测距数据的积累而逐步提高。

FocusGEO软件系统的设计与实现

FocusGEO是上海天文台自行研制的新一代地球同步轨道动态监视系统,与大部分商用成熟的天文望远镜相比缺乏标准的硬件底层驱动,同时受运行环境的限制,无法设计开发基于Linux的RTS2或基于Windows的ASCOM的全自动软件系统。研究团队针对FocusGEO的特殊需求,自行设计开发了一套基于Windows的软件系统,可实现望远镜自动观测、资料实时处理、数据传输与数据管理等过程。介绍了软件系统的实现框架、整体流程和数据并行处理的原理,并重点讨论图像实时转换与传输和数据实时处理与入库的实现方法。长时间的观测运行表明,软件系统工作稳定可靠,可为非通用望远镜系统的自动控制软件开发提供借鉴。

同步轨道通信卫星占频保轨现象分析与实测

为了应对国际电信联盟对卫星频轨资源的相关规定,卫星运营商可能会选择将卫星送至另一个不同的轨位并连续保持90天来启用该位置的频率指配.这种变轨行为称作"占频保轨",是一些同步通信卫星的常规操作.本文以国际通信组织的INTELSAT系列卫星为研究对象,基于双行根数(TLE)和SGP4/SDP4模型计算了67个INTELSAT(国际通信卫星)的自发射以来的轨道数据,提出了基于密度和k-最近邻的离群点检测来筛选数据野值的方法,提高了数据准确性;对这些卫星的占频保轨行为进行统计和分析,提出我国卫星运营商应充分利用国际规则,维护自身太空权益的建议.

地球同步轨道卫星OCS测量及试验研究

2015年11月，利用国家授时中心骊山观测站50cm光学望远镜对选取的4组GEO卫星进行了连续加密试验观测，处理获取目标的时序光变曲线和相位角序列光变曲线，并利用漫反射模型对卫星的光学反射截面积（OCS）进行计‘算和分析。连续多天观测的结果显示同一目标的光变曲线具有良好的重复性，且OCS变化曲线可作为目标的光学属性进行入库，为目标光学数据库的建立提供参考信息。试验结果表明：卫星的光变曲线与其构型密切相关，与国外研究者的结果比较发现，我们计算得到的卫星OCS大小与卫星尺寸基本相当，但某些目标计算的尺寸明显偏大。这为我们未来建立更为精细的反演模型提供了方向和依据。

FocusGEO望远镜观测地球同步轨道目标的光度特性分类

基于FocusGEO望远镜2017年12月至2019年6月的测光观测数据,开展台站上空地球同步轨道(GEO)目标光度曲线的分类研究。通过对GEO卫星光度曲线特征的统计分析,建立了一种全新的GEO卫星分类系统,确定了各类GEO卫星光度曲线的占比,分析了光度特征类别与卫星平台的相关性。本研究将197颗GEO卫星的光度曲线分为六类,其中约90%的卫星可归为三类:典型类、BSS类和Ekspress类。光度特征分类与卫星平台无直接的相关性,但同一类别中平台相同或相近的卫星,具有相似的光度曲线。该分类系统可为位置相近的多个GEO目标的准确识别提供辅助手段,为目标异常监测和物理特性研究提供依据,对空间态势感知具有重要意义。