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-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。

采用VC++的射电望远镜控制软件在Windows XP下的设计和实现

射电望远镜控制软件的主要功能是控制射电望远镜精确、实时的跟踪指定目标,本文介绍了Windows XP系统下基于Visual C++的射电望远镜控制软件的设计,重点叙述了软件的功能、通信方式、图形界面的实现[2]。

基于Matlab/Simulink的天线系统自适应滤波器的仿真实现

为了使天线系统接收和显示的信号更清晰,达到消除系统噪声和电磁干扰的目的,针对中国科学院新疆天文台南山观测基地对射电天文观测和深空探测(探月工程和火星探测)的特殊要求,利用Matlab/Simulink强大的数值计算与仿真功能实现了一种依据自适应方法滤除噪声的滤波器。首先选择脉冲星1910+0728和1913-0440的观测信号为滤波参考信号。在Matlab上通过编写M文件设计了滤波算法并有效滤除了噪声。然后运用Simulink进行建模仿真,通过不断改变系统阶数与步长找到了滤波效果最好的自适应滤波器,确定了其最优参数为8阶,迭代步长为0.005。实验表明在这种阶数和步长下,滤波器能在保证快速滤波的前提下有效地还原接收信号的轮廓,将偏差降到最小。仿真最终结果表明自适应滤波器滤波效果良好,实用性强,满足了射电天文观测和探月的需求。

基于模糊PID控制的激光定位自动换馈控制系统(英文)

馈源是天文观测的核心设备,馈源的可靠更换和精确到位对接收微弱的射电信号有着至关重要的意义。以25 m大型射电望远镜为背景,设计了一套基于模糊PID控制的激光定位自动更换馈源控制系统,实现了对高频仓馈源的远程控制、快速精确定位和实时数据采集以及现场监控功能。论文在说明整个系统硬件架构的基础上,详细介绍了采用的模糊PID控制算法以及激光定位技术,仿真结果表明模糊PID算法的控制性能明显优于常规PID控制器,响应快、超调小、鲁棒性强,可提高馈源定位的精度和稳定性。

模糊控制器在25米天线副面调节中的应用

以新疆天文台南山25 m天线改造计划为背景,为达到通过副反射面补偿方法提高天线整体电性能以及自动换馈的目的,详细研究了基于模糊控制器的天线副反射面调节系统。以六自由度并联平台伺服系统为被控对象,运用Simulink仿真软件对模糊控制器进行了在无噪声阶跃输入、有噪声阶跃输入、无噪声弦波输入和有噪声弦波输入条件下的系统仿真,并进行了详细的误差分析,得到了性能最优的系统模型参数,同时得到了在模糊控制器作用下的副反射面调节系统的基本运行性能参数:在弦波信号作用下系统响应误差小于等于0.09 mm,在阶跃信号作用下系统稳态误差为0.001 1 mm,且调节时间约为0.3 s。实验结果表明基于模糊控制器的控制系统整体性能良好,能快速、稳定、准确地完成副反射面调节任务,进而提高天线的整体电性能,满足天文观测和深空探测对数据准确性和系统可靠性的要求,具有一定的应用价值。

QTT主动面系统控制网络初步设计

110 m口径全可动射电望远镜(Qitai radio Telescope,QTT)使用主动面调整技术修正天线因重力、温度等造成的天线表面形变,提高天线高频工作下的接收效率。主动面系统作为一种多节点控制网络,需要对其通信技术及网络拓扑进行合理设计,满足功能和性能的需要。通过分析国内外采用主动面技术的大口径射电望远镜的控制网络形式,并对比了典型工业以太网与现场总线的优劣,采用工业以太网作为控制网络的通信协议。分别基于Ethernet Powerlink和EtherCAT两种工业以太网技术设计了QTT主动面分布式控制网络。

面向天文领域的本体设计与实现初探

针对天文领域的实际情况,提出了一套面向天文领域的本体构建方法。通过确定核心类,建立了类的层次结构,定义类的属性,创建实例以及对领域本体进行建模的过程,完成了天文领域本体的初步设计。采用开源的protégé本体编辑软件构建了天文领域本体模型,详细说明了天文领域本体构建的全过程并描述了类、类的属性及类与类之间关系的定义,为天文领域的应用积累经验。

基于XML的天文软件设计方法

分析了基于XML进行软件设计的方法,并在乌鲁木齐天文站的数字钟软硬件改造中成功地运用了该方法。给出了天线控制程序中时间采集的基本方法。使用FT206数字钟,在计算世纪数时淘汰了复杂的数学公式,年月日的计算直接从儒略日推算,避免了天线控制计算机设置UT时间的复杂性。运用了基于XML的设计方法,使各种软件设计方法得以统一,便利交流和协作,容易发布,方便软件设计师和程序员协作,使基于Internet的软件开发模式成为可能。最后展望了基于 XML的设计方法的发展趋势。

基于有限元方法的25m天线座架结构热特性分析

通过对南山站太阳照射情况的研究,借助有限元分析软件得到天线座架在太阳照射作用下的瞬态温度场分布和热变形情况。建立天线有限元模型,计算在夏至日晴天无云情况下天线受太阳辐射、空气对流和周围环境长波辐射等边界条件下天线座架在不同时刻的热流密度曲线及温度分布;并对温度场分析结果与座架结构做热-结构耦合分析,得到天线座架的热变形分布。结果表明:在太阳照射作用下,不同时刻座架结构中各条梁的温度变化较大;同一时刻不同的梁的温度分布也有明显差异,最大温差可达9℃;热变形量的RMS最大可达1.8 mm,严重的影响到天线的指向。

轨道不平度对天线指向的影响分析与修正

基于天线轨道不平度对望远镜指向的影响机理,测量并分析采用整体焊接轨道技术后的乌鲁木齐南山26 m射电望远镜(NanShan Radio Telescope,NSRT)天线轨道误差的分布情况及对指向的影响,从而对指向模型进行修正.采用移动最小二乘法(Moving Least-Squares,MLS)将测得的天线轨道高度差拟合成一个闭合的轨道高度分布曲线,确定因轨道不平度影响的天线方位轴偏差,对比实测天线座架变形的方位轴偏差,发现二者具有较强的相关性.考虑到天线座架重力变形的偏差包含南北向和东西向偏差,建立新的指向偏差模型进行校正.最后通过对已知校准射电源进行扫描测量,将指向偏差数据进行拟合.结果表明:新建的指向修正模型能够抑制已知指向模型偏差中的正弦分量,从而说明所建模型很好地反映了天线的指向偏差并对偏差具有一定修正作用.

基于ASHRAE晴空模型的25米天线面板热特性分析

天线面板在长时间的日照作用下,会因为热作用产生变形,了解天线面板的热变形,关键在于确定面板的温度场分布。在日照作用下,同样考虑天线自身的遮挡,其面板热分布显得比较复杂,难以确定。基于ASHRAE晴空模型,结合北京晴空模型的系数迭代回归公式,重点考虑了天线面板在夏至日受太阳辐射、与空气对流换热以及周围环境长波辐射等条件下的热流变化情况,利用有限元分析软件对天线面板在该天的温度场进行了数值模拟,给出了面板温度随时间的变化规律,有助于更好地了解天线面板变形和天线指向的校准。

25m射电望远镜自动换馈系统模糊控制策略的软硬件实现

乌鲁木齐天文站25m射电望远镜的换馈系统是基于精确数学模型和传统控制策略实现的自动控制系统,由于设备老和更改,系统不能正常工作。随着计算机软硬件技术迅速发展和模糊理论的提出完善,在一些特定的环境下,模糊控制策略实现的控制系统取得非常好的效果。自动换馈系统的运行环境比较封闭,比较容易获得控制经验,因此选择基于PC硬件和Windows2000/XP平台,采用模糊控制策略来实现对馈源的更换。

Linux操作系统下射电望远镜控制软件的开发

Linux操作系统具有许多Windows操作系统无可比拟的优点。天线控制单元是射电天文观测设备的一个重要组成部分。本文主要介绍了Linux操作系统下基于QT4的射电天文望远镜控制软件的设计与实现,重点介绍了应用QT4的信号与槽机制实现软件的系统结构及集成设计。

上海天文台VLBI站主测观室实验环境监控系统

本文介绍了上海VLBI站自行研制的实验环境监控系统。同时指出,环境温度、相对湿度及电网电压等参数是影响实验设备正常运行的主要因素。

25m射电望远镜驱动柜实时监视系统

射电望远镜驱动柜监视软件调用MSComm控件对实现25m射电望远镜天线系统上位机与下位机之间的串行通讯;调用WinSock控件实现远程网络监控的功能;同时加入驱动柜历史工作状态记录、浏览、报警等功能。软件自动挂接Excel作为文件处理系统,可以对驱动柜历史工作状态记录进行附条件筛选、查找和图表生成。时钟消息确保监视的多台电机参数同步显示。经实际测试达到了对射电望远镜驱动柜工作状态监视的要求。

天线轨道变形精密测量与指向偏差模型研究

为获取乌鲁木齐25m天线轨道的变形状况以及轨道变形对天线指向的影响,采用精密水准测量和水平测量方法,精确测量了轨道面高程与指向偏差,分析了两种数据的相关性,并给出了天线指向偏差模型。从模型对实测数据的拟合情况来看,所建模型很好地反映了天线指向偏差。

卡氏天线副面补偿技术中副面焦点坐标调整量的高精度数据拟合

基于新疆110m射电望远镜预研项目、南山天线改造计划和国家对航天领域的战略需求,对大型卡氏天线主面板变形的副面实时补偿作了深入研究。简单介绍了副面补偿的理论模型并用静力分析法得出若干特殊仰角下的调整量,进而运用MATLAB对调整量进行了高精度的数据拟合。给出了线性最小二乘法和正交多项式最小二乘法2种拟合方法拟合模型方程,通过误差分析从不同方面对比了拟合方法的效果,在阶数为4、精确至小数点后15位时,2种拟合方法的误差差值数量级为10-13 mm,且小于零。最终选择并应用精度更高的正交多项式最小二乘拟合方法在特定的俯仰角度范围内生成了部分调整量数据,为副反射面在任意俯仰角下的补偿过程创造了条件,满足了天文观测和航天深空探测对数据准确性和系统可靠性的要求,具有一定的实用性。