基于星表的射电干涉阵成像评价指标研究

为了满足新一代射电干涉阵望远镜对成像结果进行质量评价的迫切需求,文章以仿真数据为基础,通过比较在成像结果上进行源搜寻得到的星表与仿真时所使用的已知参考星表之间的差异,展开对射电干涉阵成像质量评价指标的研究。不同于常用的将两个星表进行交叉匹配并比较匹配源的诸如位置、流量密度等属性的精度,文章提出了使用度量两个元素集或者分布之间差异的推土距离(Earth Mover's Distance,EMD)来量化两个星表之间的差异,以更鲁棒的数值指标评价成像质量,为进一步研究更加鲁棒的射电干涉阵成像评价指标提供了有益的参考,也有助于射电干涉阵望远镜最终获得更高质量的科学数据。

月基甚低频射电干涉仪Tripole天线特性研究

对月基甚低频射电干涉仪所用Tripole矢量有源天线进行理论分析,计算了不同激励下的辐射方向图以及给定方向图时所需的激励。不同于传统的天线阵列方法,单一的Tri-pole(三阵子)天线即可实现对入射波达波方向(DOA)的估计。运用改进的基于单位矩阵束(UMP)和最小二乘法(LS)的算法实现了对Tripole天线达波方向的估计,该算法适用于对入射波不同频率分量的DOA估计,计算量小,且估计精度更高,仿真结果表明了算法的有效性。

空间甚长基线射电干涉测量

本文从干涉原理在天文学中的应用出发,简短回顾了从地面到空间的射电干涉测量历史,概述了世界上第一代空间VLBI计划(VSOP)及其研究成果,展望了未来空间VLBI发展趋势。

射电干涉测量对天文脉泽研究的贡献

天文脉泽已成为一个迅速发展的研究领域，重点评述了射电干涉测量对天文脉泽观测和研究所起的作用。

射电干涉阵GPU相关器的研究初探

射电干涉仪阵列规模的不断扩大使其观测能力越来越强,但与之俱来的密集型数据的实时处理对传统解决方案的性能和成本等带来巨大的挑战,针对该挑战设计并验证了GPU解决方案。首先着重分析了射电干涉仪的相关器在运算和传输等方面的基本需求,然后根据射电干涉阵列信号的特征,尝试了多种GPU相关器模型,通过将相关器的计算任务有效映射为GPU线程模型,显著提高了GPU的利用率,使单GPU的实际计算性能达到了理论峰值性能的77%。最后以我国正研制的天籁计划为依托,开展了多种关键技术的先导实验,为进一步在GPU集群环境下针对大型射电干涉仪的需求研发一套同时兼备成本低、性能高、功耗少等优势的相关器打下了坚实的基础。

水汽辐射计在射电干涉仪中的应用

射电干涉仪通过获取同一天体的信号到达多台射电天线的时间延迟来实现信号相关,并由此组成高角分辨率的射电望远镜,在天体的精细成图以及高精度定位方面发挥了重要作用。在射电干涉仪观测中,大气中的湿性成分——水汽,造成与天体位置和结构无关的额外延迟,具有变化快、规律性低的特性,难以建立精确的模型,因此需要对其进行校正。水汽辐射计是测量大气中水汽含量的重要观测设备,可用于校正水汽引起的时延,纠正射电干涉的相位波动。相比于其他水汽探测方法,水汽辐射计具有更高的时间分辨率。介绍了水汽辐射计的原理、研究进展以及在国内外射电干涉仪中的应用情况,最后展望了水汽辐射计将来的发展趋势。

射电干涉仪中的边带设置

在射电干涉仪中,单边带系统和双边带系统都有广泛的应用。本文主要讨论了单、双边带系统中相关器输出中的条纹相位与本振相位、延迟、仪器相位的关系。特别对多次频率变换系统的相位关系作了论述。并指出了它们的优缺点。

射电天文中大型望远镜阵列研究

射电干涉技术的提高以及大型射电望远镜阵列的出现为射电天文观测提供了很高的空间分辨率和灵敏度,极大地推动了天文学的发展。文中简要回顾了射电望远镜的发展历程,重点介绍了国内外著名的大型射电望远镜阵列及其在射电观测领域的重要作用,并分析了射电望远镜阵列的布阵方式以及单元望远镜中天线馈源的型式。

干涉成像,显微宇宙

与传统的几何成像相比,干涉成像不那么直观,要用复杂的数学方法才能从观测数据重建出目标图像。但是,它的成像分辨率可以突破单台望远镜口径的限制,与望远镜之间的最大基线长度成正比。这使得天文学家可以在现有技术条件下,不断提高成像的分辨率。目前天文干涉阵的角分辨率可以达到毫角秒乃至亚毫角秒级水平,成为探索宇宙多尺度细致结构的有力工具。在发展的历程中,干涉成像产生了一批具有里程碑意义的科学成果。将来,干涉成像也将成为探索黑洞视界、地外行星等一批极具挑战性课题的主要手段。

射电测量卫星及其应用

射电测量卫星，是一种深空探测的有效设备。本文综述了射电测量卫星的新近发展，并对我国如何研发射电测量卫星提出了建议。

基于计算机视觉算法的低频射电干扰快速检测与分析研究

射电干扰(radio frequency interference, RFI)会导致与科学目标相关的天文观测数据损失或质量下降,因此对其进行检测与消除是射电天文观测数据处理的重要步骤之一。低频射电干扰主要来源于人为活动和自然大气现象,如调频广播、航空通信、卫星通信、流星和闪电等。以新疆乌拉斯台的21CMA (the 21 centimeter array)单天线阵的高时间分辨率(约1 ms)观测模式为基础开发出一套用于低频射电干扰快速检测与分析的算法软件。该软件利用信号频谱瀑布图作为输入,主要基于Canny边缘检测算法与Hough寻线算法来识别射电干扰信号。测试结果显示,该软件对参数依赖性低,输出结果准确率约在90%,处理性能有望满足实时处理的需要。观测数据来自2020年1月象限仪流星雨期间进行的约42 h的观测,通过射电干扰检测与初步分析,结果显示在74~110 MHz频率范围内,检测到的低频射电干扰的主要来源很可能是流星余迹的反射信号。

探测宇宙深空的天眼——射电望远镜

2016年9月25日,由中国科学院国家天文台主持建设、有着超级“天眼”之称的500m口径球面射电望远镜FAST（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope）,在贵州省平塘县的喀斯特洼坑中落成,如图1所示,开始接收来自宇宙深处的电磁波.这是目前世界上口径最大的单天线射电望远镜.为了更好地了解FAST,让我们一起来认识射电望远镜.

60年距离测量的演变

新中国成立60年来,距离测量方法所发生的巨大变化是,20世纪50年代末期,光速测距仪和微波测距仪的推广应用,开创了"量距不用尺"的新时代;20世纪60年代中期,测地型激光测距仪的快速发展,将光波测距推向了高精度远测程的新境界;几乎与此同时,卫星激光测距和甚长基线射电干涉测量技术的测地实用化,使得测地工作者能够测量远达数千千米的站间距离;20世纪80年代初期,GPS卫星测量技术的问世,使得测地工作者步入了快速高效"量距不见站"的新天地。距离测量的这种演变,也是测绘科学技术进步的一大缩影。

VLA观测和Observe软件

Observe是用于制订甚大阵 (theVeryLargeArray ,VLA)观测文件的软件。随着中国科学院创新工程的全面推进 ,利用VLA进行观测研究的中国天文学家逐渐增多 ,Observe软件的使用也日益广泛。简要介绍了Observe的主要功能和应用 ;并结合 2 0 0 0年 12月的观测文件 (AH72 1)的制订过程 ,给出了注意事项 。

最大熵与MP-CLEAN方法对扩展源图像重建的比较

在射电综合成像领域,通常需要用退卷积的方法补全频域稀疏的采样。由于扩展源的频域信息更为丰富,要补全这些信息相对于点源来说更难,因此扩展源的图像重建是射电综合成像领域的一大难点。为了探索射电干涉扩展源图像重建方法的特点,将最大熵与一种加速的CLEAN方法(文中称之为Multi-Point CLEAN,MP-CLEAN)对扩展源的干涉阵模拟数据的图像重建进行了比较。通过比较,发现对于同样的观测数据,两种方法都能较好地重建图像,但MP-CLEAN方法的旁瓣祛除效果与重建效果优于最大熵方法,而且在模拟数据重建中MP-CLEAN方法的总体速度比最大熵快3倍以上。最后,在讨论部分通过研究两种方法中参数的选择对重建结果的影响,发现最大熵方法比MP-CLEAN方法对参数选择的依赖性弱,这表明最大熵方法有更好的鲁棒性。

基于ROACH2-GPU的集群相关器研究——X-engine模块的设计与实现

随着射电干涉技术的不断提升,干涉阵列规模越来越大,观测能力逐渐增强,但随之而来的是超大数据的实时处理问题。针对该问题,结合射电干涉仪相关器在数据运算和传输等方面的需求以及射电干涉阵列信号的特征,研制了一套基于图形处理器集群的通用相关器并用于"天籁计划"的数据处理:首先根据射电信号的关联计算特性,按频段将计算任务分配到不同图形处理器节点,并合理均衡各节点网络负载;然后由不同图形处理器节点独立完成各自的计算任务并将计算结果实时送往存储节点;最后按图形处理器集群通用相关器的设计方案成功安装部署系统并根据"天籁计划"一期的需求进行了性能测试。该图形处理器集群相关器计算性能约为理论峰值性能的46%;相对于传统方案的相关器,基于图形处理器集群的相关器具有开发周期短、可扩展性强、部署简单等优势。

宇宙黎明和再电离时期探测进展

宇宙黎明和再电离信号探测是目前运行以及即将建成的低频射电阵列(如平方公里阵列square kilometer array, SKA)的首要科学目标之一。红移z=6~27时期的HI超精细能级跃迁产生的21 cm辐射是进行宇宙黎明和再电离时期探测的最直接而有效的工具,通过探测HI的21 cm信号可以描绘出宇宙第一代发光天体的产生和形成过程,从而研究宇宙从黑暗走向光明的历史。主要介绍近年来宇宙黎明和再电离探测方向的相关研究进展,讨论了在宇宙黎明和再电离探测时期探测中关于前景去除、数据处理方法等相关问题,以及低频射电望远镜在全天总功率测量、功率谱测量方面的研究进展。

基于RASCIL的W-projection和W-stacking并行算法实测研究

在射电干涉阵的大视场成像中,W-projection和W-stacking是两类主要成像方法,本文对这两种成像方法进行了并行实测研究。首先分析了两种成像方法的基本原理框架,在此基础上对两种成像方法并行实现的关键因素进行讨论和分析。利用已经校准的射电干涉阵观测数据对两种成像方法基于射电天文模拟、校准和成像库(Radio Astronomy Simulation,Calibration,and Imaging Library,RASCIL)分别进行并行策略研究和并行计算实验。通过对并行计算时间、并行效率和并行资源配置模式的分析,得到了两种成像方法基于RASCIL(https://gitlab.com/ska-telescope/external/rascil)的并行计算性能,结果表明,两种成像方法都适合采用Strong Scaling的并行资源配置模式进行并行计算,基于RASCIL的W-stacking并行计算还有比较大的性能提升空间。

相关处理系统中的数据再循环技术及实现

介绍一种数据再循环处理模块 .该模块成功地应用在AustraliaTelescopeNationalFacil ity (ATNF)的一套甚长基线射电干涉测量系统 (VLBI)的数据相关处理器中 .