超宽带超高分辨率太阳射电频谱仪的研发

为完成对太阳射电爆发15 MHz~15 GHz频谱的监测,云南天文台研发4套太阳射电频谱仪,频率覆盖范围依次为15~80 MHz,100~750 MHz,600~4200 MHz和4~15 GHz,分别称为十米波、米波、分米波和厘米波太阳射电频谱仪。十米波段太阳射电频谱仪的谱分辨率和时间分辨率分别为7.6 kHz和1 ms;米波段和分米波段太阳射电频谱仪的谱分辨率和时间分辨率分别为9.5 kHz和10 ms;厘米波段太阳射电频谱仪的谱分辨率和时间分辨率分别为76 kHz和10 ms。每套设备包括天线系统、接收机和数字频谱仪。为实现超高谱分辨率,需要的快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)点数最高达到262144,在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)上,通过一个FFT IP核(Intellectual Property Core)不能实现如此高点数的快速傅里叶变换运算。对于大点数的快速傅里叶变换,需要对数据行列分解后做并行处理,从而将其转化为两个小点数的快速傅里叶变换。通过对并行算法的研究,使用Matlab对该算法进行仿真,并应用在数字频谱仪上。数字频谱仪测试结果与仿真结果具备良好的一致性,表明该算法在数字频谱仪上的成功应用。主要介绍太阳射电频谱仪的组成和基于现场可编程门阵列实现超高谱分辨率的方法。

基于里奥滤光器的太阳窄带观测系统全视场频率漂移高精度测量方法(特邀)

针对地基大口径太阳望远镜的基于里奥滤光器的太阳窄带观测系统存在的频率漂移问题,提出了在线全视场频率漂移测量方法,并在NVST高分辨太阳光球观测实验系统进行了实测验证。实测表明,对全视场的频率漂移测量误差RMS小于0.1 pm。利用该方法测得的系统频率漂移可用于校正磁像仪的全视场频率漂移,提高太阳大气的磁场和速度场测量精度。

激光测距中激光功率实时监测系统设计与实现

在激光测距过程中,实时获取激光发射功率数据可为后续数据精度处理分析及激光测距系统故障点排查提供重要依据。通过实时测量激光发射链路中的反射镜透射光,利用前期获取的反射镜透射光与反射镜反射光之间的对应关系,采取相对测量的方式获取实时的反射光功率,达到实时监测激光发射功率的效果,并基于中国科学院云南天文台53 cm双筒望远镜激光测距系统搭建实验平台进行验证。实验结果表明,该激光功率实时监测方法能够在激光发射链路无损耗的前提下实时获取激光发射功率;反射光功率与透射光功率具有良好的线性关系,其Spearman相关系数为0.9991,线性关系稳定可靠,满足长时间激光测距的需求;验证了该方法的可行性,可适用于各类空间目标激光测距的激光功率实时监测中。

太阳偏振图像高分辨重建误差仿真分析

地基太阳望远镜磁像仪在进行偏振测量时会受到大气湍流的影响,导致测量结果不准确。通过同步探测波前像差,对太阳窄带偏振图像退卷积重建的方法可以克服窄带滤光器带来的偏振测量通道光子数水平较低等问题,将高分辨图像重建算法应用到太阳偏振图像的重建中。在重建过程中,波前估计不准确会导致重建的偏振图像受到I的串扰,与真实的偏振信号之间存在一定偏差。为了研究同步重建过程中波前复原精度对偏振图像重建精度的影响,通过建立仿真模型,对不同视宁度和不同波前复原精度下I对偏振信号的串扰进行了仿真。结果表明,偏振图像的重建质量与波前复原精度正相关,在一定的条件下,增加用于图像重建的帧数和降低图像分辨率等方法也可以降低I对偏振信号的串扰。

基于高精度卫星激光测距数据的漂移误差分析与研究

为了降低卫星激光测距中存在的漂移误差,基于卫星激光测距所获得的实测数据推算了卫星回波光子数,结合仿真分析了漂移误差产生的原因与计算方法,将计算得到的漂移误差补偿到测距结果中。选择特定目标持续五年的卫星激光测距数据,用所提方法对测量距离进行修正,修正值为10 ps量级~100 ps量级,最高可在测距数据中补偿掉770 ps的漂移误差。结果表明,使用该方法可以有效降低每圈数据的数据波动,减小了数据中由于能量变化导致的漂移误差,提高了数据质量。

基于丽江10 cm日冕仪的镜面尘埃杂散光研究

利用云南天文台丽江10 cm日冕仪绿线成像系统研究了物镜表面尘埃量级与其造成的散射杂散光强度的关系,获得了散射光随日心距离的分布规律,并对日冕图像进行了修正。得到了不含尘埃散射杂散光背景的日冕图像,提高了数据质量。本文研究有助于研究日冕强度、结构变化趋势,也有助于理解日冕仪内部其他杂散光源,助力我国未来大口径日冕仪的研发。

基于Lyot滤光器的NVST磁像仪光学系统设计

我国1 m新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope,NVST)能够实现优于0.2″的高分辨成像观测,但还不具备高分辨磁场的常规观测能力。很多磁结构和太阳活动都存在于较小的尺度,需要进行高分辨磁场测量。1 m新真空太阳望远镜的台址具备优良的视宁度,若磁像仪具备快速调制能力,并配合高分辨统计重建技术,有望实现亚角秒分辨率的太阳磁场测量。1 m新真空太阳望远镜测量磁场面临的主要问题包括折轴光路带来的时变偏振、望远镜姿态变化和风载带来的光轴偏移以及湍流的影响等多种问题。针对太阳磁场高分辨观测的需求及1 m新真空太阳望远镜面临的太阳磁场测量问题,详细分析了1 m新真空太阳望远镜太阳光球磁场的测量需求,制定了磁像仪的基本参数,提出了偏振分析器需求,设计了光球磁场的高分辨观测方案。最后利用ZEMAX光学设计软件为磁像仪设计了光路,结果显示光学设计能够满足高分辨成像的需求。

窄带可调谐滤光器在太阳磁场测量中的应用

磁场测量是太阳科学观测中最重要的一部分,围绕磁场展开的相关研究是太阳物理的研究热点.磁像仪是一种可以进行高分辨磁场观测的精密测量器件,在地基和空间太阳观测中得到了广泛的应用.窄带可调谐滤光器是磁像仪获得窄带光的核心光学部件,其特性会对磁像仪的性能产生影响.滤光器分为两大类,具体可包括4种结构,不同结构具有不同的性能特征,可根据磁像仪的需求进行选择.本文调研了国内外著名地基、球载、空间太阳磁场望远镜,总结了太阳磁像仪中常用的各种窄带可调谐滤光系统的实现方式,滤光器的结构、原理、轮廓特性以及在磁像仪中的应用场景,归纳了不同太阳磁像仪滤光系统的设计特点和关键技术,以期为未来太阳磁像仪滤光系统的研制提供参考.

快速可调谐Lyot滤光器研制及其在一米新真空太阳望远镜上观测

Lyot滤光器是太阳大气窄带成像观测的关键设备,用于太阳光球磁场测量和太阳色球成像观测。传统Lyot滤光器以波片旋转方式实现谱线扫描观测,谱线扫描速度慢,观测过程中不易消除湍流大气的影响。使用液晶相位可变延迟器替代旋转波片,可大幅提升滤光器谱线扫描速度。针对太阳光球磁场高分辨观测需求,研制了中心波长为5324.19A的液晶Lyot滤光器,该滤光器的透过率半宽为0.1A,透过波长切换时间小于100 ms。利用太阳光谱仪对该滤光器的谱线透过率轮廓进行了定标,并将其安装在云南天文台抚仙湖一米新真空太阳望远镜(NVST)上进行观测验证,获得了高分辨的太阳光球单色像及光球宁静区视向(LOS)速度场。光谱仪测试和NVST观测结果表明,该滤光器的谱线扫描速度和透过率半宽等参数满足NVST的太阳光球磁场和速度场高分辨率观测要求。