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  • 基于Python的自动测光程序设计与实现

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2023-01-18 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:本文基于Python设计和实现自动测光程序。首先扫描文件名实现文件分类;然后进行数据检查、预处理与孔径测光,并保存测光数据;最终由观测者指定目标星与比较星,程序从测光结果中提取相应星等与观测时间等数据,获得基于较差测光法的光变曲线。为解决数据提取中星图匹配问题,提出自动追踪移动目标的基于向量特征星图匹配算法,能自动匹配偏移较大的星图,并跟踪不断移动的小行星。使用本程序分别处理双星和小行星观测数据,并与IRAF(Image Reducation and Analysis Facility)测光结果比较,测光结果最大偏差分别为0.04mag和0.043mag,标准偏差分别为±0.005mag和±0.007mag。

  • 基于容器的脉冲星数据处理软件部署与测试

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2023-01-18 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:随着天文观测技术的飞速发展,天文数据处理软件日趋复杂,天文数据处理环境的部署与管理日渐繁琐。利用容器技术将脉冲星数据处理环境封装成容器镜像并建立私有镜像库,科研人员可以根据数据处理需求选择镜像,实现数据处理环境的快速部署。利用实体计算机、虚拟机和容器中对脉冲星基带数据进行相干消色散处理,对比不同平台的资源利用率与数据处理效率。实验结果表明,容器的性能与实体计算机相近;在多任务并发的数据处理测试中,容器的资源分配更加合理,相较虚拟机可以提高计算资源利用效率。在新疆天文台脉冲星数据处理服务器上实现了基于容器的数据处理架构部署,设计并开发了容器管理图形用户界面,通过优化多用户登录、身份验证、数据卷挂载管理等功能,提高利用容器技术进行天文数据处理的效率。

  • 平谱射电类星体 3C 454.3 中长周期有效谱指数特性研究

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2023-01-17 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:耀变体是一种非常活跃的活动星系核,研究它的有效谱指数是认识其内部结构和辐射机制的有效方法。文中数据采用目前已公布出的SMARTS数据库数据,共682组具有B,V,R,J,K波段的准同时性的观测数据,用LombScargle Periodogram(LSP)方法研究了其有效谱指数的特性,结果得出3C 454.3光学和红外波段光变之间呈正相关;光学和红外波段光变存在2个主导周期,分别约为1.2yr,4.5yr;双黑洞结构模型中双黑洞质量比为2/1

  • 倒“V”型栅板偶极子天线设计

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2023-01-17 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:射电天文在HF-VHF频段采用天线组阵的方式进行观测,根据平方公里阵(Square Kilometre Array, SKA)的要求,每个阵列单元天线的增益、结构一致性、稳定性、阻抗变化趋势和极化纯度等方面需要达到较高指标,才能满足太阳、木星、再电离纪元等多种测量在极化测量、天线跟踪稳定性以及接收机宽带匹配等方面的需求。根据SKA requirement 2165:极化纯度(polarization purity)2135–38 和每极化方向灵敏度(sensitivity per polarization)2814–15提出的性能需求,以及在总结原有设计的经验后,针对10-90MHz频段,设计了一种适用于HF-VHF的新型倒“V”型栅板偶极子天线,具有重量轻,风阻小等优点,在10-90MHz的超宽频段内阻抗变化缓慢、极化纯度良好。其中,在阻抗变化方面,天线的阻抗实部从0.8Ω到631.132Ω变化,优于低频射电阵列(Low Frequency Array, LOFAR)的低频阵列天线,降低了接收机匹配难度和噪声;极化纯度方面,天线整体轴比小于0.41dB,对于太阳射电爆发等强极化信号具有良好的极化隔离度。

  • 氢原子钟的数字温控设计

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2023-01-17 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:该设计的目的是实现氢原子钟的数字温度控制。基于温度检测和控制的基本原理设计一套有两级控温(包括氢钟内炉和外炉)的恒温控制系统,温度控制系统主要由电桥电路、模数转换电路、温度计算和比例积分微分(Proportional-Integral-Derivative,PID)控制系统,脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation ,PWM)输出电路、加热丝组成。在环境温度21℃到25℃时,实现了数字温控系统0.002℃的温度稳定度,证明了数字电路对氢钟控温的可行性。

  • PRESTO单脉冲搜索的算法优化及其并行化

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2023-01-17 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:快速射电暴(Fast Radio Burst, FRB)及旋转射电暂现源(Rotating Radio Transient, RRAT)等一些没有明显周期性的天体发现以来,单脉冲搜索受到研究人员广泛关注,同时随着射电望远镜设备日趋完善,更高分辨率和更广阔的观测空间产生的观测数据量剧增,加快对观测数据的处理迫在眉睫。介绍了PRESTO (PulsaR Exploration and Search Toolkit)中单脉冲搜索,使用Cython编程方式对单脉冲搜索中去趋势算法进行优化,并通过Ray框架实现单脉冲搜索在中央处理器(Central Processing Units, CPU)上并行化。实验结果表明,算法优化后的单脉冲搜索并行化,能明显提升搜索程序性能,显著缩短数据处理时间,同时该并行策略仅基于中央处理器,无需修改代码即可在纯中央处理器环境下实现高性能数据处理。

  • 4阵元微带天线阵列试制与测试

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2023-01-17 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:将阵列天线放置于射电望远镜焦平面处,结合波束合成网络,可以同时观测一片天区、实现更大视场覆盖。由于需要对各个阵元的幅度和相位进行调控,阵列天线实际就是一个小型相控阵,因此在做阵列设计时,除需结合反射面焦面场分布及望远镜拟实现的视场以外,阵列自身的性能验证可参照传统相控阵进行。本文设计并加工了工作在1.27GHz的2×2矩形排布微带贴片天线阵列,阵元间距为0.7倍波长。经实测,各端口S11均在-10dB以下,4阵元合成后波束增益为12.54dBi,通过为对应阵元添加理论偏移30度的延时线,实测阵列的波束扫描角度为28.3度。上述实测数据与仿真结果相比虽略有差异,这和阵列加工及馈电端口焊接有关,但相关工作为之后更多阵元的阵列天线设计、研制及测试积累了经验,尤其对性能验证具备较好的指导意义。

  • 中国古代天象记录数据库的设计与实现

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2023-01-17 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:中国古代天象记录是世界上独一无二的天文观测数据宝库,具有十分重要的科学价值。近年来,随着天文观测与理论的快速发展,对历史超新星、太阳活动周期等问题的研究有了许多新的进展。但古代天象记录的整理工作还停留在上世纪八十年代末的水平,在信息利用方面存在检索不便、文献不全、缺乏相应分析等问题,已难以满足天文研究工作的需要。基于面向文档数据库、全文检索、语法分析、Web等技术,设计开发了中国古代天象记录数据库,实现了对古代天象记录中各类科学和文史信息的数字化存储与检索。这一基础平台的建设和研发为中国古代天象记录更好地为全世界天文学家服务,促进对古代天象记录的校勘、证认、利用等多学科交叉研究打下了基础。

  • 中国SKA区域中心原型系统 -- 软件平台

    分类: 天文学 >> 天体物理学 提交时间: 2023-01-06

    摘要:

    平方公里阵列(Square Kilometre Array, SKA)射电望远镜将在多个科学方向取得革命性的突破, 而SKA软件系统是影响科学产品的关键因素之一. SKA区域中心是天文学家进行SKA数据分析、科学研究和学术交流的平台. 处理SKA科学数据的软件环境需要具备通用性、灵活性和高适应性. 中国科学家已经建成了中国SKA区域中心原型机, 部署了被大型超级计算机广泛使用的作业调度系统, 并安装了能够处理当前主流射电望远镜观测数据的天文软件, 还部署了多个科学数据处理管线, 以方便不同科学方向的观测数据的自动化并行处理. 本文介绍了中国SKA区域中心原型机的软件平台和处理SKA先导望远镜数据的管线, 包括低频连续谱成像管线、谱线成像管线以及甚长基线干涉测量数据处理管线. 国内外用户已经基于该平台成功开展了SKA相关科学研究. 该平台的建设和运行为未来全面建设中国SKA区域中心提供了宝贵的实践经验.

  • 扩束光学系统的自动温度补偿机构设计

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2022-12-05 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:扩束光学系统对温度有较高的敏感度,为了减小温度对光学系统的影响,设计了一种自动温度补偿机构。该机构通过材料之间热膨胀系数的不同进行相互补偿,从而保证镜间距的稳定性,并且通过ANSYS软件分析扩束系统温度从20℃升高到30℃,40℃和50℃时,主次镜镜间距的变化量,最后通过ZMAX软件对变化后的系统进行光学仿真分析。分析结果表明,不采用自动温度补偿机构设计,扩束光学系统主次镜镜间距分别变化0.02722mm,0.05443mm和0.08164mm,系统波前误差均方根(Root Mean Square,RMS)从0.0013λ变为1.3898λ、2.7782λ、4.1656λ(λ=632.8nm),无法满足光学成像质量要求;而采用自动温度补偿结构设计后,扩束光学系统主次镜镜间距分别变化0.00005mm,0.00009mm和0.00014mm,系统波前误差均方根从0.0013λ分别变为0.0026λ,0.0046λ和0.0072λ,仍然可以满足光学成像质量要求。因此该自动温度补偿机构可以有效地抑制大温差对扩束光学系统成像质量的影响。

  • 原子时尺度分析研究

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2022-11-22 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:守时型原子钟主要包括氢原子钟和铯原子钟,为进一步探究不同类型守时原子钟计算时间尺度相关性能,本文开展全氢钟及氢铯联合时间尺度研究,文章首先依据国际权度局BIPM发布的d公报将氢原子钟进行分类,针对分类结果分别运用原子时尺度理论方法计算全氢钟时间尺度,并给出分析结果。随后计算全铯钟时间尺度,并分析探究两种不同的氢铯联合钟组时间尺度。结果表明,基于频率漂移量较小的氢钟组形成的时间尺度波动范围小,且稳定度优于频率漂移量较大的氢钟组形成的时间尺度。氢铯联合形成的时间尺度稳定度优于全铯钟时间尺度,不同的氢铯联合钟组计算得到的时间尺度结果相近。

  • 基于定标和图像处理的数字相机串扰图像修正方法

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2022-11-22 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:针对多通道数字相机因信号串扰导致的输出图像重叠问题,基于自行研制的四通道CCD数字相机系统数据,对串扰系数进行了追踪测试,发现串扰系数与输入信号强度和系统读出速度有特定的规律。对于这类系统噪声类串扰,提出了一种基于定标和图像处理的串扰图像修正方法。该方法通过定标建立串扰比例系数与像素DN(Digital Number, DN)数的关系,再由串扰通道反推被串扰通道的干扰量,通过还原算法进行系统差修正,最终消除串扰。测试结果表明,经过该方法修正后的图像,串扰程度可降至基底白噪声量级,图像质量得到大幅改善。该方法对成像系统中因硬件工艺缺陷造成的固定图案噪声的消除有显著效果,对系统噪声类干扰也有抑制作用,在实际应用中可作为一般成像系统优化图像质量的补充。  

  • 费米耀变体的射电波段周期性光变研究

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2022-11-17 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:运用REDFIT方法对4个费米耀变体的MOJAVE(Monitoring Of Jets in Active Galactic Nuclei with VLBA Experiments)15.3 GHz观测数据进行了周期分析,发现0851+202存在1.77年的周期成分,1308+326存在8.69年的周期成分,1641+399存在2.04年的周期成分,2251+158存在7.65年的周期成分,且这些周期成分的置信度均大于99%。运用超大质量双黑洞模型和螺旋喷流模型对这些周期成分进行了解释,并估算了这4 个耀变体的中心黑洞质量为109M~1010M

  • 多模型融合的对流层天顶延迟估计方法

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2022-11-17 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:为提高对流层天顶延迟(Zenith Tropospheric Delay,ZTD)估计精度,基于传统对流层天顶延迟建模思路,提出Saastamoinen,Askne和GPT3多模型融合的对流层天顶延迟估计方法。分别采用Saastamoinen和Askne模型估计干延迟和湿延迟,并引入GPT3模型提供温度、气压、水汽压、大气加权平均温度和水汽垂直递减率气象参数。利用全球大地测量观测系统(Global Geodetic Observing System,GGOS)Atmosphere和国际GNSS服务机构(International GNSS Service,IGS)提供的亚洲区域66个IGS站的2016-2018年对流层天顶延迟数据对本文方法进行评估,结果表明,以GGOS Atmospheres数据为参考时,Sas+Ask+GPT3模型精度(RMS:4.53cm)较同等条件下的Sas+Ask+UNB3m和Sas+GPT3模型分别提高约29%和19%,以IGS 对流层天顶延迟数据为参考时,Sas+Ask+GPT3模型精度(RMS:4.35cm)较另两种模型分别提高约25%和14%;Sas+Ask+GPT3模型误差具有冬季小而夏季大的季节性特征,且夏季误差明显低于另两种模型;在空间分布上,模型误差随高程或纬度的增加而降低。研究表明,本文方法可用于亚洲区域对流层天顶延迟的高精度实时修正。

  • 遮挡效应的太阳射电观测和仿真

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2022-11-17 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:遮挡效应是多天线复杂系统设计一个重要考虑因素。国家重大科技基础设施项目子午工程二期建设完成后,明安图台站各类天线总数将达到373套。受限于测试场地、模型复杂度和计算量,特别是对电大尺寸障碍物的遮挡效应通常很难实测和预测。明安图台站太阳射电望远镜MST在2017-2020年S/C/X频段的观测数据,显示了以20m天线和远方丘陵为障碍物的遮挡效应,并可分为天线、大气和丘陵三个不同特性区域。基于ITU-R P.526-15建议书单刃峰绕射损耗预测方法,进行20m天线反射面仿真建模和近似计算。观测和仿真的结果显示绕射损耗随频率变化趋势基本一致,遮挡效应与波长、障碍物特性及其相对源和接收天线的距离和角度、接收设备的天线波束和动态范围等有关。

  • 基于神经网络的半接双星测光解轨方法

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2022-11-17 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:半接双星对于研究相互作用双星的形成和演化有着重要意义。随着大规模时域巡天时代的到来,预计将发现大量此类天体。针对海量的时域观测数据,需要一种快捷的建模工具对半接双星开展自动化光变曲线分析。基于神经网络构建了半接双星快速测光解轨模型。该模型根据光变曲线和已知的主星温度对半接双星的轨道进行建模,获得其轨道倾角、相对半径、质量比和温度比等4个基本参数。结果表明,半接双星神经网络解轨模型能够快速地对一条光变曲线建模。在测光误差小于光变曲线振幅1%时,模型对于轨道倾角接近90°、温度比约为0.6、光变振幅为1.84mag的半接双星的轨道倾角、相对半径、质量比和温度比的测量误差分别为1.251、0.004、0.008和0.003。另外,模型应用在Kepler实测光变曲线的结果表明,模型能够较为准确地对脉动食双星的光变曲线进行建模(拟合度可达0.9以上)。此外,该模型作为一个通用工具可以迁移到不同测光巡天项目上。

  • 相对的时空标度和绝对的时空背景

    分类: 物理学 >> 地球物理学、天文学和天体物理学 分类: 物理学 >> 电磁学、光学、声学、传热、经典力学和流体动力学 分类: 天文学 >> 星系和宇宙学 提交时间: 2022-11-03

    摘要:本文以物理学中标准钟和标准尺的定义实质和爱因斯坦的相对论物理为基础,从自然哲学层次出发讨论了物理的时空观。提出在已有的时空标度的概念基础上,应该进一步明确区分时空标度和时空背景。根据爱因斯坦相对论的实际逻辑可以作如下理解,满足相对论性变化的是时空标度,而时空标度是人为地根据物质实体中发生或存在的固有物理事件定义的,时空背景作为反映时空标度的长短或大小变化的必备基础和参考背景,应该是绝对的。空间标度的长短尺度在本质上应该理解为固有物理事件在空间的绝对背景上截取的线段的长度。最后以此时空观为基础,探讨了经典力学框架下的质点动力学方程,自然地得出了新形式的质点动力学方程。新动力学方程可以直接应用到任何实际的,(相对宇宙绝对背景)无转动的参考系中。而惯性力的本质正是作用到参考物体上的真实受力。这一经典质点动力学改造的本质是修正了牛顿第二定律传统体系中存在的一个理论缺陷。然而,可能更为重要的是,在形式上具备明显优越性的新质点动力学方程反过来强烈地暗示了时空背景的绝对性。文章最后结合广义相对论的引力几何化思想,探讨了引力对时空标度的物理效应。

  • 基于时间频率数据平台的数据分析研究

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2022-11-01 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:时间频率数据资源是国家重要的信息资源,时间频率数据平台设计依托国家授时中心运行产生的时频数据、国际权度局(Bureau International des Poids et Mesures ,BIPM)、国际地球自转服务机构(International Earth Rotation and Reference Systems Service ,IERS)公布的时间频率相关数据等实现。该数据平台可为守时技术研究提供丰富的数据资源支撑,首先介绍时间频率数据平台的建设情况,随后利用数据平台汇交的本地守时系统比对、远距离链路比对数据开展守时技术研究,包括原子钟状态评估,主要分析原子钟异常跳变情况,研究跳变数据处理方法,针对不同类型守时钟,分析对比波动情况、稳定度等原子钟性能指标,此外基于ARIMA模型开展钟差预报研究。以上研究结果可为守时系统连续可靠运行提供重要参考。

  • 利用图像相关性搜寻运动目标

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2022-10-21 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:在天文图像处理领域,图像减法技术得到了广泛的应用。由于不同的大气条件、不同的曝光时间和不同的滤光片等原因,两幅图像无法直接进行图像相减。本文提出一种新的图像减法算法,其本质是从统计学意义上利用相关性消除两幅图像之间具有相似流量分布的部分,并保留具有不相似流量分布的部分。该算法执行速度非常快,是数值稳定和局部独立的。基于本文的算法,使用Python语言作为接口,C语言作为底层实现开发了一套图像减法代码。使用该算法以及其他三种类似的算法来处理天文图像。试验表明,该算法能够在很短的时间内找出两幅图像之间的差异,并快速定位运动目标,同时具有良好的鲁棒性和位置测量稳定性。

  • 空间主动型氢脉泽多段式C场设计与仿真分析

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2022-10-17 合作期刊: 《天文研究与技术》

    摘要:为降低氢脉泽由C场不均匀导致的跃迁频率相对变化率,提出了三段螺线管和四组线圈两种C场组件设计。利用轴线上磁场的高阶展式计算了L=0.05-0.5的三段螺线管构造匀强磁场时的安匝比以及螺线管间距,并选择L=0.2-0.45的三段螺线管进行了磁场的有限元分析,给出了不同宽度的三段螺线管磁场非均匀度分布。其中L=0.45的三段螺线管在储存泡区域的最大非均匀度为0.105%,相应的跃迁频率相对变化率为1.02×10-13 。采用相同的方法计算了四组线圈以及五组线圈构造匀强磁场时线圈间的安匝比和间距,并对线圈内的磁场进行了有限元仿真,给出了非均匀度分布,四组线圈式C场筒内磁场在储存泡区域的非均匀度最大值为0.066%,相应的跃迁频率相对变化率为6.42×10-14