摘要：该文以推进实测天文课程教学改革与提升天文实验教学质量为目标,对太阳塔硬件基础设施进行重新设计与系统优化,研制了一套太阳塔高分辨率光谱观测系统。该系统满足太阳光球、色球层特征谱线的高分辨观测需求,可达到研究太阳黑子和耀斑特性的观测精度。开放式的光路设计与模块化实验平台有助于学生将光学理论与天文实践相结合。文章设计“定标汞灯的光谱拍摄与谱线证认”和“太阳高分辨率光谱拍摄与谱线证认”两个实操型创新实验,从多重视角增进学生开展有关太阳科研的兴趣。实验将实践教学与科学研究充分结合,有效推动了天文实验类课程的教学改革。

摘要：测量经电离层反射的无线电波频率的多普勒频移是一种经典的电离层探测技术.本文介绍了以通用软件无线电平台作为射频前端的新型设备的系统设计、数字信号处理流程及数据后处理的方法.前端输出的宽频带数字信号由计算机软件进行选频、滤波、降采样等处理,具有可随时改变接收频点及数据处理流程的灵活性,并降低系统复杂度和研发周期及成本.本文比较了由快速傅里叶变换和希尔伯特变换两种方法得到的信号多普勒频移量,在电波仅有单一频移分量时,两种方法的结果是一致的;快速傅里叶变换方法能够分辨多个频移分量,而希尔伯特方法的优点则是具有较高时间分辨率.此外,采用多站数据反演了电离层扰动传播速度,把频移得到的多普勒速度与电离层垂测仪观测的电离层虚高的变化进行了对比,验证了该设备的探测能力及数据准确性.该设备已替换升级子午工程一期原设备,并将部署于子午工程二期各观测台站.

摘要：高重频卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)具有精度高、捕获快、观测数据量大、可靠性高等优势。但随着重复频率提升至百千赫兹以上,现有测量时序电路无法达到系统运行处理速度和实时后向散射规避等要求。本文提出超高重频卫星激光测距时序电路设计方法,采用FPGA代替控制计算机进行门控距离实时计算,精确产生门控信号控制探测器开启,并使用了收发交替的方式实时调整激光点火信号以规避后向散射干扰。能够自主完成激光测距中距离门控输出时刻的计算、存储和信号输出,最高工作频率大于500 kHz,满足百千赫兹超高频率测距的要求。该系统已成功应用于上海天文台100 kHz重复率SLR,标准点精度突破200μm,验证了基于FPGA的测距时序电路的正确性和潜力。该电路设计简单、分辨率高、上位机交互方便,为百kHz~MHz的超高重频SLR系统时序控制电路设计提供有效解决方案。

摘要：中国科学技术大学-中国科学院紫金山天文台2.5米大视场巡天望远镜(即墨子巡天望远镜,WFST)是中国科学技术大学“双一流”学科平台建设项目,双方于2018年3月1日召开望远镜项目预研启动会,2019年7月正式开展望远镜建设,2023年8月望远镜建成并开展调试观测,2023年9月17日望远镜首光仪式暨科学战略研讨会召开,并成功发布仙女座星系图片,标志着望远镜设备基本达到设计标准,已经可以开展天文观测研究。墨子巡天望远镜口径2.5米,采用国际先进的主焦光学系统设计和主镜主动光学矫正技术,可实现3度视场范围内均匀高像质和极低像场畸变成像,配备7.65亿像素大靶面主焦相机,具备大视场、高像质、宽波段的特点。墨子巡天望远镜安置于青海省海西州茫崖市冷湖镇赛什腾山海拔4200米的天文台址,是冷湖天文观测基地首个投入运行并开展天文观测研究的大型设备。墨子巡天望远镜通过获取天体高精度位置和多波段亮度观测数据,监测移动天体和光变天体,高效搜寻和监测天文动态事件,可以在高能时域天文、太阳系天体普查、银河系结构和近场宇宙学等研究领域取得突破性原始创新成果。同时,墨子巡天望远镜将面向国家航天强国战略,开展太阳系近地天体等搜寻与监测研究,服务航天安全和深空探测战略需求。

摘要：为实现基线运动和相位控制,空间干涉仪中会包含有大量的折轴光路,它们往往具有很强仪器偏振效应。当各干涉支路的仪器偏振不一致时,系统中出现偏振像差,它会劣化干涉仪的成像质量和干涉条纹对比度,因此对干涉仪的光学设计进行偏振分析与优化非常必要。为此,发展了考虑仪器偏振效应的综合孔径系统干涉成像模型,开发了基于偏振光线跟踪技术和矢量傅里叶变换方法的偏振条纹模拟方法。以一个三孔径菲索干涉仪为例,讨论了折轴光路几何结构和镀膜对干涉仪成像特性和消零干涉对比度的影响。结果表明,例子干涉仪的仪器偏振主要来自折轴光路中的延迟线,它由4个共入射面的45°镜构成。在可见光波段,干涉条纹的轮廓和对比度对折轴光路的几何设计非常敏感。将各干涉臂延迟线的反射面设计为相互平行能够降低偏振像差,使合成光束的成像特性基本达到衍射极限的成像质量。但在可见光波段,该方法难以实现地外行星探测所要求的高对比度。综上,仪器偏振是影响空间干涉仪探测性能的重要因素,空间干涉仪必须采用偏振优化设计以达到期望的高分辨和高对比度观测能力。

摘要：针对FAST促动器群的可靠性问题,提出群系统和群系统可靠性概念,建立以权重值为核心要义的群系统可靠性数学模型。结合FAST,讨论促动器群系统权重值的实际意义,提出促动器权重值及其可用度的计算方法。依据模型,以促动器前期运行和维护数据为基础,计算促动器群系统在2019年3月至8月期间的平均可靠度为0.997 85。通过群系统可靠性理论模型,分析得到了群系统可靠性增长的原理:提高子系统平均无故障工作时间(Mean time between failures,MTBF),降低子系统平均故障修复时间(Mean time to repair,MTTR)。结合工程实际,提出促动器群系统可靠性增长方案:通过先进行多次局部可靠性增长设计和试验,最后集中一两次整体纠正设计和试验的最优性价比可靠性增长过程,以提高促动器MTBF;同时,开发基于故障预测与健康管理(Prognostic and health management,PHM)技术的智能故障诊断与预测系统,将促动器维护模式从被动式事后维护变为主动式状态维护,以降低促动器MTTR。群系统和群系统可靠性理论的建立为FAST促动器群系统可靠性分析与可靠性增长研究提供了理论支撑,为其他类似群系统可靠性相关研究提供参考。

摘要：低频段(<50 MHz)射电观测,是研究射电爆发、恒星形成、宇宙初期状态的重要手段,而我国对该频段相关仪器研究较少.本文从关键器件选型、仿真与设计、接口和通讯、功能模块等方面,对组成地基低频射电观测系统的核心部件——数字接收机与上位机软件进行论述.数字接收机由采集卡和工控机构成,采集卡配置包含AD9265芯片和K7系列现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA).数字接收机探测频率覆盖1~62.5 MHz,接收功率范围-78~-6 dBm,拥有先进的频率分辨率(15.3 kHz)和时间分辨率(0.5~32 ms).为满足射电观测显示与存储需求,研发了具有针对性的上位机软件解决方案.软件支持高速串行计算机扩展总线标准(Peripheral Component Interconnect express, PCIe)数据传输协议,支持实时频谱显示、数据存储和交互操作,具有全频带内强度图显示与图像自动保存功能.自主研制的数字接收机与上位机软件已成功应用于新疆奇台观测站低频(10~50 MHz)射电观测设备,该设备自2021年6月投入运行,捕获多次太阳射电暴事件.将观测结果与澳大利亚Learmonth观测设备对比分析,结果表明,新疆奇台站低频射电观测系统探测精度更为精细、探测频率更低,性能指标位于国际前列.系统后期可开展星-地协同观测,推动我国低频段射电研究.

摘要：龙虾眼X射线聚焦望远镜是未来X射线空间天文观测的重要设备之一,这种设备将成为在各种太阳风条件下研究地球空间环境的有力工具。针对龙虾眼型X射线微孔光学器件有效面积的设计与仿真工作,研究了结构参数与几何收集面积的关系,并基于菲涅耳公式计算了不同膜层材料和表面粗糙度对X射线反射率的影响。利用X射线束流测试设备并采用单光子采集模式完成了有效面积X射线的性能测试。结果表明,龙虾眼型光学器件的有效面积主要由膜层材料与内壁粗糙度共同决定,同时沉积Ir膜后在能量为1 keV的情况下有效面积能从2.15 cm^(2)增大至2.47 cm^(2)。

摘要：针对空间太阳望远镜(SST)卫星上海量的观测数据和在轨存储、下传能力有限的矛盾要求在轨压缩科学数据,本文在分析SST星载CCD图像压缩需求基础上,根据空间环境的限制和国内的设计研制能力,采用基于小波变换(DWT)和稀疏矩阵压缩的压缩算法,设计了星载压缩单元(DCU),并在DSP加FPGA结构的硬件平台上进行算法仿真和系统联试。测试结果表明,DCU可以在6s内对2048×1024pixels的太阳图像进行大于5倍压缩,压缩信噪比(SNR)优于26dB,均满足SST图像压缩需求。DCU实现了星载图像处理系统的国产化设计,已通过验收。

摘要：在我国探月工程四期嫦娥七号任务中,中继星将搭载一个4.2 m口径的X波段抛物面望远镜.该望远镜将与地基望远镜构成具有400000 km空地基线的月球轨道VLBI实验系统,实施地月空间VLBI实验.为尽可能提高空地VLBI基线灵敏度,提出了采用加权全频谱合成(FSC)技术增强地基信号.本文先理论推导了信号合成后的效果及两个望远镜信号合成时的最优加权系数比值.然后设计了VLBI加权全频谱合成算法,并基于实测信号利用网格搜索的方法找到最优加权系数,结果与理论推导相符.最后,利用“嫦娥四号”多组VLBI原始观测信号进行测试.结果表明,本文设计的信号合成算法可以大幅度提高VLBI基线射电源信号的信噪比.