基于立体方向图和十字跟踪扫描法校准天线指向
发布时间：2021-04-19 06:01
针对明安图射电频谱日像仪（Mingantu spectral radioheliograph, MUSER）天线高指向精度动态跟踪要求,同时为降低非理想因素对复杂系统天线指向测量影响,提出校准天线指向的组合方法.先用网格法测量天线的双圆极化多频率通道立体方向图定性评估系统测量链路状态,后对太阳运行轨道进行十字跟踪扫描测量天线指向偏差,再用最小二乘法拟合获得天线指向模型的8个参数.国家天文台明安图观测基地的2台20 m地平式天线将在MUSER系统观测和校准中起重要作用.对20 m天线跟踪指向进行了校准,指向偏差均方根从12’改善到4.4’,验证了方法的可行性,为类似复杂系统的相关工作提供了借鉴和参考.
【文章来源】：电波科学学报. 2019,34(02)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图２十字跟踪扫描时间和指向对应关系Ｆｉｇ．２Ｔｉｍｅｖｓ．ｐｏｉｎｔｉｎｇｉｎｃｒｏｓｓｓｃａｎｎｉｎｇ
ｂ）中接收功率值反映了天线指向的偏离，红色和黑色线分别表示天线指向偏离和理想情况．太阳轨道可精确计算，由天线指向无偏时扫过太阳接收功率的理想最大值时间和有偏时实际记录的最大值时间以及天线运动速度，可计算出偏差，因此接收系统记录观测数据要有精确的时间标签．图２给出测量中的时间和十字扫描指向对应关系．十字跟踪扫描太阳轨道时，天线指向有偏一方面反映在接收功率最大值时间与无偏时不一致，另一方面功率峰值对应方位俯仰方向的偏差大小有高低起伏．图３中给出沿太阳理论运行轨道（红线，２０１８．０３．１４）跟踪扫描的轨迹（蓝线）．图４天线监控界面实时显示了２０ｍ天线沿太阳轨道跟踪目标和沿太阳轨道十字跟踪扫描轨迹．（ａ）单十字扫描轨迹示意图（ａ）Ｓｉｎｇｌｅｃｒｏｓｓ－ｓｃａｎｃｅｎｔｅｒｅｄｏｎ（ｂｌａｃｋｌｉｎｅ）ａｎｄａｗａｙ（ｒｅｄｌｉｎｅ）ｆｒｏｍｔｈｅＳｕｎ（ｂ）天线指向修正前（左）、后（右）接收功率值（ｂ）Ｒｅｃｅｉｖｅｄｐｏｗｅｒｖａｌｕｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｏｆａｎｔｅｎｎａｐｏｉｎｔｉｎｇ图１十字跟踪扫描修正天线指向原理Ｆｉｇ．１Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｐｏｉｎｔｉｎｇｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｃｒｏｓｓｓｃａｎｎｉｎｇ图２十字跟踪扫描时间和指向对应关系Ｆｉｇ．２Ｔｉｍｅｖｓ．ｐｏｉｎｔｉｎｇｉｎｃｒｏｓｓｓｃａｎｎｉｎｇ图３沿太阳运行轨道十字跟踪扫描轨迹Ｆｉｇ．３Ｃｒｏｓｓｓｃａｎｎｉｎｇａｎｄｔｒａｃｋｉｎｇａｌｏｎｇｓｏｌａｒｏｒｂｉｔ
上局部很小的变化对测量影响不大．在分米波段观测太阳，一般不考虑大气的影响．扫描网格在以太阳理论位置中心对称的±５°范围，网格步距可调，计算每个网格点指向坐标，控制天线扫描网格．采用０．１°步距时共１００×１００个网格点，扫描时间约３ｈ．利用ＭＵＳＥＲ低频阵接收系统，可同时获得４００～２０００ＭＨｚ内６４个２５ＭＨｚ带宽左、右旋圆极化的６４×２个自相关功率立体方向图．立体方向图和指向偏差测量系统组成见图６．图６天线测量系统框图Ｆｉｇ．６Ｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｏｆ２０ｍａｎｔｅｎｎａａｎｄＭＵＳＥＲ４．５ｍａｎｔｅｎｎａｓ２立体方向图测量用２０ｍ天线和ＭＵＳＥＲ低频阵接收系统对宁静太阳、同步轨道卫星及强射电源ＣｙｇＡ进行立体方向图测量．图７为以两颗地球同步轨道卫星的位置为中心位置的左、右旋圆极化立体方向图．同步轨道卫星位置可根据观测点地理经纬度通过网络实时查询．一般来说，方向图上最大值位置相对于中心位置为天线的指向偏差．但图７表明，方向图不对称、双极化方向图中心不一致、卫星之间也不一致，而因卫星漂移、实时查询的准确位置也不精确，因此，这类卫星无法作为校准源得到天线的准确指向偏差．而对位置非常精确的强射电源如ＣｙｇＡ，立体方向图测量则显示信噪比低且极易受到干扰影响，如图８所示．１６１第２期耿立红，等：基于立体方向图和十字跟踪扫描法校准天线指向
【参考文献】：
期刊论文
[1]射电频率干扰的消减[J]. 安涛,陈骁,MOHAN Prashanth,劳保强. 天文学报. 2017(05)
[2]TM65m射电望远镜L、S、C、X频段天线性能测量[J]. 王锦清,赵融冰,虞林峰,殷海玲,劳保强,吴亚军,李斌,董健,蒋甬斌,夏博,左秀婷,苟伟,郭文,伍筱聪,陆雪江,刘庆会,范庆元,蒋栋荣,钱志瀚. 天文学报. 2015(03)
[3]TM65 m射电望远镜指向模型的建立[J]. 虞林峰,王锦清,赵融冰,董健,左秀婷,苟伟,刘庆会,范庆元. 天文学报. 2015(02)
[4]关于单天线跟踪指向校准和双天线基线校准的探讨[J]. 窦玉江,Dale Gary,颜毅华,王威,刘飞,陈志军,姬国枢. 天文研究与技术. 2009(03)
[5]一种有效的天线三维辐射方向图计算方法[J]. 焦永昌,文园,张福顺. 电波科学学报. 2008(02)
[6]云台40m射电望远镜的指向误差校正[J]. 高冠男,汪敏,施硕彪,高亦菲,董江,龚玲平. 天文研究与技术. 2007(02)
[7]关于太阳厘米—分米波段频谱日像仪研究进展[J]. 颜毅华,张坚,陈志军,姬国枢,王威,刘飞. 天文研究与技术.国家天文台台刊. 2006(02)
[8]口径天线方向性系数和增益的快速估算方法[J]. 秦顺友. 电波科学学报. 2002(02)
本文编号：3146981
【文章来源】：电波科学学报. 2019,34(02)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图２十字跟踪扫描时间和指向对应关系Ｆｉｇ．２Ｔｉｍｅｖｓ．ｐｏｉｎｔｉｎｇｉｎｃｒｏｓｓｓｃａｎｎｉｎｇ
ｂ）中接收功率值反映了天线指向的偏离，红色和黑色线分别表示天线指向偏离和理想情况．太阳轨道可精确计算，由天线指向无偏时扫过太阳接收功率的理想最大值时间和有偏时实际记录的最大值时间以及天线运动速度，可计算出偏差，因此接收系统记录观测数据要有精确的时间标签．图２给出测量中的时间和十字扫描指向对应关系．十字跟踪扫描太阳轨道时，天线指向有偏一方面反映在接收功率最大值时间与无偏时不一致，另一方面功率峰值对应方位俯仰方向的偏差大小有高低起伏．图３中给出沿太阳理论运行轨道（红线，２０１８．０３．１４）跟踪扫描的轨迹（蓝线）．图４天线监控界面实时显示了２０ｍ天线沿太阳轨道跟踪目标和沿太阳轨道十字跟踪扫描轨迹．（ａ）单十字扫描轨迹示意图（ａ）Ｓｉｎｇｌｅｃｒｏｓｓ－ｓｃａｎｃｅｎｔｅｒｅｄｏｎ（ｂｌａｃｋｌｉｎｅ）ａｎｄａｗａｙ（ｒｅｄｌｉｎｅ）ｆｒｏｍｔｈｅＳｕｎ（ｂ）天线指向修正前（左）、后（右）接收功率值（ｂ）Ｒｅｃｅｉｖｅｄｐｏｗｅｒｖａｌｕｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｏｆａｎｔｅｎｎａｐｏｉｎｔｉｎｇ图１十字跟踪扫描修正天线指向原理Ｆｉｇ．１Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｐｏｉｎｔｉｎｇｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｃｒｏｓｓｓｃａｎｎｉｎｇ图２十字跟踪扫描时间和指向对应关系Ｆｉｇ．２Ｔｉｍｅｖｓ．ｐｏｉｎｔｉｎｇｉｎｃｒｏｓｓｓｃａｎｎｉｎｇ图３沿太阳运行轨道十字跟踪扫描轨迹Ｆｉｇ．３Ｃｒｏｓｓｓｃａｎｎｉｎｇａｎｄｔｒａｃｋｉｎｇａｌｏｎｇｓｏｌａｒｏｒｂｉｔ
上局部很小的变化对测量影响不大．在分米波段观测太阳，一般不考虑大气的影响．扫描网格在以太阳理论位置中心对称的±５°范围，网格步距可调，计算每个网格点指向坐标，控制天线扫描网格．采用０．１°步距时共１００×１００个网格点，扫描时间约３ｈ．利用ＭＵＳＥＲ低频阵接收系统，可同时获得４００～２０００ＭＨｚ内６４个２５ＭＨｚ带宽左、右旋圆极化的６４×２个自相关功率立体方向图．立体方向图和指向偏差测量系统组成见图６．图６天线测量系统框图Ｆｉｇ．６Ｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｏｆ２０ｍａｎｔｅｎｎａａｎｄＭＵＳＥＲ４．５ｍａｎｔｅｎｎａｓ２立体方向图测量用２０ｍ天线和ＭＵＳＥＲ低频阵接收系统对宁静太阳、同步轨道卫星及强射电源ＣｙｇＡ进行立体方向图测量．图７为以两颗地球同步轨道卫星的位置为中心位置的左、右旋圆极化立体方向图．同步轨道卫星位置可根据观测点地理经纬度通过网络实时查询．一般来说，方向图上最大值位置相对于中心位置为天线的指向偏差．但图７表明，方向图不对称、双极化方向图中心不一致、卫星之间也不一致，而因卫星漂移、实时查询的准确位置也不精确，因此，这类卫星无法作为校准源得到天线的准确指向偏差．而对位置非常精确的强射电源如ＣｙｇＡ，立体方向图测量则显示信噪比低且极易受到干扰影响，如图８所示．１６１第２期耿立红，等：基于立体方向图和十字跟踪扫描法校准天线指向
【参考文献】：
期刊论文
[1]射电频率干扰的消减[J]. 安涛,陈骁,MOHAN Prashanth,劳保强. 天文学报. 2017(05)
[2]TM65m射电望远镜L、S、C、X频段天线性能测量[J]. 王锦清,赵融冰,虞林峰,殷海玲,劳保强,吴亚军,李斌,董健,蒋甬斌,夏博,左秀婷,苟伟,郭文,伍筱聪,陆雪江,刘庆会,范庆元,蒋栋荣,钱志瀚. 天文学报. 2015(03)
[3]TM65 m射电望远镜指向模型的建立[J]. 虞林峰,王锦清,赵融冰,董健,左秀婷,苟伟,刘庆会,范庆元. 天文学报. 2015(02)
[4]关于单天线跟踪指向校准和双天线基线校准的探讨[J]. 窦玉江,Dale Gary,颜毅华,王威,刘飞,陈志军,姬国枢. 天文研究与技术. 2009(03)
[5]一种有效的天线三维辐射方向图计算方法[J]. 焦永昌,文园,张福顺. 电波科学学报. 2008(02)
[6]云台40m射电望远镜的指向误差校正[J]. 高冠男,汪敏,施硕彪,高亦菲,董江,龚玲平. 天文研究与技术. 2007(02)
[7]关于太阳厘米—分米波段频谱日像仪研究进展[J]. 颜毅华,张坚,陈志军,姬国枢,王威,刘飞. 天文研究与技术.国家天文台台刊. 2006(02)
[8]口径天线方向性系数和增益的快速估算方法[J]. 秦顺友. 电波科学学报. 2002(02)
本文编号：3146981
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