方向圖是射電望遠(yuǎn)鏡的重要性能參數(shù)。針對(duì)傳統(tǒng)射電天文源測(cè)量方向圖中信號(hào)源強(qiáng)度和頻段有限等局限,本文開(kāi)發(fā)了基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的射電望遠(yuǎn)鏡方向圖測(cè)量系統(tǒng),并對(duì)天籟射電望遠(yuǎn)鏡開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)分析研究。從射電天文源測(cè)量原理出發(fā),研究了基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的方向圖測(cè)量原理和方法,分析了電磁兼容、無(wú)人機(jī)位姿高精度測(cè)量、位姿測(cè)量數(shù)據(jù)與接收數(shù)據(jù)匹配等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,并設(shè)計(jì)了測(cè)量系統(tǒng)總體方案。硬件系統(tǒng)由無(wú)人機(jī)平臺(tái)、機(jī)載信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)位姿測(cè)量系統(tǒng)和接收機(jī)系統(tǒng)組成,軟件系統(tǒng)包含無(wú)人機(jī)位姿測(cè)量軟件、軌跡規(guī)劃軟件及測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件。根據(jù)天籟射電望遠(yuǎn)鏡饋源極化方式,設(shè)計(jì)并制作了極化匹配的半波振子機(jī)載發(fā)射天線(xiàn);通過(guò)鏈路分析計(jì)算,結(jié)合天籟射電望遠(yuǎn)鏡接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍,設(shè)計(jì)了由信號(hào)源、濾波器、衰減器等組成的信號(hào)發(fā)射前端;二次開(kāi)發(fā)了無(wú)人機(jī)平臺(tái)的位姿數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),解決了位姿測(cè)量數(shù)據(jù)與信號(hào)接收數(shù)據(jù)的匹配問(wèn)題;開(kāi)發(fā)了無(wú)人機(jī)飛行軌跡規(guī)劃和方向圖測(cè)量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng);開(kāi)展了方向圖測(cè)量系統(tǒng)的電磁兼容分析與實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明所設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的測(cè)量系統(tǒng)滿(mǎn)足射電望遠(yuǎn)鏡方向圖測(cè)量需求。應(yīng)用電磁場(chǎng)仿真軟件CST,分別開(kāi)展了天籟射電望遠(yuǎn)鏡接收饋源、單架射電望遠(yuǎn)鏡及陣列環(huán)境下... 

【文章來(lái)源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁(yè)數(shù)】：78 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

國(guó)內(nèi)外

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2圖1.2歸一化方向圖射電望遠(yuǎn)鏡的其他特性參數(shù)如半功率波束寬度、波束范圍、增益等都可以從完整的方向圖中導(dǎo)出，因此方向圖是輻射特性中最基本、最重要的性能參數(shù)。數(shù)值分析計(jì)算、軟件仿真只是方向圖的理論模擬，其結(jié)果只能作為射電望遠(yuǎn)鏡實(shí)際工作性能的參考。由于射電望遠(yuǎn)鏡安裝誤差、射電望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)變形、工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境反射等原因[4]，仿真結(jié)果與實(shí)際性能難免存在差異。因此，只有在射電望遠(yuǎn)鏡工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，才能得到實(shí)際方向圖參數(shù)，確定射電望遠(yuǎn)鏡觀(guān)測(cè)性能，為后續(xù)射電望遠(yuǎn)鏡的改進(jìn)與優(yōu)化提供依據(jù)。常規(guī)測(cè)量方法中，微波暗室難以針對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)的射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行測(cè)量；搭建天線(xiàn)測(cè)試場(chǎng)則受到射電望遠(yuǎn)鏡周邊地理環(huán)境限制，且存在工程復(fù)雜、造價(jià)昂貴等問(wèn)題。目前，應(yīng)用最廣泛的方法是利用人造衛(wèi)星或者宇宙中的射電天文源，借助衛(wèi)星或天文源發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行方向圖測(cè)量。但由于人造衛(wèi)星信號(hào)頻段較窄，射電天文源分布不均，其數(shù)量和信號(hào)強(qiáng)度有限，只能作為部分射電望遠(yuǎn)鏡的測(cè)量信號(hào)源。針對(duì)新疆“天籟計(jì)劃”中的碟形射電望遠(yuǎn)鏡，缺少符合測(cè)量要求的人造衛(wèi)星；同時(shí)，由于天籟碟形射電望遠(yuǎn)鏡口徑較小，也難以找到信號(hào)頻段與強(qiáng)度都合適的射電天文源。因此，天籟碟形射電望遠(yuǎn)鏡無(wú)法采用上述常規(guī)方法進(jìn)行方向圖測(cè)量。近年來(lái)無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，市面上已經(jīng)出現(xiàn)了各類(lèi)中小型無(wú)人機(jī)。用戶(hù)通過(guò)軌跡規(guī)劃功能創(chuàng)建飛行任務(wù)，可以自定義無(wú)人機(jī)的飛行路線(xiàn)和飛行狀態(tài)。利用無(wú)人機(jī)搭載人工信號(hào)源代替射電天文源，并控制無(wú)人機(jī)沿預(yù)定軌跡掃描待測(cè)射電望遠(yuǎn)鏡，可以實(shí)現(xiàn)待測(cè)射電望遠(yuǎn)鏡的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖測(cè)量。本文研究基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的射電望遠(yuǎn)鏡方向圖測(cè)量系統(tǒng)，用于解決目前天籟碟形射電望遠(yuǎn)鏡難以采用常規(guī)方法測(cè)量方向圖的問(wèn)題，同時(shí)也為?

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文3科學(xué)解釋。為探測(cè)暗物質(zhì)與暗能量，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)提出了“天籟”觀(guān)測(cè)計(jì)劃：通過(guò)射電天文方法對(duì)宇宙中性氫輻射的21cm信號(hào)巡天觀(guān)測(cè)，結(jié)合重子聲波震蕩方法，獲得物質(zhì)的大尺度結(jié)構(gòu)分布，間接探測(cè)暗能量[5]。2016年，天籟計(jì)劃先導(dǎo)射電望遠(yuǎn)鏡陣列施工完畢并投入使用，觀(guān)測(cè)站位于中國(guó)新疆大紅柳峽鄉(xiāng)，坐標(biāo)為北緯44.152683，東經(jīng)91.806867。圖1.3為天籟計(jì)劃觀(guān)測(cè)站的射電望遠(yuǎn)鏡陣列，其中左側(cè)為3組東西寬15m，南北長(zhǎng)40m的拋物柱面陣列，右側(cè)為16架呈同心圓分布的6m口徑碟形陣列。圖1.3天籟計(jì)劃觀(guān)測(cè)站天籟射電望遠(yuǎn)鏡陣列設(shè)計(jì)工作頻段為400MHz~1400MHz，對(duì)應(yīng)于紅移范圍0~3的21cm信號(hào)。根據(jù)當(dāng)前觀(guān)測(cè)要求，目前射電望遠(yuǎn)鏡觀(guān)測(cè)頻段為700MHz~800MHz，對(duì)應(yīng)于0.78~1.03的紅移范圍[6]。由于射電天文源在天區(qū)的不均勻分布，目前缺少能夠測(cè)出碟形射電望遠(yuǎn)鏡方向圖的合適射電源。因此，本文針對(duì)6m口徑的天籟碟形射電望遠(yuǎn)鏡開(kāi)展方向圖測(cè)量系統(tǒng)研究。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1射電望遠(yuǎn)鏡方向圖測(cè)量研究現(xiàn)狀天線(xiàn)測(cè)量最早出現(xiàn)于1905年，發(fā)展至今已經(jīng)產(chǎn)生了許多成熟的理論和方法。完整的天線(xiàn)方向圖包含了方向性、增益、相位等輻射特性[7]，因此通常把方向圖作為天線(xiàn)最重要的測(cè)量參數(shù)。根據(jù)待測(cè)天線(xiàn)在測(cè)量中是否轉(zhuǎn)動(dòng)，天線(xiàn)測(cè)量分為旋轉(zhuǎn)天線(xiàn)法和固定天線(xiàn)法，后者主要適用于大中型天線(xiàn)或固定天線(xiàn)等不方便轉(zhuǎn)動(dòng)的天線(xiàn)[8]；根據(jù)測(cè)試場(chǎng)地不同，天線(xiàn)測(cè)量又可分為近場(chǎng)測(cè)量[9-11]、緊縮場(chǎng)測(cè)量[12,13]、室內(nèi)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量[14-17]和室外遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量[18]等，天線(xiàn)測(cè)量的典型儀器設(shè)備如圖1.4所示。

【參考文獻(xiàn)】：
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