方向圖是射電望遠鏡的重要性能參數(shù)。針對傳統(tǒng)射電天文源測量方向圖中信號源強度和頻段有限等局限,本文開發(fā)了基于無人機平臺的射電望遠鏡方向圖測量系統(tǒng),并對天籟射電望遠鏡開展了實驗分析研究。從射電天文源測量原理出發(fā),研究了基于無人機平臺的方向圖測量原理和方法,分析了電磁兼容、無人機位姿高精度測量、位姿測量數(shù)據與接收數(shù)據匹配等關鍵技術問題,并設計了測量系統(tǒng)總體方案。硬件系統(tǒng)由無人機平臺、機載信號發(fā)射系統(tǒng)、無人機位姿測量系統(tǒng)和接收機系統(tǒng)組成,軟件系統(tǒng)包含無人機位姿測量軟件、軌跡規(guī)劃軟件及測量數(shù)據處理軟件。根據天籟射電望遠鏡饋源極化方式,設計并制作了極化匹配的半波振子機載發(fā)射天線;通過鏈路分析計算,結合天籟射電望遠鏡接收機動態(tài)范圍,設計了由信號源、濾波器、衰減器等組成的信號發(fā)射前端;二次開發(fā)了無人機平臺的位姿數(shù)據采集系統(tǒng),解決了位姿測量數(shù)據與信號接收數(shù)據的匹配問題;開發(fā)了無人機飛行軌跡規(guī)劃和方向圖測量數(shù)據處理系統(tǒng);開展了方向圖測量系統(tǒng)的電磁兼容分析與實驗。結果表明所設計與開發(fā)的測量系統(tǒng)滿足射電望遠鏡方向圖測量需求。應用電磁場仿真軟件CST,分別開展了天籟射電望遠鏡接收饋源、單架射電望遠鏡及陣列環(huán)境下... 

【文章來源】：杭州電子科技大學浙江省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

國內外

杭州電子科技大學碩士學位論文2圖1.2歸一化方向圖射電望遠鏡的其他特性參數(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)值分析計算、軟件仿真只是方向圖的理論模擬，其結果只能作為射電望遠鏡實際工作性能的參考。由于射電望遠鏡安裝誤差、射電望遠鏡結構變形、工作現(xiàn)場環(huán)境反射等原因[4]，仿真結果與實際性能難免存在差異。因此，只有在射電望遠鏡工作現(xiàn)場進行測量，才能得到實際方向圖參數(shù)，確定射電望遠鏡觀測性能，為后續(xù)射電望遠鏡的改進與優(yōu)化提供依據。常規(guī)測量方法中，微波暗室難以針對工作現(xiàn)場的射電望遠鏡進行測量；搭建天線測試場則受到射電望遠鏡周邊地理環(huán)境限制，且存在工程復雜、造價昂貴等問題。目前，應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)射的信號進行方向圖測量。但由于人造衛(wèi)星信號頻段較窄，射電天文源分布不均，其數(shù)量和信號強度有限，只能作為部分射電望遠鏡的測量信號源。針對新疆“天籟計劃”中的碟形射電望遠鏡，缺少符合測量要求的人造衛(wèi)星；同時，由于天籟碟形射電望遠鏡口徑較小，也難以找到信號頻段與強度都合適的射電天文源。因此，天籟碟形射電望遠鏡無法采用上述常規(guī)方法進行方向圖測量。近年來無人機技術發(fā)展迅速，市面上已經出現(xiàn)了各類中小型無人機。用戶通過軌跡規(guī)劃功能創(chuàng)建飛行任務，可以自定義無人機的飛行路線和飛行狀態(tài)。利用無人機搭載人工信號源代替射電天文源，并控制無人機沿預定軌跡掃描待測射電望遠鏡，可以實現(xiàn)待測射電望遠鏡的遠場方向圖測量。本文研究基于無人機平臺的射電望遠鏡方向圖測量系統(tǒng)，用于解決目前天籟碟形射電望遠鏡難以采用常規(guī)方法測量方向圖的問題，同時也為?

杭州電子科技大學碩士學位論文3科學解釋。為探測暗物質與暗能量，中國科學院國家天文臺提出了“天籟”觀測計劃：通過射電天文方法對宇宙中性氫輻射的21cm信號巡天觀測，結合重子聲波震蕩方法，獲得物質的大尺度結構分布，間接探測暗能量[5]。2016年，天籟計劃先導射電望遠鏡陣列施工完畢并投入使用，觀測站位于中國新疆大紅柳峽鄉(xiāng)，坐標為北緯44.152683，東經91.806867。圖1.3為天籟計劃觀測站的射電望遠鏡陣列，其中左側為3組東西寬15m，南北長40m的拋物柱面陣列，右側為16架呈同心圓分布的6m口徑碟形陣列。圖1.3天籟計劃觀測站天籟射電望遠鏡陣列設計工作頻段為400MHz~1400MHz，對應于紅移范圍0~3的21cm信號。根據當前觀測要求，目前射電望遠鏡觀測頻段為700MHz~800MHz，對應于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，目前缺少能夠測出碟形射電望遠鏡方向圖的合適射電源。因此，本文針對6m口徑的天籟碟形射電望遠鏡開展方向圖測量系統(tǒng)研究。1.3國內外研究現(xiàn)狀1.3.1射電望遠鏡方向圖測量研究現(xiàn)狀天線測量最早出現(xiàn)于1905年，發(fā)展至今已經產生了許多成熟的理論和方法。完整的天線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最重要的測量參數(shù)。根據待測天線在測量中是否轉動，天線測量分為旋轉天線法和固定天線法，后者主要適用于大中型天線或固定天線等不方便轉動的天線[8]；根據測試場地不同，天線測量又可分為近場測量[9-11]、緊縮場測量[12,13]、室內遠場測量[14-17]和室外遠場測量[18]等，天線測量的典型儀器設備如圖1.4所示。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]基于無人機平臺的天線測量系統(tǒng)設計與實驗研究[D]. 雙巧玲.杭州電子科技大學 2019
[2]天線近遠場變換算法及相關技術研究[D]. 韓香子.中國科學技術大學 2016
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[5]暗能量探測專用寬帶饋源研制[D]. 劉濤.杭州電子科技大學 2014
[6]天線遠場測量系統(tǒng)的研究[D]. 丁恒.北京交通大學 2013
[7]基于太陽噪聲的雷達天線測量方法研究[D]. 徐鵬.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[8]天線遠場自動測量系統(tǒng)的開發(fā)與應用[D]. 李晶晶.蘇州大學 2012
[9]天線近遠場測量及應用[D]. 歐杰.西安電子科技大學 2011
[10]等高場與地面反射場組合式天線測試場設計[D]. 張譯芡.上海交通大學 2011



本文編號：3056872