非等间隔测量条件下的时间传递链路数据融合方法研究

为了充分利用不同类型的时间传递链路,需要实现不同采样率下时间传递链路数据的融合应用,提出了一种基于多分辨率分析的数据融合方法.首先对原始数据进行小波分解,把数据分解到统一的分辨率,初步消除高频噪声;然后在不同分辨率下进行Kalman滤波;最后通过Mallat快速重构算法得到融合结果.使用该方法处理中国科学院国家授时中心(National Time Service Center, NTSC)和德国联邦物理技术研究所(PhysikalischTechnische Bundesanstalt, PTB)之间的时间传递数据,结果显示融合算法能够处理链路异常或中断造成的数据问题.由于GPS (Global Positioning System) PPP (Precise Point Positioning solutions)链路实测结果性能整体优于TWSTFT (Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer)链路,因此用GPS PPP链路测量结果评估融合算法增益.以快速协调世界时(Rapid Realization of Coordinated Universal Time, UTCr)为参考,数据融合结果的准确性增益约1%,日频率稳定度增益优于20%.同时融合算法可以抑制TWSTFT链路的周期噪声,能够有效提高链路的稳定性和鲁棒性.     

Vondrak滤波方法在软件接收机卫星双向时间传递中的应用

基于软件接收机的卫星双向时间传递(Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer based on Software Defined Receiver, SDR-TWSTFT)链路每秒采集测量数据后通过数学模型将原始数据拟合为300 s一组的观测文件,因此链路的时间传递结果受短期测量噪声和非模型误差的影响,呈现出一定的随机噪声的特征.提出了一种频域幅值分析方法,针对性地确定滤波因子,构造符合需求的低通Vondrak滤波器.通过对中国科学院国家授时中心(National Time Service Center, NTSC)和德国联邦物理技术研究所(Physikalisch-Technische Bundesanstalt, PTB)之间的SDR-TWSTFT链路测量数据的分析发现,该方法对过滤链路平均时间一天内的高频噪声有效,能够提高链路时间传递结果的可信度,同时滤波后链路的短期频率、时间稳定度也有了显著提高.     

双向不对等几何路径对卫星双向时间频率传递的影响

分析了在卫星双向时间频率传递中,由地面站间钟差和卫星运动引起的双向几何路径不对等导致的双向几何路径时延差对双向时间比对计算结果的影响。选取了3颗卫星（中卫1号、北斗3G、IGSO70）和3组地面站（北京-成都、北京-喀什、北京-三亚）组成的9条卫星双向时间频率传递链路作仿真计算。对于这9条链路,仿真结果显示：1）当两地面站间钟差在1μs～10 ms范围内时,通过GEO卫星比通过IGSO卫星的双向不对等几何路径时延之差对双向时间比对计算结果的影响（τ值）较小;2）假设地面站间钟差在1 ms内时,通过 GEO卫星的卫星双向时间比对链路所对应的τ值均在皮秒量级,一般可忽略;通过 IGSO 卫星的卫星双向时间比对链路所对应的τ值均在纳秒量级,一般不可忽略。     

基于小波分析和神经网络的卫星钟差预报性能分析

为了有效地进行卫星钟差预报和更好地反映卫星钟差特性,提出了一种基于小波分析和神经网络的4阶段混合模型来实现卫星钟差的预报,并给出了基于小波分析和径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络进行卫星钟差预报的基本思想、预报模型和实施步骤.采用\"滑动窗\"划分数据,利用神经网络预测小波分解和去噪后的钟差序列各层系数,更精确地把握钟差序列复杂细致的变化规律,从而更好地逼近钟差序列.为验证该混合预报模型的可行性和有效性,利用GPS卫星钟差数据进行钟差预报精度分析,并将其与灰色系统模型和神经网络模型进行比较分析.仿真结果显示,该模型具有较好的预报精度,可为实时GPS动态精密单点定位提供较高精度的卫星钟差.     

卫星钟差预报模型中周期项的选取方法及性能分析

针对卫星钟差预报(SCB)中周期项选取方法存在的问题,在分析卫星钟周期波动特性的基础上,给出了正确的周期项选取方法,并与现有方法进行了比较.利用IGS(International GNSS Service)的卫星钟差数据,比较分析了二次多项式加周期项模型与传统模型的预报精度.从理论上分析了周期项对传统模型的改善程度及适用条件.结果表明:按照提出方法得到的周期项更符合实际,将其应用于钟差预报时能获得更高的预报精度,大量仿真实验还表明卫星钟周期性波动相对较大时周期项对传统模型有明显改善.     

基于精密光程差调制的时域干涉信号闭合相位检测方法研究

闭合相位法是实现长基线恒星光干涉高分辨成像的重要技术手段之一,获得精确的闭合相位信息是进行光干涉图像重构的先决条件.提出一种基于精密光程差调制的时域干涉信号闭合相位检测方法,在3路干涉臂上进行非冗余精密光程调制,并通过多次干涉测量结合数据拟合的方法消除光程差调制中存在的正弦误差,使得光程调制的精度达到20 nm以内.引入高速探测器件提升时域干涉信号的采样频率,对探测器上获得的时域干涉信号进行傅立叶变换处理,获得3路干涉臂精确的闭合相位信息.室内实验结果表明,基于精密光程调制的时域信号闭合相位计算精度可以达到1/50波长以内.     

基于“北斗”观测数据的C波段双向卫星时间频率传递中的电离层改正

为了提高C波段双向卫星时间频率传递(TWSTFT)精度,用载波相位观测值平滑伪距的方法,计算电离层延迟对C波段双向卫星时间频率传递的影响。在临潼站和喀什站观测北斗G3星并进行双向比对。该实验结果表明,实验期间C波段双向卫星时间频率传递中电离层延迟影响的最大值为0.47 ns。     

基于1Mcps/s码速率的亚欧卫星双向时间比对性能分析

卫星信道租赁费是目前卫星双向时间传递(Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer, TWSTFT)的主要成本之一.在2017年5月以前,参与UTC (Coordinated Universal Time)计算的亚洲-欧洲实验室之间进行Ku波段卫星双向时间频率传递一直使用2.5 Mcps/s码速率,带宽为2.5 MHz的伪随机码.为了在不影响时间频率传递性能的前提下降低成本,在欧亚间首次尝试采用1 Mcps/s码速率,带宽为1.7 MHz的伪随机码,进行亚欧卫星双向时间传递.并使用已校准的GPS PPP (Global Position System Precise Point Positioning)链路为双向链路进行间接校准.选择2018年12月的TWSTFT链路数据,分析链路性能发现,通过ABS-2A卫星,使用1 Mcps/s码速率构建的卫星双向时间比对链路的日频率稳定度达到10~(-15),时间稳定度优于0.3 ns.与已校准的GPS PPP链路数据进行验证分析,结果表明,使用1 Mcps/s码速率进行超长距离卫星双向时间传递与已校准的GPS PPP时间传递结果一致,与传统手段相比,其系统造价低,时间传递性能可以满足国际原子时计算的需求.     

一种新的基于2维傅里叶谱图像的恒星光谱特征提取方法和深度网络分类应用

天体光谱分类是天文学研究的重要内容之一,其关键是从光谱数据中选择和提取对分类识别最有效的特征构建特征空间.提出一种新的基于2维傅里叶谱图像的特征提取方法,并应用于LAMOST (the Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope)恒星光谱数据的分类研究中.光谱数据来源于LAMOST Data Release 5(DR5),选取30000条F、 G和K型星光谱数据,利用短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transform, STFT)将1维光谱数据变换成2维傅里叶谱图像,对得到的2维傅里叶谱图像采用深度卷积网络模型进行分类,得到的分类准确率是92.90%.实验结果表明通过对LAMOST恒星光谱数据进行STFT可得到光谱的2维傅里叶谱图像,谱图像构成了新的光谱数据特征和特征空间,新的特征对于光谱数据分类是有效的.此方法是对光谱分类的一种全新尝试,对海量天体光谱的分类和挖掘处理有一定的开创意义.     

基于胶囊网络的恒星光谱分类研究

大型巡天项目的快速发展,产生大量的恒星光谱数据,也使得实现恒星光谱数据的自动分类成为一项具有挑战性的工作.提出一种新的基于胶囊网络的恒星光谱分类方法,首先利用1维卷积网络和短时傅里叶变换将来源于LAMOST(Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopy Telescope)Data Release 5(DR5)的F5、G5、K5型1维恒星光谱转化成2维傅里叶谱图像,再通过胶囊网络对2维谱图像进行自动分类.由于胶囊网络具有保留图像中实体之间的分层位姿关系和无需池化层的优点,实验结果表明:胶囊网络具有较好的分类性能,对于F5、G5、K5型恒星光谱的分类,准确率优于其他分类方法.     

Analysis of All-China Sunshine Conditions of Site Selection for Large Solar Telescopes

The yearly and monthly data sets of sunshine duration and percent- age obtained at the 756 principal and primary standard meteorological stations all over China from 1971 to 2000, compiled by the Meteorological Reference Room of the National Center for Meteorological Information, are used to study the countrywide sunshine conditions and to analyze the factors which have an effect on the sunshine, in combination with the data of the key elements, such as the cloud cover and water vapor, recorded in China from 1951 to 2008. The obtained result shows that the distributions of the sunshine duration and sun- shine percentage in China are consistent with each other: small in southeastern China and large in northwestern China, increasing from southeast to northwest. In eastern China, the sunshine duration gradually increases from south to north and the sunshine condition in the western area is integrally better than that in the eastern area, tallying with the general rule. The sunshine condition in the Shiquanhe area in southwestern Tibet is the optimum, the sunshine conditions in the vicinity of the latitude zone of 40° N and in the area of southern Tibet take the second place, those in the south of the Yangtze River, in southern China, Sichuan Basin and in the eastern area of the Yunnan-Guizhou Plateau are rela- tively poor, and those in the other areas are placed in the middle. The sunshine duration is affected by the key elements like the cloud cover and water vapor, exhibiting a negative correlation with them.     

基于神经网络的天文台址长期白日视宁度变化估算

视宁度好坏是影响天文观测图像质量的一个决定性因素, 目前白日视宁度数据主要是通过太阳差分像运动视宁度检测仪(Solar Differential Image Motion Monitor, SDIMM)或者谱比法获得. 由于SDIMM和实际观测所用仪器不同, 其测得的视宁度无法反映数据获取时刻的实际视宁度情况, 也无法回溯历史既有观测数据对应的大气视宁度. 而使用谱比法需要海量短曝光数据, 计算成本巨大. 基于以上天文观测面临的困难, 提出了一种基于神经网络的白日视宁度估算方法, 该方法首先对获得的短曝光数据使用谱比法计算对应的视宁度$r_0$, 构建数据集; 然后采用主成分分析的方法对数据进行降维, 通过神经网络建立起窄带滤光器太阳光球观测图像和视宁度之间的非线性回归关系, 训练集和测试集实验的结果表明该方法可以用于估算视宁度. 使用该方法对怀柔观测基地2020年的视宁度进行估算, 视宁度中值为2.89cm, 对1989年到2010年连续22yr的历史观测数据进行长周期的视宁度统计分析, 结果表明怀柔基地发布的历史数据对应的视宁度中值在3cm左右, 40%以上数据对应的视宁度超过3cm, 一年中9月份的视宁度最好, 该结果验证了怀柔基地视宁度的长期稳定性. 此外, 该方法也可以从视宁度$r_0$的快速判断出发, 为采集到的高质量短曝光图像甄选提供判断依据.     

Search for Variability in the Equivalent Width of the HeI D<Subscript>3</Subscript> Spectrum Line in Several Stars of Later Spectral Type

High resolution spectra with a high signal/noise ratio have been obtained in the region of the HeI D line for 13 dwarfs of spectral types A5 through K0. The variability in the equivalent width of this spectrum line was studied for five of these stars over a period of several hundred days. Significant variability was observed for only one of these stars, θ Cyg. __________ Translated from Astrofizika, Vol. 48, No. 4, pp. 553–564 (November 2005).     

A Spectral Atlas of F and G Stars

We present an atlas of a group of bright stars in the range of spectral classes F-G and luminosity classes I-V. The spectra were obtained with spectral resolution R ～ 15 000 within spectral region 4500-6620/A Typical spectra of stars with different metallicity [Fe/H] are included. We also show the digital version of the spectral data in FITS format.     

Characteristics of Massive Star-forming Molecular Cores: The Spectral Observations of CO,CO and CO and the Statistical Comparison

With the 13.7 m millimeter wave telescope of Purple Mountain Observatory at Qinghai Station, the simultaneous mapping observations at the ¹²CO(J=1-0), ¹³CO(J=1-0) and C¹⁸O(J=1-0) lines were performed towards the 24 Galactic high-mass star-forming cores, which are associated with water masers and have available Spitzer's infrared data. The average mapping range was 8′ × 8′. The C¹⁸O line emission was detected in all the cores, in which 11 cores were observed to the half maximum of their C¹⁸O integrated intensities and the rather extended (5′ − 8′) C¹⁸O maps were obtained, while the others were failed to make such a large scale mapping because of the low SNR or the intrinsically extended morphology of the cores. On the 11 completely mapped dense cores, we analyzed their characteristics and made the statistics and comparisons on the integrated intensity ratios between ¹²CO and ¹³CO (R_12/13), ¹³CO and C¹⁸O(R_13/18), as well as ¹²CO and C¹⁸O(R_12/18). We concluded that as a tracer of dense gas, C¹⁸O is absolutely optically thin and can be used to detect the detailed structures of the cores, and that in general the 3 ratios increase gradually from the core center to the periphery. We found that the integrated intensity ratio R_12/13 ranges from 2 to 6; R_13/18 fluctuates between 4 and 20, but in central regions it is concentrated in the range 6–12 with a small fluctuation; and R_12/18 occupies a wider range 13–90, but it is concentrated between 13 and 50 in the denser regions of the cores.