射电天文中实现信号传输过程中相位差稳定的系统及方法技术方案

本公开提供了一种射电天文中实现信号在传输过程中相位差稳定的系统及方法，包括：综合孔径望远镜的n个天线，所述天线包括地面线缆及地下线缆部分，其中，每个天线从馈源到地面的地面线缆长度相同；每个天线从基墩下到中心控制机房的地下线缆的长度相同。本公开采用地面部分电缆或光缆等长、地下部分等长等方法保证了相位差在温度变化的情况下保持高一致性；在同样温度条件下使用等长电缆或光缆的原则，极大地降低了温度变化对电缆或光缆的影响。

【技术实现步骤摘要】
射电天文中实现信号传输过程中相位差稳定的系统及方法
本公开涉及射电天文观测领域，尤其涉及一种射电天文中实现信号在传输过程中相位差稳定的系统及方法。
技术介绍
射电天文观测中，为了得到观测目标源的图像，综合孔径方法是最主要的实现方法。综合孔径技术1962年在英国剑桥大学完成第一次试验，已经过40多年的发展。当今世界上已经建成或正在建设许多利用综合孔径技术进行射电观测的大型设备，例如正在建设中的SKA(SquareKilometerArray)。相比于单天线波束扫描和多波束成像等技术，综合孔径技术具有空间分辨率高、造价低等优点。综合孔径基本思想是将一个大口径抛物面天线打碎，保留部分碎片，利用这些碎片之间的干涉测量，可以实现与原口径抛物面天线同样的空间分辨率，而所述保留的碎片即为综合孔径技术的各个天线。对于单口径抛物面天线，电磁波投射到主反面，经主反射面反射后，再汇集到位于焦点的馈源上，从而在馈源位置，达到投射到抛物面的所有电磁波同相位叠加的目的。综合孔径必须遵循上述原则才能达到一个大口径天线的观测效果，即同一波前的电磁波经传输后，进行等时延、等相位的相干测量。综合孔径成像望远镜就是根据测量天线信号之间的相位差来进行成像的设备。由于综合孔径天线阵的各个单元分布在不同位置，在保持接收系统相位稳定的前提下，系统间的链路长度可以通过数字延时系统补偿来完成一致性。因此，在长观测时间内各信号的相位差保持稳定，对射电天文观测，尤其是采用综合孔径技术成像的望远镜来说是至关重要的，而如何保证相位差的稳定，成为综合孔径望远镜设计中的难题。一般的综合孔径射电天文望远镜，按信号的接收和处理流程，一般可以分为以下几个部分组成：1.天线及前端接收单元，包括天线、馈源、LNA(低噪声放大器)等。2.信号传输单元，包括信号传输电缆，或光缆(含光电转换模块)组成。3.模拟接收单元，包括混频器、滤波器、放大器等微波器件。4.数字接收单元，包括ADC、量化、数字滤波、数字混频等。5.相关器，可分为硬件实现和软件实现两类，完成数字信号干涉测量。对于以上的接收系统来说，影响相位差稳定性的因素主要是温度的变化。在通常的设计中，接收机前端的低噪声放大器，光发射模块等温度敏感器件都需要做控温处理，对温度敏感观测器件需要保持温度恒定。对于室内的模拟接单元、数字接收单元和相关器等也需要恒温的机房。对于从天线传输至室内控制机房的这段传输线，是把这段电缆或者光缆埋在地下，利用地下温度的缓变性来实现相位的稳定和相位差的稳定。目前世界上的综合孔径望远镜通常采用的方法是把电缆或光缆深埋地下，来降低温度对信号相位的影响。但是由于综合孔径望远镜的天线分布在不同的位置，彼此间的距离可以达数公里，每个天线距离室内信号接收单元的距离不等，因此即使电缆或光缆深埋地下，温度变化缓慢，由于热胀冷缩的原理，不同长度的电缆或光缆仍将产生一定的变化。而对于观测频率越来越高，成像质量要求越来越高的综合孔径成像阵列来说，在观测时间内，通常这种相位差的变化要求为几度，甚至更高。因此，控制各路之间的相位差稳定，仍然是综合孔径望远镜设计的主要问题之一。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种射电天文中实现信号在传输过程中相位差稳定的方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种射电天文中实现信号在传输过程中相位差稳定的系统，包括：综合孔径望远镜的n个天线，所述天线包括地面线缆及地下线缆部分，其中，每个天线从馈源到地面的地面线缆长度相同；每个天线从基墩下到中心控制机房的地下线缆的长度相同。在本公开一些实施例中，所述地下线缆埋在冻土层以下。在本公开一些实施例中，所述地下线缆先往远处布线，再折返回中心控制机房处。在本公开一些实施例中，多条所述地下线缆之间保持平行。在本公开一些实施例中，当n个天线的基墩的高度有不相同时，对于基墩高度较低的天线，地面线缆盘在天线中心体或基墩内部。在本公开一些实施例中，所述地面线缆或地下线缆采用电缆或光缆。根据本公开的另一个方面，提供了一种射电天文中实现信号在传输过程中相位差稳定的方法，包括：对综合孔径望远镜的n个天线进行地面布线及地下布线，其中，每个天线馈源到地面的地面线缆长度保持一致；从每个天线基墩下到中心控制机房的地下线缆的长度基本保持一致。在本公开一些实施例中，所述的方法还包括，每个天线的地下线缆埋在冻土层以下。在本公开一些实施例中，所述的方法还包括，每个地下线缆先往远处布线，再折返回中心控制机房处。在本公开一些实施例中，所述的方法还包括，所述n个天线的基墩的高度不同时，对每个天线的出地面高度进行测量，取高度的最大值，使得所有天线从馈源到地面的地面线缆的长度应保持一致，对于基墩高度较低的天线，地面线缆盘在天线中心体或基墩内部。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开射电天文中实现信号在传输过程中相位差稳定的系统及方法至少具有以下有益效果其中之一：(1)采用在同样温度条件下使用等长电缆或光缆的原则，极大地降低了温度变化对电缆或光缆的影响；(2)通过地面部分电缆或光缆等长、地下部分等长、冻土层以下布线、近距离天线采用远处布线再折返的方法保证了相位差在温度变化的情况下保持高一致性。附图说明图1为本公开实施例射电天文中实现信号在传输过程中相位差稳定的系统的结构示意图。图2为本公开实施例地下线缆的布线方式示意图。图3为本公开实施例射电天文中实现信号在传输过程中相位差稳定的方法的流程图。具体实施方式本公开针对射电天文观测，尤其是综合孔径技术中对信号相位差高稳定性的要求，提供了一种在信号传输过程中保持相位差稳定的技术。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种射电天文中实现信号在传输过程中相位差稳定的系统。其目的在于更好地实现接收信号在传输过程中的相位差稳定，达到综合孔径望远镜对相位差稳定在几度的要求。为了解决以上的技术问题，本实施例的系统主要包括：多条综合孔径望远镜的天线的地面线缆，其中，每个天线从馈源到地面的电缆或光纤长度要严格保持一致；多条综合孔径望远镜的天线的地下线缆；其中，从每个天线基墩下的电缆或光缆到中心控制机房的长度基本保持一致；进一步地，所述地下线缆埋在当地的冻土层以下；进一步地，所述地下线缆先往远处布线，再折返回中心控制机房处。其中，所述地面线缆或地下线缆采用电缆或光缆。图1为本公开第一实施例射电天文中实现信号在传输过程中相位差稳定的系统的结构示意图。如图1所示，本公开的实施主要有以下四个方面的步骤。如图1所示，保证地面上电缆或光缆长度一致。射电天文干涉阵天线一般要求共面，但由于地形的原因，每个天线的基墩的高度有可能不相同，需要对每个天线的出地面高度进行测量，取高度的最大值。所有天线从馈源到地面的电缆或光缆的长度应保持一致，对于高度较低的天线，线缆应盘在天线中心体或基墩内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种射电天文中实现信号在传输过程中相位差稳定的系统，包括：综合孔径望远镜的n个天线，所述天线包括地面线缆及地下线缆部分，其中，每个天线从馈源到地面的地面线缆长度相同；每个天线从基墩下到中心控制机房的地下线缆的长度相同。

【技术特征摘要】
1.一种射电天文中实现信号在传输过程中相位差稳定的系统，包括：综合孔径望远镜的n个天线，所述天线包括地面线缆及地下线缆部分，其中，每个天线从馈源到地面的地面线缆长度相同；每个天线从基墩下到中心控制机房的地下线缆的长度相同。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述地下线缆埋在冻土层以下。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述地下线缆先往远处布线，再折返回中心控制机房处。4.根据权利要求3所述的系统，其中，多条所述地下线缆之间保持平行。5.根据权利要求1所述的系统，其中，当n个天线的基墩的高度有不相同时，对于基墩高度较低的天线，地面线缆盘在天线中心体或基墩内部。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述地面线缆或地下线缆...

【专利技术属性】
技术研发人员：王威，颜毅华，陈志军，刘飞，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台，
类型：发明
国别省市：北京,11