一种射电望远镜系统的实时噪声校准系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种射电望远镜系统的实时噪声校准系统及方法，该系统包括：天线单元、馈源、校准单元和接收单元。所述馈源接收到所述天线单元汇聚的来自天体或冷空的射电信号，并将所述射电信号发送至所述校准单元。所述校准单元用于产生周期性变化的噪声校准信号，并将所述噪声校准信号与所述射电信号进行耦合生成耦合信号后送入所述接收单元。所述接收单元根据所述耦合信号获得在望远镜指向冷空或天体时相对应的输出功率，并根据输出功率的变化差值对望远镜系统进行噪声校准，从而获得天体的绝对流量。本发明专利技术能提高射电望远镜系统的噪声校准的准确性。

A Real-time Noise Calibration System and Method for Radio Telescope System

【技术实现步骤摘要】
一种射电望远镜系统的实时噪声校准系统及方法
本专利技术涉及射电天文
，尤其涉及一种射电望远镜系统的实时噪声校准系统及方法。
技术介绍
射电望远镜用以接收宇宙天体辐射的无线电信号，进而研究天体的物理、化学性质，它作为一种无线电信号探测仪器，是射电天文学的主要研究工具。射电望远镜由天线和接收系统两大部分组成。常见的反射面天线，把微弱的天体信号反射汇聚到接收系统。接收系统包括馈源和接收机组件：馈源收集来自反射面汇聚的信号；接收机包括低噪声放大器、滤波器、混频器、AD采样等，对信号进行放大、滤波等一系列处理，最后利用计算机进行天文数据处理，从而获得研究天体的信息。在射电望远镜系统观测时，需要精确知道接收信号的功率值与天体辐射信号功率的对应关系，从而获得天体的绝对流量信息，以进行天文学研究。通常接收到的信号除了天体辐射信号之外，还包含天空背景噪声、大气损耗、天线损耗、接收机自身产生的噪声等，统称为望远镜系统噪声。同时，望远镜系统噪声，随着望远镜指向天空的位置不同而不同；即使望远镜指向同一位置，随时间温度发生变化，系统噪声也随之改变。而对望远镜系统进行噪声校准，是射电望远镜系统观测中的关键一步，能决定着观测数据的有效性和可用性。因此如何实时进行系统噪声校准，以从接收到的信号中剔除望远镜系统噪声，减少电压和环境温度的变化易引起噪声源输出噪声不稳定，进而获得精确的天体绝对流量，具有重要的研究意义。
技术实现思路
本专利技术提供一种射电望远镜系统的实时噪声校准系统及方法，解决传统射电望远镜系统进行噪声校准时易因电压和环境温度的变化引起噪声源输出噪声不稳定，造成噪声校准获得的数据不准确的问题，能提高射电望远镜系统的噪声校准的准确性。为实现以上目的，本专利技术提供以下技术方案：一种射电望远镜系统的实时噪声校准系统，包括：天线单元、馈源、校准单元和接收单元；所述馈源接收所述天线单元汇聚的来自冷空或天体的射电信号，并将所述射电信号发送至所述校准单元；所述校准单元用于产生周期性变化的噪声校准信号，并在望远镜指向冷空或天体时将所述噪声校准信号与所述射电信号进行耦合生成耦合信号后送入所述接收单元；所述接收单元根据所述耦合信号获得在望远镜指向冷空或天体时相对应的输出功率，并根据输出功率的变化差值对望远镜系统进行噪声校准，进而获得待测天体的绝对流量。优选的，所述接收单元根据望远镜指向冷空时输出功率的周期性变化差值和已知的噪声源等效噪声温度，对所述接收单元的输出功率进行标定，校准得到望远镜系统噪声温度；所述接收单元还根据望远镜指向天体时输出功率与指向冷空时输出功率的差值，得到待测天体的亮温度；所述接收单元还根据待测天体的亮温度和天线单元的有效接收面积，确定待测天体的绝对流量，其中，所述天线单元的有效接收面积通过射电天文中的标准源进行测定。优选的，所述校准单元包括：噪声生成模块、耦合模块和控制模块和电源模块；所述耦合模块的输入端与所述噪声生成模块的输出端相连，所述耦合模块的控制端与所述控制模块的输出端相连，所述电源模块对各个模块提供直流电源；所述噪声生成模块用于根据设定噪声源生成噪声校准信号；所述耦合模块用于将所述噪声校准信号与所述射电信号进行耦合，并生成周期性变化的所述耦合信号；所述控制模块输出PWM波控制所述耦合模块周期性开启和闭合，以使所述噪声校准信号产生周期性变化。优选的，所述耦合模块包括：馈源接口、接收机接口、定向耦合器和微波开关；所述定向耦合器通过所述馈源接口与所述馈源信号连接，所述定向耦合器通过所述接收机接口与所述接收单元信号连接；所述微波开关的输入端与所述噪声生成模块的输出端相连，所述微波开关的输出端与所述定向耦合器的耦合端相连，所述微波开关的控制端与所述控制模块的输出端相连；所述控制模块通过所述微波开关控制噪声生成模块产生的所述噪声校准信号按设定周期通断。优选的，所述噪声生成模块包括：噪声管、稳压电路、偏置电路、隔直电容、衰减电路、电源接口和输出接口；所述稳压电路的输入端与所述电源接口相连，所述稳压电路的输出端与所述偏置电路的输入端相连，所述偏置电路的输出端与所述噪声管的输入端相连，所述噪声管的输出端与所述隔直电容的一端相连，所述隔直电容的另一端与所述衰减电路的输入端相连，所述衰减电路的输出端与所述输出接口相连；所述电源模块通过电源接口输入直流电流，并由所述稳压电路和所述偏置电路实时调整噪声源的输入电流，使噪声源在恒流下产生所述噪声校准信号；所述隔直电容用于隔离直流电信号，所述衰减电路用于调整所述噪声管的输出功率。优选的，所述噪声生成模块还包括：恒温控制电路，所述恒温控制电路用于根据周边环境温度控制所述噪声管在设定温度下产生所述噪声校准信号。优选的，所述噪声管包括：雪崩二极管，所述雪崩二极管工作在反向击穿区时产生等效噪声。本专利技术还提供一种射电望远镜系统的实时噪声校准方法，包括：在望远镜指向天体或冷空时，获取天体或冷空的射电信号；产生周期性变化的噪声校准信号；在望远镜指向冷空或天体时，将所述噪声校准信号与所述射电信号进行耦合，并生成耦合信号；根据所述耦合信号获得在望远镜指向冷空或天体时相对应的输出功率，并根据输出功率的变化差值对望远镜系统进行噪声校准，进而获得待测天体的绝对流量。优选的，还包括：实时调整噪声源的输入电流，使噪声源在恒流下产生所述噪声校准信号，和/或根据周边环境温度控制噪声源在设定温度下产生所述噪声校准信号。优选的，所述根据输出功率的变化差值对望远镜系统进行噪声校准，进而获得待测天体的绝对流量，包括：将望远镜指向冷空，并根据指向冷空时输出功率的周期性变化差值和已知的噪声源等效噪声温度，对所述接收单元的输出功率进行标定，以校准得到望远镜系统噪声温度；将望远镜指向天体，并根据指向天体时输出功率与指向冷空时输出功率的差值，得到待测天体的亮温度；根据待测天体的亮温度和望远镜的有效接收面积，确定待测天体的绝对流量，所述有效接收面积通过射电天文中的标准源进行测定。本专利技术提供一种射电望远镜系统的实时噪声校准系统及方法，通过校准单元控制噪声源产生的周期性变化的噪声校准信号，与来自天体或冷空的射电信号进行耦合，并生成耦合信号，利用噪声源的等效噪声温度对接收单元的输出功率进行标定，并根据指向天体和指向冷空时输出功率的变化差值对望远镜系统进行噪声校准。解决传统射电望远镜系统进行噪声校准时易因电压和环境温度的变化引起噪声源输出噪声不稳定，造成噪声校准获得的数据不准确的问题，能提高射电望远镜系统的噪声校准的准确性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。图1是本专利技术提供的一种射电望远镜系统的实时噪声校准系统结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的校准单元的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的噪声生成模块的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的控制信号和输出功率的变化波形图；图5是本专利技术提供的一种射电望远镜系统的实时噪声校准方法示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本专利技术实施例作进一步的详细说明。针对传统望远镜接收到的信号易受到环境温度、设备电流及系统噪声影响，使得到的测量数据不稳定和不准确的问题。本专利技术提供一种射电望远镜系统的实时噪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种射电望远镜系统的实时噪声校准系统，其特征在于，包括：天线单元、馈源、校准单元和接收单元；所述馈源接收所述天线单元汇聚的来自冷空或天体的射电信号，并将所述射电信号发送至所述校准单元；所述校准单元用于产生周期性变化的噪声校准信号，并在望远镜指向冷空或天体时将所述噪声校准信号与所述射电信号进行耦合生成耦合信号后送入所述接收单元；所述接收单元根据所述耦合信号获得在望远镜指向冷空或天体时相对应的输出功率，并根据输出功率的变化差值对望远镜系统进行噪声校准，进而获得待测天体的绝对流量。

【技术特征摘要】
1.一种射电望远镜系统的实时噪声校准系统，其特征在于，包括：天线单元、馈源、校准单元和接收单元；所述馈源接收所述天线单元汇聚的来自冷空或天体的射电信号，并将所述射电信号发送至所述校准单元；所述校准单元用于产生周期性变化的噪声校准信号，并在望远镜指向冷空或天体时将所述噪声校准信号与所述射电信号进行耦合生成耦合信号后送入所述接收单元；所述接收单元根据所述耦合信号获得在望远镜指向冷空或天体时相对应的输出功率，并根据输出功率的变化差值对望远镜系统进行噪声校准，进而获得待测天体的绝对流量。2.根据权利要求1所述的射电望远镜系统的实时噪声校准系统，其特征在于，所述接收单元根据望远镜指向冷空时输出功率的周期性变化差值和已知的噪声源等效噪声温度，对所述接收单元的输出功率进行标定，校准得到望远镜系统噪声温度；所述接收单元还根据望远镜指向天体时输出功率与指向冷空时输出功率的差值，得到待测天体的亮温度；所述接收单元还根据待测天体的亮温度和天线单元的有效接收面积，确定待测天体的绝对流量，其中，所述天线单元的有效接收面积通过射电天文中的标准源进行测定。3.根据权利要求1所述的射电望远镜系统的实时噪声校准系统，其特征在于，所述校准单元包括：噪声生成模块、耦合模块和控制模块和电源模块；所述耦合模块的输入端与所述噪声生成模块的输出端相连，所述耦合模块的控制端与所述控制模块的输出端相连，所述电源模块对各个模块提供直流电源；所述噪声生成模块用于根据设定噪声源生成噪声校准信号；所述耦合模块用于将所述噪声校准信号与所述射电信号进行耦合，并生成周期性变化的所述耦合信号；所述控制模块输出PWM波控制所述耦合模块周期性开启和闭合，以使所述噪声校准信号产生周期性变化。4.根据权利要求3所述的射电望远镜系统的实时噪声校准系统，其特征在于，所述耦合模块包括：馈源接口、接收机接口、定向耦合器和微波开关；所述定向耦合器通过所述馈源接口与所述馈源信号连接，所述定向耦合器通过所述接收机接口与所述接收单元信号连接；所述微波开关的输入端与所述噪声生成模块的输出端相连，所述微波开关的输出端与所述定向耦合器的耦合端相连，所述微波开关的控制端与所述控制模块的输出端相连；所述控制模块通过所述微波开关控制噪声生成模块产生的所述噪声校准信号按设定周期通断。5.根据权利要求3所述的射电望远镜系统的实时噪声校准系统，其特征在于，所述噪声生成模块包括：噪声管、稳压电路、...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴晓明，刘彬，于京龙，
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