一种多波段复合式天文科普系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种多波段复合式天文科普系统，其包括射电观测子系统、光学观测子系统、跟踪控制子系统、计算机；本装置通过射电望远镜在微波频段和光学望远镜在可见光波段对同一观测源进行观测，获取多波段的辐射信息，使得科普受众者对天体的多波段辐射具有更加深刻的了解；本装置具有操作直观、显示方便等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种多波段复合式天文科普系统
本技术属于天文科普设备领域，具体涉及一种多波段复合式天文科普系统，该系统适用于青少年学生的射电天文、光学天文甚至无线电教学等技术方面的科普教育。
技术介绍
具有多波段辐射的天体广泛存在于宇宙中，例如：太阳在微波、光学、红外、高能等波段均有辐射；银心在1420MHz频段具有较强的中性氢辐射，对于不同的旋臂，根据其红移速度的不同还可以观察到不同旋臂上的中性氢辐射的频移情况，同时在光学波段可以用肉眼看到壮丽的银河。由于光学观测的直观和可操作性，目前中小学生天文科普主要以光学观测为主，涉及其他波段较少，而多波段的观测可以使得科普受众者更好的理解天体的辐射机制，如射电波段则反映了与光学波段完全不同的物理本质。开发多波段的天文科普终端，可以使科普受众者同步清晰的观测到天体在不同波段的辐射情况，同时也理解不同波段辐射信号的物理机制和特征。例如：太阳在宁静时期的射电辐射流量值随着频率的不同而不同，通过对多个窄频带内的射电流量观察可以看到不同频段的流量差异；在爆发时期具有较为丰富的频谱成分，其反应了日冕物质抛射过程中速度和密度的变化过程，通过爆发频谱的数据可以让科普受众者了解到日冕物质抛射过程中物理变化情况，同时可以配合光学波段的图像数据，可以看到对应的日冕物质抛射过程，更加深刻的了解太阳活动-空间天气的影响；另外在2800MHz频段的长期太阳辐射和日面的黑子数量成正相关性，如果通过长期的观测和统计可以获得两组正相关数据，具有很好的科学实验意义。又例如：目前夜间对银河的拍摄非常普遍，但是银河系中心强烈的中性氢辐射同样也是较好的科普素材，其在频谱特征上反应了不同位置处的中性氢所属银河系旋臂的速度、远近等信息，同时在观测终端中如果能够手动调节频率分辨率，可以让科普受众者了解到快速傅里叶变化中分析点数和分辨率之间的关系。因此开发多波段的天文科普观测终端是扩宽天文科普领域的重要技术手段。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种基于射电和光学的多波段复合式天文科普系统，适用于中小学生自然科学科普领域，通过射电望远镜在微波频段和光学望远镜在可见光波段对同一观测源进行观测，获取多波段的辐射信息，使得科普受众者对天体的多波段辐射具有更加深刻的了解。本技术多波段复合式天文科普系统包括射电观测子系统、光学观测子系统、跟踪控制子系统、计算机，其中射电观测子系统由射电天线、射频定标系统、前端模拟接收机、数据采集-处理终端依次连接组成，计算机分别与数据采集-处理终端、射频定标系统连接；光学观测子系统包括多光学望远镜、与多光学望远镜配套的CCD图像传感器，多光学望远镜通过CCD图像传感器与计算机连接；跟踪控制子系统包括赤道仪、具有同步接口板的复合式台架，赤道仪设置在复合式台架上，赤道仪与计算机连接，射电天线和多光学望远镜通过同步接口板设置在复合式台架上。其中射电观测子系统为一完备的射电望远镜，由射电天线(包括抛物面天线和宽带馈源)、前端模拟接收机、射频定标系统、数据采集-处理终端组成；其中抛物面天线的直径为0.8-1.5米，馈源的带宽6GHz以上；前端模拟接收机由低噪声放大器、一级滤波器(组)、二级放大器、二级滤波器(组)依次连接组成，在调研无线电环境的基础上，合理选择合适的工作频点和增益的放大器，滤波器(组)带宽、阻带抑制度等参数；前端模拟接收机为宽带大动态范围接收机，至少需要30-40dB动态范围以针对太阳射电爆发的强信号；射频定标系统由微波开关、噪声源组成，微波开关与噪声源连接，微波开关由计算机控制，控制选通天线输入、噪声源输入两种模式，同时噪声源也受到计算机控制，控制噪声源的开启、关闭两种模式，在开启模式下开启噪声源输出噪声信号，在关闭模式下关闭噪声源，相当于一个50欧姆匹配负载的输入，通过这两个数据的差值和天线采集得到的射电信号功率值进行比较得到射电信号强度；数据采集-处理终端采用宽带输入的捷变收发器系统，其具有通道程序可选择性和采集数据处理的程控化的特点，可兼顾多频点太阳射电总流量观测和窄带精细谱线观测两种需要；数据采集-处理终端通过网络或者USB总线与计算机相连，接收计算机发来的观测配置信息，同时将观测数据上传至计算机中进行显示；其次，光学观测子系统有多光学望远镜和与多光学望远镜匹配的CCD图像传感器两部分组成，其中多光学望远镜根据观测的需求不同可以挂接多台望远镜及其CCD图像传感器，即用于寻星的电子寻星镜和其后端配备的监视CCD，用于太阳观测的全日面望远镜和其后端配备的快速曝光CCD、用于夜间观测的带有多波段光学滤镜轮的宽视场长焦距望远镜及其后端配备的长时间曝光CCD、用于导星的电子导星镜和其后端配备的导星CCD；这个系统就构成了一个具备寻星导星、日面观测、夜间星空摄影三重功能的完备光学观测科普系统；再次，跟踪控制子系统由具有同步接口板的复合式台架和赤道仪组成，其中同步接口板用于固定射电望远镜和多光学望远镜，在此接口板上两望远镜系统的主光轴平行，可以实现对目标源的同步观测；同时赤道仪受到计算机控制，可以对不同的观测目标源进行跟踪；最后，计算机为整个系统的控制和信号处理核心，其采用常规控制方法完成下述功能：(1)控制射电数据采集-处理终端，选择射电信号的处理模式，即多波段光变观测模式(主要针对太阳)和精细谱观测模式(针对谱线)；(2)控制射频定标功能，选通微波开关接入噪声源，开启或关闭噪声源，通过噪声源的超噪比对采集的射频信号进行强度定标；(3)控制CCD图像传感器进行图像采集；(4)控制野外快速多波段光学射电同轴、指向校正等；(5)控制赤道仪对观测源进行跟踪，包括手动控制跟踪和根据星历计算得到观测源位置控制赤道仪，进而推动光学和射电望远镜指向目标。本技术集成了光学和射电两种望远镜，并且实现了同步跟踪观测源，为此能够在光学、射电两个波段向科普受众者展示观测源的辐射情况，具有操作直观、显示方便等优点。该系统具有从多个波段对科普受众者对具有多波段辐射的观察目标进行认知，获得诸如：太阳的射电、红外、可见光等波段的辐射，同时基于长期观测可以理解太阳在2800MHz和日面光学耀斑的正相关性；以及银河系中心在光学Ha波段和中性氢谱线1420MHz的辐射情况。附图说明图1为本技术装置结构示意图。具体实施方式下面通过附图和实施例对本技术作进一步详细说明，但本技术保护范围不局限于所述内容。实施例1：如图1所示，本多波段复合式天文科普系统包括射电观测子系统、光学观测子系统、跟踪控制子系统、计算机，实现在光学+射电两个不同的波段对观测源进行数据采集，其中射电观测子系统由射电天线、射频定标系统、前端模拟接收机、数据采集-处理终端依次连接组成，计算机分别与数据采集-处理终端、射频定标系统连接；光学观测子系统包括多光学望远镜、与多光学望远镜匹配的CCD图像传感器，多光学望远镜通过CCD图像传感器与计算机连接；跟踪控制子系统包括赤道仪、具有同步接口板的复合式台架，赤道仪设置在复合式台架上，赤道仪与计算机连接，射电天线和多光学望远镜通过同步接口板设置在复合式台架上。首先，射电观测子系统包括：射电天线(包括抛物面天线和宽带馈源)、射频定标系统、前端模拟接收机、数据采集-处理终端及集成于计算机中的射电处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多波段复合式天文科普系统，其特征在于：包括射电观测子系统、光学观测子系统、跟踪控制子系统、计算机；其中射电观测子系统由射电天线、射频定标系统、前端模拟接收机、数据采集‑处理终端依次连接组成，计算机分别与数据采集‑处理终端、射频定标系统连接；光学观测子系统包括多光学望远镜、与多光学望远镜匹配的CCD图像传感器，多光学望远镜通过CCD图像传感器与计算机连接；跟踪控制子系统包括赤道仪、具有同步接口板的复合式台架，赤道仪设置在复合式台架上，赤道仪与计算机连接，射电天线和多光学望远镜通过同步接口板设置在复合式台架上。

【技术特征摘要】
1.一种多波段复合式天文科普系统，其特征在于：包括射电观测子系统、光学观测子系统、跟踪控制子系统、计算机；其中射电观测子系统由射电天线、射频定标系统、前端模拟接收机、数据采集-处理终端依次连接组成，计算机分别与数据采集-处理终端、射频定标系统连接；光学观测子系统包括多光学望远镜、与多光学望远镜匹配的CCD图像传感器，多光学望远镜通过CCD图像传感器与计算机连接；跟踪控制子系统包括赤道仪、具有同步接口板的复合式台架，赤道仪设置在复合式台架上，赤道仪与计算机连接，射电天线和多光学望远镜通过同步接口板设置在复合式台架上。2.根据权利要求1所述的多波段复合式天文科普系统，其特征在于：射电天线为宽带抛物面天线，带宽覆盖范围6GHz以上。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：董亮，苏泓，杨光普，曾远辉，郭少杰，高冠男，杨凤辉，
申请(专利权)人：中国科学院云南天文台，昆明晶华光学有限公司，
类型：新型
国别省市：云南,53