[發明專利]一種射電天文望遠鏡系統

在審

• 申請號: 201711190823.5
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN107732462A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 董亮;劉海文;朱旗;文品;袁曉偉;郭少杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院云南天文臺
• 主分類號: H01Q15/16
• 分類號: H01Q15/16;H01Q23/00;H01Q17/00;G02B23/06
• 代理公司: 昆明大百科專利事務所53106
• 代理人: 蘇蕓蕓

技術領域

本發明屬于射電天文觀測領域，針對目前日益增加的無線電對射電天文觀測數據的干擾影響，提出的一種有效的干擾抑制技術。

背景技術

隨著電子技術的發展，射電天文設備中的模擬終端逐漸被數字終端取代，這不僅在很大程度上提升射電天文觀測的效率，也極大地拓寬了射電觀測的頻段范圍，使得幾乎整個無線電頻段都納入了射電天文觀測范疇。

與此同時，伴隨著無線通信技術，如Wlan、個人移動通信等的發展，無線電頻率資源被廣泛使用。彌漫在空間中的無線電信號，不可避免地經射電天文望遠鏡進入射電天文觀測設備，形成噪聲并干擾天文觀測。目前，無線電干擾（RFI）已成為困擾射電天文觀測的重要因素。

無線電干擾主要在以下幾個方面影響射電天文觀測：

1、造成接收機飽和，如果RFI在觀測頻段上過強，超過模擬接收機任何一級元件的最大輸入電平就會造成接收機飽和；在該種情況下，射電接收機無法接收到任何天文信號；

2、由于模數轉換器（Analog to digital converter, ADC）的無雜散動態范圍（Spurious Free Dynamic Range, SFDR）參數的存在，RFI過強時會導致假譜出現；

3、由于FFT算法自身的一些缺陷，RFI信號的頻譜會與通過窗函數和天文信號頻譜發生譜間干涉現象，最終形成假譜；并且會導致噪底不平坦，從而影響射電天文信號的相對定標；

4、多RFI通過在傳輸介質中的相互作用產生令人無法確定頻率的交調干擾，這種干擾非常難預料并很難通過傳統的方法濾除；

5、在接收機內部，混頻時（包括模擬和數字混頻兩種）RFI信號和本振信號產生的調制頻率，也很容易落到感興趣的射電天文觀測頻帶中，影響到正常的天文信號的恢復與分析。

干擾消除已經成為刻不容緩解決的重要問題，目前采用規避RFI的方法主要有以下幾種：

1、”棄”(blanking)，可以分為兩種，一是放棄RFI過強的頻段，帶來的好處是從模擬接收機至數字處理器均無干擾信號注入，二是放棄干擾較強時刻的觀測數據，特別是針對脈沖型的干擾（pulse-type signal）可以有效濾除；

2、“阻”(shielding)，通過在接收機鏈路上相應的無線電干擾頻點設置陷波器（notch filter）的辦法可以”阻擊”RFI，這樣做的好處是觀測帶寬損失較少，并且價格低廉，如果陷波器設置合理則有可能獲得“純凈”的頻段；

3、采用空間波束形成方法(spatial beam forming techniques ) ：包括后處理旁瓣干擾消除技術（post processing techniques sidelobe-beam nulling）和主動空間波束形成技術( adaptive beam-forming techniques)避開無線電干擾；

4、數字匹配濾波技術（digital matched filter techniques），利用數字濾波器良好的性能，使濾波器趨近于維納解（wiener solution）可以達到很好的矩形系數，達到濾除無線電干擾的目的；

5、“躲”，選擇良好無線電環境的臺址。例如，FAST等一些大型的射電望遠鏡通過選擇優良的臺址并且采用無線電頻段保護實現了干擾的規避。這樣可以避開地面RFI。

上述傳統消除干擾的方法均存在問題：（1）“棄”方法減少帶寬和積分時間，降低觀測靈敏度，需要在后期處理中大量采用信號識別技術，增加處理難度；（2）“躲”受地域、經濟等諸多因素局限，在通信技術大規模應用的今天，通過選址來規避RFI 干擾愈加困難；（3）“阻”方法需預知RFI 信號頻點，對新增和快速變化的RFI 信號無效；同時，增加模擬濾波器導致整個接收機鏈路的噪聲溫度升高；（4）空間波束成形法需預知RFI 信號的方向，對快速閃變干擾源無效。最重要的是，上述方法均不能解決強RFI 干擾問題，如遇WiFi、CDMA 或3G 等強信號時，干擾信號直接造成低噪放飽和，接收機無法對整個頻段進行觀測；而強無線電干擾頻段往往是天文上脈沖星、總流量觀測等的重要頻段。

近年來，超材料（Metamaterial）由于具有不同尋常的電磁特性，是當前國際電磁學研究的前沿課題之一。目前，超材料廣泛應用于微波技術、應用光學以及THz 等領域，用來改善微波、光學器件的性能。將微波超材料用于射電天文望遠鏡系統未見報道，該系統一方面可以有效地去除較強、帶寬較窄的無線電干擾；另一方面可以無損耗地反射傳輸有用的射電觀測信號。

發明內容