大口徑射電望遠鏡電磁兼容評估技術(shù)研究

劉奇

(中國科學(xué)院新疆天文臺烏魯木齊 830011)

電磁兼容性是設(shè)備或系統(tǒng)的重要性能指標,也是保障系統(tǒng)的工作效能和提高系統(tǒng)可靠性的重要因素.大口徑射電望遠鏡運行階段,臺址周圍無線電業(yè)務(wù)及內(nèi)部潛在的電磁干擾會降低觀測系統(tǒng)靈敏度、影響天文觀測的質(zhì)量.本論文針對擬建的新疆110 m全向可動射電望遠鏡(Qi Tai raido Telescope,QTT)開展了系統(tǒng)電磁兼容評估技術(shù)及控制方法研究,具有重要的工程應(yīng)用價值.

首先,依據(jù)現(xiàn)有電波環(huán)境測量方法的不足,深入分析了儀器設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)配置方法及測量時間計算方法,采用Y因子法校準測量數(shù)據(jù),提出一種準實時電波環(huán)境測量方法.面向高重復(fù)性寬帶頻譜,分析了寬帶頻譜信號和噪聲特征,結(jié)合標準差理論,提出一種基于鄰值比較的信噪分離方法,并采用鄰值統(tǒng)計方法優(yōu)化關(guān)鍵參數(shù),提高信噪分離精度.針對QTT臺址,開發(fā)了自動化電波環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)6 GHz以下頻段系統(tǒng)增益大于40 dB,系統(tǒng)噪聲系數(shù)小于2 dB,測量不確定度小于1.49 dB,具有極高的系統(tǒng)靈敏度和測量精度;分析了頻譜監(jiān)測數(shù)據(jù)流,設(shè)計了基于HDF5 (Hierarchical Data Format version 5)的數(shù)據(jù)存儲格式,開發(fā)了自動化電波環(huán)境測量和監(jiān)控軟件及數(shù)據(jù)處理軟件.依據(jù)QTT臺址長期監(jiān)測數(shù)據(jù),評估分析了臺址電磁環(huán)境、主要干擾源特征及其影響.

其次,提出大口徑射電望遠鏡饋源口面干擾電平限值量化方法,建立了基于臺址地形的電波傳播模型,分析了現(xiàn)有電波傳播模型的優(yōu)缺點及適應(yīng)性,結(jié)合QTT臺址實際地形及地質(zhì)特征,采用Longley-Rice和Two-Ray電波傳播模型,預(yù)測分析了QTT臺址潛在干擾區(qū)域電磁干擾達到射電望遠鏡的電波路徑衰減,結(jié)合大口徑射電望遠鏡天線增益量化方法,提出設(shè)備所在位置干擾電平限值量化方法,運用該方法對QTT臺址潛在干擾區(qū)域的干擾電平限值進行量化.依據(jù)設(shè)備所在位置干擾電平限值,調(diào)研分析了國內(nèi)外軍用、民用電磁兼容測量標準,結(jié)合電磁干擾對射電天文觀測的影響,提出一種大口徑射電望遠鏡電磁兼容控制方法,解決了現(xiàn)有電波暗室測量系統(tǒng)無法直接測量評估電子設(shè)備電磁兼容的問題,該電磁兼容控制方法計劃應(yīng)用于QTT建設(shè)及運行階段,確保系統(tǒng)擁有良好的電磁兼容性.

最后,依據(jù)QTT臺址潛在干擾區(qū)域干擾電平限值,結(jié)合典型電子設(shè)備電磁輻射頻譜,分析了QTT電磁兼容設(shè)計需求,提出電磁兼容設(shè)計初步方案.另外,針對臺址建筑設(shè)施內(nèi)的中低電磁輻射干擾源,提出一種低成本建筑屏蔽方法,應(yīng)用于QTT臺址現(xiàn)有建筑.