• 2024年第65卷第3期文章目次
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    • 非微扰的极早期宇宙现象学: 共振的原初扰动与非高斯尾巴

      2024, 65(3):23. DOI: 10.15940/j.cnki.0001-5245.2024.03.001

      摘要 (22) HTML (0) PDF 10.95 M (23) 评论 (0) 收藏

      摘要:在精确宇宙学的时代, 多信使、高精度、小尺度的宇宙学观测在帮助人们从更加深刻的层面理解宇宙极早期的同时, 也给基于线性近似和微扰展开宇宙学扰动理论带来了新的挑战. 近年来, 对原初引力波和原初黑洞的搜寻使得研究人员们对早期宇宙在小尺度上的非线性非微扰过程产生了浓厚的研究兴趣. 综述了在宇宙学小尺度上关于原初黑洞产生以及引力波研究取得的诸多进展, 重点关注了使用Mathieu方程的共振效应来研究小尺度功率谱放大以及诱导产生可观测的原初引力波的方法. 此外, 还尝试探讨了非高斯尾巴对原初黑洞形成的影响. 发现Mathieu方程所具备的共振效应可以提供一种有效的方法来刻画原初宇宙中小尺度的非微扰动力学过程, 从而能够更好地理解原初黑洞的形成以及相关的引力波产生机制. 同时, 非微扰的非高斯性在原初黑洞形成中可能会产生不可忽视的影响.

    • 利用奇异谱分析提高极移中长期预报精度

      2024, 65(3):24. DOI: 10.15940/j.cnki.0001-5245.2024.03.002

      摘要 (9) HTML (0) PDF 2.25 M (19) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于空间大地观测数据传输耗时及处理过程复杂, 导致极移测量值的获取存在时延, 无法满足对高精度的极移预报值有重大需求的应用领域. 针对极移复杂的时变特性, 提出一种基于奇异谱分析(singular spectrum analysis, SSA)的预报方法. 首先用SSA分离提取极移时序中的高频组分与低频组分; 其次建立最小二乘(least square, LS)外推与自回归(AutoreGressive, AR)模型对极移高频和低频组分进行组合预报. 结果表明, SSA方法能够准确地分离和提取极移低频和高频组分, 对低频和高频组分组合预报可以显著改善极移的中长期(30--365d)预报精度, 与国际地球自转和参考系服务局(International Earth Rotation and Reference Systems Service, IERS)提供的A公报中的极移预报值相比, SSA方法对极移PMX分量(本初子午线方向)和PMY分量(西90$^\circ$子午线方向)的中长期预报精度改进最高分别可达45.97%和62.44%. 研究结果验证了SSA方法对极移中长期预报改进的有效性.

    • 慧眼-HXMT观测到的黑洞双星系统中的W-K 关系

      2024, 65(3):25. DOI: 10.15940/j.cnki.0001-5245.2024.03.003

      摘要 (13) HTML (0) PDF 1.21 M (20) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过几十年的观测研究, 黑洞X射线双星(X-Ray Binary, XRB)部分特征被揭示. 然而, 吸积盘结构尚不确定. 黑洞XRB功率密度谱的截断频率与准周期振荡(Quasi Periodic Oscillation, QPO)的相关性质(W-K关系)可以限制吸积盘结构. 利用慧眼-HXMT (Hard X-ray Modulation Telescope)观测到的5个黑洞XRB的数据, 对黑洞XRB的W-K关系进行了研究, 结果表明在慧眼-HXMT观测的3个探测器能段中W-K关系成立. 此外在MAXI J1535-571之中存在截断频率和吸积盘内半径的相关关系, 这和截断的吸积盘结构一致. 如果观测到的功率密度谱来自质量吸积率的扰动传播, 可以推测吸积盘内半径接近最内圆形稳定轨道, 此黑洞可能是高自旋系统.

    • DSRT三轴低频天线指向误差批量测量和校正方法

      2024, 65(3):26. DOI: 10.15940/j.cnki.0001-5245.2024.03.004

      摘要 (11) HTML (0) PDF 10.14 M (20) 评论 (0) 收藏

      摘要:稻城圆环阵太阳射电望远镜(Daocheng Solar Radio Telescope, DSRT)作为子午工程二期太阳-行星际探测子系统的重要部分, 工作在150--450MHz频段, 可提供高空间、高时间分辨率的太阳爆发亮温图像. 针对DSRT天线的高精度指向测量以及对指向误差批量标定和校正的需求, 首先根据DSRT独有的三轴座架系统, 通过四元数旋转变换法建立了天线3参数编码器零点误差模型; 然后提出了基于射电源的漂移扫描法获得16个单元天线功率方向图, 并根据2维方向图确定波束中心的方法精确测量了DSRT天线指向误差; 最后用最小二乘法拟合得到模型参数, 并通过天线控制软件重新调整各个轴的零点, 后对调整结果进行验证. 结果表明指向校正方法可靠有效, 校正后16个天线的指向精度为0.5$^\circ$之内, 明显优于校正前3.5$^\circ$的指向误差, 满足误差小于DSRT天线最高工作频率下的1/10波束范围内的要求.

    • 光钟与氢钟联合的时间尺度算法研究

      2024, 65(3):27. DOI: 10.15940/j.cnki.0001-5245.2024.03.005

      摘要 (7) HTML (0) PDF 1.12 M (18) 评论 (0) 收藏

      摘要:光钟的频率稳定度和不确定度达到了10-18量级, 使其有望成为下一代的时间频率标准, 并可能用来重新定义国际单位“秒”. 时间尺度作为准确、连续标记时间流逝过程的基准, 是高精度时间产生的基础. 时间尺度的产生需要依赖连续稳定运行的原子钟, 而光钟作为实验室原型设备, 一般不能连续运行, 因此光钟参与时间尺度计算是个难点问题. 提出将Vondrak-Cepek组合滤波算法应用在光钟与氢钟联合计算的时间尺度, 以解决间歇运行的光钟参与时间尺度计算的难点问题. 首先利用氢钟的时差数据, 采用ALGOS算法计算获得连续稳定的氢钟时间尺度. 其次利用Vondrak-Cepek组合滤波算法将氢钟时间尺度与光钟的数据综合, 获得光钟参与计算的联合时间尺度. 最终试验结果证明, Vondrak-Cepek组合滤波算法有效提升光钟与氢钟联合时间尺度的性能,该时间尺度与协调世界时(Coordinated Universal Time, UTC)的时间偏差达到亚纳秒量级.

    • 明安图射电频谱日像仪图像的强度定标方法

      2024, 65(3):28. DOI: 10.15940/j.cnki.0001-5245.2024.03.006

      摘要 (8) HTML (0) PDF 937.19 K (17) 评论 (0) 收藏

      摘要:明安图射电频谱日像仪(Mingantu Spectral Radioheliograph, MUSER)能够在0.4--15GHz超宽频带内实现高时间、高空间、高频率分辨率的太阳射电成像. 而射电亮温度是描述太阳物理过程的一个重要的参数, 在研究不同射电辐射机制、太阳磁场以及太阳爆发过程中非热粒子加速等问题上有着非常重要的作用, 因此必须对MUSER观测的图像进行亮温度定标. 将介绍一种适用于射电日像仪图像强度定标的方法. 太阳射电图像中包含着太阳圆盘的结构信息, 利用射电日像仪短基线的可视度函数拟合第一类贝塞尔函数, 可以得到图像中宁静太阳圆盘的射电半径和强度, 再利用瑞利-金斯定律和每天的太阳射电流量可以计算得到每天图像的定标因子$G_c$, 从而实现对MUSER图像强度的定标. 将该方法应用到MUSER的实际观测数据中, 包括宁静太阳和有太阳射电爆发等不同的情况, $G_c$的误差基本不超过10%, 得到的宁静太阳亮温度与其他宁静太阳的结果具有较高的相关性, 表明了此方法的可行性和有效性.

    • 一种基于元学习的大口径射电望远镜俯仰轴承故障辨识方法研究

      2024, 65(3):29. DOI: 10.15940/j.cnki.0001-5245.2024.03.007

      摘要 (11) HTML (0) PDF 5.01 M (19) 评论 (0) 收藏

      摘要:在经过长期运行后大口径射电望远镜俯仰轴会出现微小扭曲, 滚动轴承作为承载俯仰轴的核心部件, 也会因长期承受交变载荷增加疲劳风险, 导致轴承寿命以及望远镜指向精度的下降, 极大影响望远镜的性能. 以俯仰轴承为研究对象, 开展故障辨识方法研究, 可为望远镜天线的高性能运行提供重要支撑. 为实现在有限数据和复杂工作条件下准确地辨识俯仰轴承故障, 提出了一种小样本条件下基于元学习的故障辨识方法(Few-shot Meta-learning Fault Identification, FMFI). 首先将不同工况下的原始信号转换为时频图像数据, 之后按照元学习协议将数据样本随机采样到不同的学习任务中. 在有限样本的条件下, FMFI可以通过训练任务中的样本信息获取通用的先验知识, 在未知的测试任务下实现准确快速的故障辨识. 选取了与望远镜俯仰轴承工况具有相似性的变负载轴承数据集进行实验, 实验结果表明, FMFI方法具有很高的准确性和可靠性, 为大口径射电望远镜俯仰轴承的主动运维和高质量服役提供了有力的技术支持.

    • 小天体离散元仿真软件的搭建与测试

      2024, 65(3):30. DOI: 10.15940/j.cnki.0001-5245.2024.03.008

      摘要 (11) HTML (0) PDF 4.65 M (21) 评论 (0) 收藏

      摘要:小天体探测是当今太阳系探测的一大热点, 对小行星演化的研究有助于人们了解太阳系的起源. 演化研究的一项重要内容是小天体结构的演化, 即小天体在多种力学机制作用下自身形状与结构的演化. 在小天体碎石堆结构的假设之下, 一种比较常见的模拟小天体结构演化的方法是离散元仿真算法(Discrete Element Method, DEM), 目前国内外有数个团队开发了相关算法软件. 本文介绍了团队开发的《基于DEM仿真算法的多粒子系统模拟软件》的基础理论、实现方法以及加速算法, 并使用二体接触模型、声速传播仿真、小行星内部压强、小行星旋转稳定性仿真算例验证了算法的可靠性.

    • 硬X射线成像仪量能器测试系统的设计与实现

      2024, 65(3):31. DOI: 10.15940/j.cnki.0001-5245.2024.03.009

      摘要 (9) HTML (0) PDF 8.71 M (19) 评论 (0) 收藏

      摘要:硬X射线成像仪(Hard X-ray Imager, HXI)是先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)的3大载荷之一, 其中量能器作为其重要组成部分, 承担着观测30--200keV能段的太阳硬X射线的任务. 在卫星发射之前, 需要开展大量的测试工作, 以确保HXI量能器的各项功能和性能满足设计需求. HXI量能器通道数众多, 内含99个溴化镧探测器, 分别由8块相同的前端电子学板控制. 除了对各个通道的性能进行测试外, 地检系统还需模拟量能器在轨面对不同太阳活动时的运行情况, 对量能器进行全面完备的测试. 此外, 地检系统还需足够稳定, 能满足量能器在单机测试、环境试验、热真空与振动等多个不同测试项目的长时间测试需求. 为此, 设计了地检板与上位机软件, 结合放射源、直流电源、高压模块等组成一套HXI量能器的地检系统, 对8块前端电子学板实现同步配置与管理, 能高效完成指令发送与数据接收, 满足量能器最大数据输出带宽400Mbps的需求. 利用该系统, 在地面完成了HXI量能器的功能、性能验证, 获得了量能器的线性、死时间、能量分辨率等各项性能指标, 为HXI量能器的在轨高性能运行提供了保障.

    • 基于FPN-ViT的星系形态分类研究

      2024, 65(3):32. DOI: 10.15940/j.cnki.0001-5245.2024.03.010

      摘要 (11) HTML (0) PDF 8.28 M (16) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着人工智能技术的发展, 利用深度学习方法进行星系形态分类研究取得了较大进展, 但在分类精度、自动化及其星系的空间特征表示上仍然存在不足之处. Vision Transformer (ViT)模型目前在星系形态分类上具有较好的鲁棒性, 但是在处理多尺度图像时存在一定的局限性, 因此提出将特征金字塔(Feature Pyramid Networks, FPN)引入ViT模型(FPN-ViT)中进行星系形态的分类研究中. 结果表明: 基于FPN-ViT模型进行星系形态分类的平均准确率、精确率、召回率以及F1分数等各项评估指标均在95%以上, 与传统的ViT模型相比各项指标均有一定程度的提升. 同时, 在原始星系图像中加入不同程度的高斯噪声和椒盐噪声, 验证FPN-ViT模型对低信噪比数据也能获得较好的分类性能. 此外, 为了对模型进行综合评估, 采用t分布随机邻接嵌入(t-distributed Stohastic Neighbor Embedding, t-SNE)算法对分类结果进行了可视化分析, 能够更加直接地看出FPN-ViT模型对于星系形态分类的效果. 因此, 将FPN网络应用于ViT模型对星系形态的分类研究中是一种全新尝试, 对后续研究具有重要意义.

    • 矮行星Haumea系统定心算法的探究

      2024, 65(3):33. DOI: 10.15940/j.cnki.0001-5245.2024.03.011

      摘要 (9) HTML (0) PDF 1.58 M (16) 评论 (0) 收藏

      摘要:受地球大气影响, 使用地基光学望远镜观测角距离较小的双星系统或主卫星系统时往往会出现星象不可分辨的情况. 因此, 系统光心位置与系统质心位置可能存在一定的偏差. 准确地测量太阳系天体系统质心位置可以改进其轨道参数, 有助于揭示太阳系的形成与演化. 以矮行星Haumea及其亮卫星Hiíaka的运动为例, 仿真系统光心围绕质心扰动的过程, 探究视宁度(用星象的半高全宽表示)变化对准确测量光心位置的影响. 仿真结果表明, 使用二维高斯定心算法测定的系统光心位置随视宁度变化, 而修正矩定心算法的定心结果不受视宁度的影响. 根据仿真结果, 研究能够有效减少视宁度变化对光心位置准确测量影响的定心算法十分必要; 同时, 新的定心算法还需考虑主星光度变化的影响. 使用云南天文台2.4m望远镜, 1m望远镜以及紫金山天文台姚安观测站0.8m望远镜从2022年2月7日至2022年5月25日观测矮行星Haumea系统, 得到29晚共463幅CCD图像. 新定心算法确定的光心位置与使用二维高斯定心算法的结果相比具有更好的位置拟合效果. 此外, 还发现亮卫星Hiíaka在Jet Propulsion Laboratory (JPL)历表与Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des 'Ephémérides (IMCCE)历表中的位置存在较大偏差.

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