劉奇

(中國科學(xué)院新疆天文臺(tái)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(biāo),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(yuǎn)鏡運(yùn)行階段,臺(tái)址周圍無線電業(yè)務(wù)及內(nèi)部潛在的電磁干擾會(huì)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(duì)擬建的新疆110 m全向可動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡(Qi Tai raido Telescope,QTT)開展了系統(tǒng)電磁兼容評(píng)估技術(shù)及控制方法研究,具有重要的工程應(yīng)用價(jià)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(shí)間計(jì)算方法,采用Y因子法校準(zhǔn)測量數(shù)據(jù),提出一種準(zhǔn)實(shí)時(shí)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(hào)和噪聲特征,結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)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(jì)方法優(yōu)化關(guān)鍵參數(shù),提高信噪分離精度.針對(duì)QTT臺(tái)址,開發(fā)了自動(dòng)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(jì)了基于HDF5 (Hierarchical Data Format version 5)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式,開發(fā)了自動(dòng)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(tái)址長期監(jiān)測數(shù)據(jù),評(píng)估分析了臺(tái)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(yuǎn)鏡饋源口面干擾電平限值量化方法,建立了基于臺(tái)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(diǎn)及適應(yīng)性,結(jié)合QTT臺(tái)址實(shí)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(tái)址潛在干擾區(qū)域電磁干擾達(dá)到射電望遠(yuǎn)鏡的電波路徑衰減,結(jié)合大口徑射電望遠(yuǎn)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(yùn)用該方法對(duì)QTT臺(tái)址潛在干擾區(qū)域的干擾電平限值進(jìn)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(biāo)準(zhǔn),結(jié)合電磁干擾對(duì)射電天文觀測的影響,提出一種大口徑射電望遠(yuǎn)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(píng)估電子設(shè)備電磁兼容的問題,該電磁兼容控制方法計(jì)劃應(yīng)用于QTT建設(shè)及運(yùn)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(tái)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(jì)需求,提出電磁兼容設(shè)計(jì)初步方案.另外,針對(duì)臺(tái)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(tái)址現(xiàn)有建筑.