本發(fā)明涉及射電天文觀測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種otf成圖觀測(cè)的花瓣式掃描方法。

背景技術(shù)：

otf(onthefly，飛行)成圖觀測(cè)在天文觀測(cè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，在otf觀測(cè)中，天線(xiàn)快速地掃過(guò)一個(gè)天區(qū)，通過(guò)譜線(xiàn)終端記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)。otf觀測(cè)具有以下優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)減少天線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的無(wú)效時(shí)間以及共用一個(gè)參考點(diǎn)來(lái)提高觀測(cè)效率；快速觀測(cè)整個(gè)觀測(cè)區(qū)域，以減少系統(tǒng)變化(如大氣情況、系統(tǒng)增益、望遠(yuǎn)鏡指向等)對(duì)單幅圖的影響，而圖之間的系統(tǒng)變化，可通過(guò)加權(quán)平均以及相關(guān)技術(shù)予以消除；數(shù)據(jù)記錄頻率高于奈奎斯特采樣頻率，不會(huì)造成空間分辨率的丟失。

目前，otf成圖觀測(cè)普遍采用將一個(gè)掃描區(qū)域分成若干行的方式，例如：論文《天馬望遠(yuǎn)鏡譜線(xiàn)otf觀測(cè)系統(tǒng)》提出了一種逐行掃描的方式，專(zhuān)利文獻(xiàn)《一種otf觀測(cè)掃描方法》提出了一種每次掃描多個(gè)相間隔行的掃描方式。對(duì)于一些特殊情況下的多波束成圖掃描，按照行掃描方式存在以下缺點(diǎn)：

(1)一些天文成圖觀測(cè)要求對(duì)天區(qū)的中心部分進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的積分，以保證中心區(qū)域較高的信噪；而基于行的掃描方式，通常需要盡量保證整個(gè)觀測(cè)區(qū)域每個(gè)點(diǎn)的積分時(shí)間一致，從而導(dǎo)致觀測(cè)區(qū)域的中心部分積分時(shí)間不足。

(2)一些觀測(cè)源的形狀具有圓形特征，而基于行的掃描方式，其成圖形狀為矩形，為此為實(shí)現(xiàn)對(duì)圓形區(qū)域的觀測(cè)，需要較大的掃描覆蓋區(qū)域，導(dǎo)致觀測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)。

(3)在基于行的掃描方式中，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡從上一掃描行切換到下一掃描行時(shí)，不能平滑過(guò)渡，導(dǎo)致望遠(yuǎn)鏡有振蕩問(wèn)題，此現(xiàn)象對(duì)于大型射電望遠(yuǎn)鏡尤為明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種otf成圖觀測(cè)的花瓣式掃描方法，以準(zhǔn)確、高效地完成觀測(cè)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種otf成圖觀測(cè)的花瓣式掃描方法，包括以下步驟：

s1，確定觀測(cè)參數(shù)，包括待觀測(cè)射電源的半徑r、半徑振蕩時(shí)間τ、一遍掃描中的子掃描次數(shù)k、每次子掃描的時(shí)間t、以及循環(huán)掃描的總遍數(shù)n；

s2，根據(jù)所述步驟s1中確定的觀測(cè)參數(shù)，計(jì)算如下掃描軌道方程中的軌道參數(shù)ω、ω、φ1和φ2：

dec(t)＝r0sin(ωt+φ1)sin(ωt+φ2)+dec0

在上述方程中，ra(t)、dec(t)分別為掃描點(diǎn)的赤經(jīng)和赤緯；t為時(shí)間；r0為掃描區(qū)域的半徑，其取值等于或大于射電源半徑r；ra0和dec0為待觀測(cè)射電源的中心位置的赤經(jīng)和赤緯；ω為半徑振蕩周期；ω為旋轉(zhuǎn)周期；φ1和φ2為相位；

其中，

s3，按照s2中的軌道方程進(jìn)行掃描，當(dāng)經(jīng)過(guò)時(shí)間t時(shí)，一次子掃描過(guò)程結(jié)束，則觀測(cè)參考點(diǎn)；

s4，重復(fù)執(zhí)行k次所述步驟s3；

s5，重復(fù)執(zhí)行n遍所述步驟s3和s4。

進(jìn)一步地，半徑振蕩時(shí)間τ、一遍掃描中的子掃描次數(shù)k、每次子掃描的時(shí)間t以及循環(huán)掃描的總遍數(shù)n根據(jù)不同觀測(cè)要求而取值不同，其中，所述半徑振蕩周期τ不小于20秒；所述子掃描次數(shù)k不小于1；所述每次子掃描的時(shí)間t為半徑振蕩周期的整數(shù)倍；所述循環(huán)掃描的總遍數(shù)n不小于1。

按照本發(fā)明的方法進(jìn)行觀測(cè)掃描，具有如下有益效果：

(1)觀測(cè)區(qū)域中心覆蓋較為密集，數(shù)據(jù)點(diǎn)較多，積分時(shí)間較長(zhǎng)，保證了中心區(qū)域較高的信噪；

(2)特別適用于對(duì)圓形區(qū)域的觀測(cè)，與行掃描方式相比，無(wú)需較大的掃描覆蓋區(qū)域，觀測(cè)時(shí)間短；

(3)軌道有加、減速的過(guò)程，在軌道的邊緣處自然減速，平滑過(guò)渡，非常適應(yīng)于望遠(yuǎn)鏡掃描。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明otf成圖觀測(cè)的花瓣式掃描方法的流程圖；

圖2為按照本發(fā)明的掃描方法在一遍掃描的不同時(shí)間段的掃描軌跡示意圖；

圖3為一次子掃描軌道的速度曲線(xiàn)圖；

圖4為天馬望遠(yuǎn)鏡的7波束k波段的波束分布圖；

圖5為天馬望遠(yuǎn)鏡的7波束k波段的波束按照本發(fā)明的掃描方法進(jìn)行掃描時(shí)的軌跡示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述，使能更好地理解本發(fā)明的功能、特點(diǎn)。

本發(fā)明的otf成圖觀測(cè)的花瓣式掃描方法如圖1所示，包括以下步驟：

s1，確定觀測(cè)參數(shù)，包括待觀測(cè)射電源的半徑r、半徑振蕩時(shí)間τ(如圖2a所示，半徑振蕩時(shí)間是指望遠(yuǎn)鏡掃描時(shí)在徑向方向運(yùn)動(dòng)的周期)、一遍掃描中的子掃描次數(shù)k和每次子掃描的時(shí)間t、以及循環(huán)掃描的總遍數(shù)n。其中，半徑振蕩周期τ不小于20秒；子掃描次數(shù)k不小于1次；每次子掃描的時(shí)間t為半徑振蕩周期的整數(shù)倍；循環(huán)掃描的總遍數(shù)n不小于1遍。

s2，根據(jù)步驟s1中確定的觀測(cè)參數(shù)，計(jì)算如下花瓣式掃描軌道方程中的未知參數(shù)ω、ω、φ1和φ2：

dec(t)＝r0sin(ωt+φ1)sin(ωt+φ2)+dec0

在上式中，ra(t)、dec(t)分別為掃描點(diǎn)的赤經(jīng)和赤緯；t為時(shí)間；r0為掃描區(qū)域的半徑，其取值等于或略大于射電源半徑r；ra0和dec0為待觀測(cè)射電源的中心位置的赤經(jīng)和赤緯；ω為半徑振蕩周期；ω為旋轉(zhuǎn)周期(如圖2的a所示，旋轉(zhuǎn)周期是指望遠(yuǎn)鏡掃描時(shí)在切向方向運(yùn)動(dòng)的周期)；φ1和φ2分別為半徑振蕩函數(shù)的相位和旋轉(zhuǎn)函數(shù)的相位)。

其中，

s3，按照s2中的軌道方程進(jìn)行掃描，當(dāng)經(jīng)過(guò)時(shí)間t時(shí)，一次子掃描過(guò)程結(jié)束，則觀測(cè)參考點(diǎn)(為遠(yuǎn)離觀測(cè)源的位置點(diǎn))。

s4，進(jìn)行下一次子掃描，重復(fù)執(zhí)行步驟s3，直到子掃描次數(shù)達(dá)到k次。

s5，進(jìn)行下一遍掃描，重復(fù)執(zhí)行步驟s3和s4，直到掃描遍數(shù)達(dá)到n，結(jié)束。

圖2的a-d圖分別示出了按照本發(fā)明的掃描方法在一遍掃描的不同時(shí)間段(τ、2τ、18τ、22τ)的掃描軌跡。從圖2的d圖可知，觀測(cè)區(qū)域中心覆蓋較為密集，數(shù)據(jù)點(diǎn)較多，積分時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)每次子掃描完成后，天線(xiàn)運(yùn)行到圖中右下方的參考點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，以用于在數(shù)據(jù)處理時(shí)去除天空背景信號(hào)。

圖3是本發(fā)明一次子掃描軌道的速度曲線(xiàn)示意圖，從圖3可知，望遠(yuǎn)鏡在掃描時(shí)，其軌道有加、減速的過(guò)程，在軌道的邊緣處自然減速，平滑過(guò)渡，非常適應(yīng)于望遠(yuǎn)鏡掃描。

當(dāng)本發(fā)明的掃描方法應(yīng)用于天馬望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)時(shí)，通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)：

首先，天馬望遠(yuǎn)鏡的7波束k波段的波束分布如圖4所示，各偏移波束(b2-b7)相對(duì)于中心波束b1的偏移量見(jiàn)表1。觀測(cè)范圍大小為5角分大小的圓形區(qū)域，半徑振蕩時(shí)間為25秒，一次掃描中的子掃描次數(shù)為5次、一次子掃描的時(shí)間為110秒、循環(huán)掃描的總遍數(shù)為2遍。

表1.各波束相對(duì)于中心波束的偏移量

然后，根據(jù)前面的觀測(cè)參數(shù)，計(jì)算得到花瓣式軌道方程中的軌道參數(shù)為：r0取5角分，那么天馬望遠(yuǎn)鏡7波束的掃描軌跡示意圖如圖5所示。

而后，按照前述花瓣式軌道方程進(jìn)行掃描，當(dāng)經(jīng)過(guò)時(shí)間110秒時(shí)，一次子掃描過(guò)程結(jié)束，則觀測(cè)參考點(diǎn)；再進(jìn)行下一次子掃描，重復(fù)子掃描過(guò)程，直到子掃描次數(shù)達(dá)到5次；最后，重復(fù)執(zhí)行一遍掃描過(guò)程，直到掃描遍數(shù)達(dá)到2遍。

以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上述實(shí)施例還可以做出各種變化。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請(qǐng)的權(quán)利要求書(shū)及說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專(zhuān)利的權(quán)利要求保護(hù)范圍。本發(fā)明未詳盡描述的均為常規(guī)技術(shù)內(nèi)容。