利用光学望远镜建立高精度大型射电望远镜指向模型的方法研究

Pointing accuracy is one of the important performance indexes of large aperture radio telescope，Shanghai 65-meter radio telescope in the 43GHz band observation, pointing accuracy is need to be lower than 3 square seconds. Because of the many factors influencing the pointing model, and the complex law, the establishment of high precision pointing model has become the bottleneck that restricts the full use of large aperture radio telescope.This project intends to carry out the project of small aperture optical telescope to realize the precise pointing of radio telescope,design and transformation of small aperture optical telescope, installed in the Shanghai Observatory VGOS 13-meter radio telescope in Sheshan, by observing the results of the optical telescope, the pointing model parameters of the radio telescope are analyzed and improved. Meanwhile according to the change of the position of the star in the field of view of the optical telescope, the pointing of the radio telescope is monitored in real time, which can achieve automatic guiding. At the same time of optical observation, we use the 13-meter radio telescope to observe the strong source at different azimuth and elevation, and get the data from the large sample to analysis of the influence of environmental factors on pointing model; According to the structure design of the 65-meter radio telescope, it can provide a set of astrometry solutions for the realization of 3 arcseconds level pointing accuracy of the telescope. The results of this study can also be applied to other large aperture radio telescope pointing model.

指向精度是大口径射电望远镜重要性能指标之一，上海65米射电望远镜在43GHz频段观测时，指向精度要求好于3角秒。由于影响指向模型的因素多、规律复杂，能否建立高精度指向模型已成为制约大口径射电望远镜充分发挥作用的瓶颈。本项目拟开展小口径光学望远镜用于实现射电望远镜精确指向的方案研究，设计改造已有的小口径光学望远镜，安装在上海天文台VGOS13米射电望远镜上，观测全天分布的恒星，借助于光学望远镜的实测结果，分析改进射电望远镜指向模型参数；同时根据光学望远镜视场中星象位置的变化，实时监测射电望远镜的指向，实现自动导星。在光学观测的同时利用13米望远镜扫描观测不同方位和俯仰处的强源，获得大样本指向数据，分析研究环境因素变化对指向模型的影响规律；根据65米望远镜结构设计，为其实现3角秒级的指向精度提供一套天体测量解决方案。本项目研究成果还可推广应用到其它大口径射电望远镜的指向建模。

大型射电望远镜作为空间目标观测的主要设备，其轴系定位精度是实现空间目标高精度定轨的根本保障。指向误差分析与补偿技术作为改进大射电望远镜定位精度的重要手段，是当前研究的一项重要课题，也是我国发展空间科学，开展深空探测，提高航天科技水平的需要。由于影响指向模型的因素多、规律复杂，能否建立高精度指向模型已成为制约大口径射电望远镜充分发挥作用的瓶颈。本项目开展小口径光学望远镜用于实现射电望远镜精确指向的方案研究。在上海天文台VGOS 13米射电望远镜上设计安装小口径光学望远镜，观测全天分布的恒星，借助于光学望远镜的实测结果，分析改进射电望远镜指向模型参数以及研究环境因素变化对指向模型的影响规律。此外，光学指向望远镜可以实时监测射电望远镜的指向误差，并纠正射电望远镜不可重复的指向误差，同时可以评估射电望远镜的伺服控制系统的稳定性。在VGOS 13米天线背架上安装的一套光学指向系统，获得了优于3＂的重复测量误差，建立了指向误差修正模型，以及光轴和电轴偏差模型。将指向模型带入天线伺服控制系统，对校准目标射电源进行十字扫描，得到指向样本残差约为5＂。受该项目资助，正式发表论文4篇，开发了一套指向观测数据处理软件和模型解算程序,同时根据天线控制接口，编写了天线跟踪扫描程序，此外还开发了一套根据光学观测的Fits图像解算图像中心J2000坐标的程序软件。光学指向系统在VGOS 13米望远镜上成功的运用和验证，为在同一园区的天马65米射电望远镜采用该方法建立高精度指向模型提供了充分的理论与实战经验。天马65米射电望远镜在最高观测频率上要求指向精度小于3＂，对于这种庞大的射电望远镜采用射电扫描的方法建立指向模型是很难实现的。尽管光学指向系统限制在夜间时段使用，但这种光学方法通常需要更少的时间得到方位角和俯仰角的偏移，光学望远镜对于实时检测指向性能非常有用。