CN117973816A - 一种基于天线阵列的观测计划系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于天线阵列的观测计划系统及方法，所述系统包括：射电源轨迹拟合模块、智能排序模块、定标源模块和UV覆盖模块；其中，射电源轨迹拟合模块，用于获取目标站台经纬度信息，读取射电源信息并计算相应俯仰值，并可视化所有射电源24h俯仰变化；智能排序模块，用于读取射电源信息并计算相应俯仰值，将不满足预设的俯仰提出并按权重排序，根据优先级将其依次可视化；定标源模块，用于创建第二画布，导入定标源文件并计算俯仰值；UV覆盖模块，用于计算目标阵列的时角与赤纬，计算目标阵列基线，绘出UV椭圆并可视化。本系统及方法能够提高观测计划表的制定效率，降低制定成本，减少观测误差。
Description
技术领域
本发明涉及天文观测及无线电物理技术领域，尤其是一种基于天线阵列的观测计划系统及方法。
背景技术
在天文观测中若想探测宇宙中的电磁波需在目标天体俯仰（alt）高度处于可观测时段精准控制天线跟上观测天体，这需要知道观测天体的精准运动轨迹即俯仰（alt）的变化值。当需对多个观测天体进行观测时，因在同一时段只能跟上一颗天体对一颗天体进行信号接收，所以需制定观测计划，保证观测的合理性，即制定观测计划表。而采用传统人工制定观测计划表会产生一定误差，增加人工成本。
天线阵列是一种由多个天线单元组成的天线系统，通过将多个天线单元排列组合构成大的阵列来共同完成任务，其具有提高前向增益、抑制干扰、减少多径干扰、提高频谱效率和提高系统灵敏度的优势。为了解决新阵列摆放位置如何才能达到最佳观测效果的问题。计算阵列UV坐标所呈覆盖率，找出覆盖率最高的阵列摆放位置。为提高观测计划表制定效率，降低人工成本，解决阵列的布局优化问题，提出一种基于天线阵列的观测计划系统及方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于天线阵列的观测计划系统及方法，能够提高观测计划表的制定效率，降低制定成本，减少观测误差。且界面功能设计完善。
为实现上述目的，本发明提供一种基于天线阵列的观测计划系统，包括：射电源轨迹拟合模块、智能排序模块、定标源模块和UV覆盖模块；
其中，射电源轨迹拟合模块，用于获取目标站台经纬度信息，读取射电源信息并计算相应俯仰值，并可视化所有射电源24h俯仰变化；
智能排序模块，用于读取射电源信息并计算相应俯仰值，将不满足预设的俯仰剔出并按权重排序，根据优先级将其依次可视化；
定标源模块，用于创建第二画布，导入定标源文件并计算俯仰值；
UV覆盖模块，用于计算目标阵列的时角与赤纬，计算目标阵列基线，绘出UV椭圆并可视化；
所述UV覆盖模块用于当需要对阵列拓展或更改时通过天线阵列的经纬度地理位置以及观测天体的信息，模拟出指定时间长度内该阵列的UV坐标，进而画出UV图；依据UV坐标计算出UV图的总面积和有效面积，有效面积/总面积即可计算出覆盖率，将覆盖率最高的阵型作为最佳的天线布局。
进一步，射电源轨迹拟合模块使用基于目标天体的赤经和赤纬坐标的计算方法实现射电源轨迹拟合，具体实现原理为：首先利用目标天体的赤经和赤纬坐标计算目标天体在指定时间范围内的海拔角和方位角；然后，使用天文学中的计算公式将结果转化为实际的坐标值，并将其可视化显示在图像中，从而画出目标天体未来24h的俯仰值拟合曲线图，以更直观更方便的针对当前天线找到未来24h观测天体的最佳观测时间段，进而预测目标天体在地平坐标系下的运动轨迹。
进一步，所述智能排序模块以可视天区的可观测时间长度的倒数为权重将其进行排序处理，在排序时首先将权重最高的目标天体的可观测时间长度于所预设24h时间段中剔出；然后再将权重处于次级的目标天体执行相同操作，以此类推直至将所有天体排完或预设时间段全部已被使用，最后按可视化观测顺序形成观测计划表。
进一步，定标源模块是在天体测量和天体物理观测中确定用作参考标准的辐射源；进行目标天体的观测前需先找到对应目标天体天区内存在的定标源以标定目标天体流量。
进一步，通过改变或者增加天线之间的相对位置，获取不同的UV坐标，将更改或增加后的天线位置的UV坐标可视化至QT界面，获得新的天线阵列的UV覆盖图并得到UV坐标，通过UV坐标计算出所占总面积和有效面积，有效面积/总面积即计算出覆盖率。
另一方面，本发明提供一种基于天线阵列的观测计划方法，所述方法中包括射电源轨迹拟合、智能排序、定标源和UV覆盖。
进一步，轨迹拟合流程具体包括以下步骤：
S101.首先，获取当前所在的台站地理经纬度信息；
S102.然后读取计算机系统时间，并将其转化为国际标准时间；
S103.计算本地恒星时LST的值；根据观测台站的地理经度Long和国际标准时间UT以及自 J2000.0 以来的天数d计算出本地恒星时LST的值；
S104.导入source文件读取目标源信息；
S105.计算当前至24h内目标源俯仰值；基于本地恒星时和台站地理纬度，推导出目标天体赤道坐标与地平坐标之间的转换关系；随后将LST值逐次递增再次计算下一个LST值时的俯仰角和方位角；获得在此站台的目标天体未来24h的俯仰值变化值；
S106.将俯仰值可视化至QT界面，所述QT界面为第一画布。
进一步，智能排序流程包括以下步骤：
S201.首先计算出所有待观测天体24小时俯仰变化值，剔除俯仰值中低于15°的俯仰值，将得到的结果储存在字典中；
S202.将所有观测天体按照俯仰值变化范围由小到大排列，给所有观测天体排出优先级；
S203.取出当前优先级最高的观测天体，将其俯仰值和所占用时间写入；计算出优先级最高的观测天体所占用时间并计算该段时间内观测目标的高度，剔除这部分占用时间后再依次排列次级观测天体以此递推，直至所有观测天体全部排列完成；
S204.判断是否将观测天体全部排列完成；若是，则进入步骤S205；若否，则返回步骤S203；
S205.依次在QT界面将目标源可视化，以时间和高度为参数将其绘制到PyQt5图像中。
进一步，定标源流程如下：
S301.首先在所开发QT界面中创建第二画布；
S302. 创建定标源source文件并写入定标源信息，定标源信息包括源名称、赤经和赤纬，导入所选取的定标源source文件；
S303. 根据导入的source文件中的定标源赤经和赤纬信息 ，获取本地恒星时计算出当前至24h内定标源俯仰值与方位值；
S304. 将方位值转换为对应时间后以时间和俯仰值为横纵坐标可视化至创建的第二画布，将俯仰值可视化至创建的第二画布；在制定观测计划表时在目标天体前后加入所在天区定标源标定目标天体流量。
进一步，UV覆盖流程包括以下步骤：
S401. 首先读取当前站台所在地的经纬度信息包括天线阵列中所有天线的经度和纬度；
S402.在config_uv.ini文件写入天线阵列中所有天线经度、纬度、目标天体赤经、赤纬，观测起始时间、终止时间、观测步长；
S403. 导入并读取config_uv.ini文件信息，通过计算得到当前站台所在地的时角和赤纬；
S404. 得到时角和赤纬信息后计算得到当前站台基线长度和UV坐标；
S405. 根据计算所得UV坐标绘制出当前站台对应当前目标天体所呈UV图；
S406.创建第三画布并将UV图可视化至其中创建第三画布并将UV图可视化至其中。
有益效果
根据本发明的基于天线阵列的观测计划系统及方法，降低了观测计划表制定的复杂度，减少了制定观测计划表所需人工成本，解决了后续拓展该阵列的摆放问题。同时，具备在不同地理位置、不同布局的天线阵列正常运行的功能。系统具有一定的稳定性，可靠性，可行性。其优点是程序可在Windows和Linux系统下控制阵列正确执行观测任务，交互界面简洁友好，具有较强的可移植性和扩展性。能够提高观测计划表的制定效率，降低制定成本，减少观测误差。
附图说明
图1示出了根据本发明的基于天线阵列的观测计划系统的架构图；
图2示出了根据本发明的基于天线阵列的观测计划方法中轨迹拟合流程示意图；
图3示出了根据本发明的基于天线阵列的观测计划方法中智能排序流程示意图；
图4示出了根据本发明的基于天线阵列的观测计划方法中定标源流程示意图；
图5示出了根据本发明的基于天线阵列的观测计划方法中UV覆盖流程示意图；
图6示出了图5的阵列生成的1-24小时的UV覆盖图；
图7为圆型阵列坐标图；
图8为图7的阵列生成的1-24小时UV覆盖图；
图9为Y型阵列坐标图；
图10为图9的阵列生成的1-24小时UV覆盖图；
图11为三种阵列以时间为横轴覆盖率为纵轴的对比图；
图12 示出了根据本发明的基于天线阵列的观测计划方法中UV覆盖流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合图1-图12对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本申请提供一种天线阵列观测计划软件设计系统及方法，建立由观测天体轨迹拟合模块、智能排序模块、定标源模块及UV覆盖模块构成总体架构，用于针对不同地理位置、不同布局的天线阵列，构建观测天体全天可见性曲线、对观测天体的优先级排序，从而制定观测计划表并优化阵列的布局。
如图1所示，本发明提供的基于天线阵列的观测计划系统，包括：射电源轨迹拟合模块、智能排序模块、定标源模块和UV覆盖模块。
其中，射电源轨迹拟合模块，用于获取目标站台经纬度信息，读取射电源信息并计算相应俯仰值，并可视化所有射电源24h俯仰变化；
智能排序模块，用于读取射电源信息并计算相应俯仰值，将不满足预设的俯仰剔出并按权重排序，根据优先级将其依次可视化；
定标源模块，用于创建第二画布，导入定标源文件并计算俯仰值；
UV覆盖模块，用于计算目标阵列的时角与赤纬，计算目标阵列基线，绘出UV椭圆并可视化。
以下就相关模块展开进行详细介绍。
1、射电源轨迹拟合模块
本模块使用基于目标天体的赤经和赤纬坐标的计算方法实现射电源轨迹拟合。具体实现原理为：首先利用目标天体的赤经和赤纬坐标计算目标天体在指定时间范围内的海拔角和方位角。由于地球自转的影响，追踪目标天体的天线方位和俯仰呈现出时变性。射电源轨迹拟合模块可基于观测台站的地理经纬度和上位机系统时间，利用目标天体的赤经和赤纬坐标计算目标天体在指定时间范围内的方位角。然后，使用天文学中的计算公式将结果转化为实际的坐标值，并将其可视化显示在图像中，从而画出目标天体未来24h的俯仰值拟合曲线图，以更直观更方便的针对当前天线找到未来24h观测天体的最佳观测时间段，进而预测目标天体在地平坐标系下的运动轨迹。在考虑地球自转的影响时，目标天体对应的天线方位和俯仰也将随之发生时变性。
如图2所示，基于天线阵列的观测计划方法中，轨迹拟合流程具体包括以下步骤：
S101.首先，获取当前所在的台站地理经纬度信息；
S102.然后读取计算机系统时间，并将其转化为国际标准时间；
S103.计算本地恒星时LST的值。根据观测台站的地理经度Long和国际标准时间UT以及自 J2000.0 以来的天数d计算出本地恒星时LST的值。公式如下所示：
（1）。
例如计算贵州师范大学天线阵列1号天线（经度:106.67°、纬度:26.44°）2023年10月10日16:50恒星时LST=17h11m30.93219396s。
S104.创建文本文件命名为source，在该文件中提前写入需要观测的目标天体信息包括天体名称、赤经、赤纬，导入source文件读取目标天体赤经、赤纬信息。
S105.根据导入的source文件读取的目标源信息计算当前至24h内目标源俯仰值。基于本地恒星时和台站地理纬度，可以推导出目标天体赤道坐标(赤经,赤纬)与地平坐标(方位,俯仰)之间的转换关系。其中使用天文学中的计算公式将结果转换成实际坐标值的转换公式如下：
（2）
其中，ALT为俯仰角，AZ为方位角，HA为时角，DEC为目标天体的赤纬，RA为目标天体的赤经，LAT为观测站台所在的纬度。
例如求目标天体J1846-0258（RA赤经：18:46:24.94 ,DEC赤纬：-02:58:30.1）在北京时间17h02m时观测站台（经度：106.67°、纬度：26.44°）的方位角和俯仰角HA=LST -RA=17h23m-18h46m24.94s=58h37m24.94s,DEC=-02h58m30.1s,LAT=26.44°，求出俯仰角ALT=53.931°，方位角AZ=141.288°。随后将LST值逐次递增再次计算下一个LST值时的俯仰角和方位角。至此即可获得在此站台的目标天体未来24h的俯仰值变化值。
S106.将俯仰值可视化至基于Qt Designer软件开发的QT界面。将其可视化值QT界面（第一画布）即可得到俯仰值变化曲线。第一画布具有两个功能，1：基础射电源轨迹拟合2：射电源轨迹拟合后智能排序。
2、智能排序模块
智能排序模块以可视天区的可观测时间长度的倒数为权重将其进行排序处理，在排序时首先将权重最高的目标天体的可观测时间长度于所预设24h时间段中剔出表明此段时间已被使用然后再将权重处于次级的目标天体执行相同操作，以此类推直至将所有天体排完或预设时间段全部已被使用，最后可视化观测顺序即观测计划表。在制定观测计划表时还考虑到由N面天线组成的阵列其所观测的天体：观测天体低于预设俯仰值（通常为15°但不限于该值）时处于天线转动限位，制定观测计划表时排除低于该值时的情况。若天线位置发生变动可在可视化窗口输入新天线经纬度地理位置即可应用新天线制定观测计划表。
当需观测的目标天体过多观测所有目标天体所需时间大于24小时或有目标天体所在天区重叠时需人工对其进行排序处理，该需求大量浪费人工成本和排序时间，所以本模块为解决此类需求设计出计算所有目标天体的优先级，根据优先级进行排序从而得到观测计划表。如图3所示，基于天线阵列的观测计划系统中的智能排序流程如下：
S201.首先创建source文件并写入目标天体信息，读取source文件中的赤经、赤纬以及获取本地恒星时，根据以上信息计算出所有待观测天体24小时俯仰变化值，因天线俯仰转动受限不能低于15°所以剔除俯仰值中低于15°的俯仰值，将得到的结果储存在字典中。
S202.将所有观测天体按照俯仰值变化范围由小到大排列，给所有观测天体排出优先级。
S203.取出当前优先级最高的观测天体，将其俯仰值和所占用时间写入。计算出优先级最高的观测天体所占用时间并计算该段时间内观测目标的高度，剔除这部分占用时间后再依次排列次级观测天体以此递推，直至所有观测天体全部排列完成。
S204.判断是否将观测天体全部排列完成。若是，则进入步骤S205；若否，则返回步骤S203；
S205.依次在QT界面将目标源可视化。最后，以时间和高度为参数将其绘制到第一画布中。
在一个具体实施例中，在北京时间2023年10月10日17:30:00时观测站台（经度:106.67°、纬度:26.44°）对 0329 （RA赤经：03:32:59.4096 ，DEC赤纬：+54:34:43.329） 、SGR1935（RA赤经：19:34:55.68，DEC赤纬：+21:53:48.2 ）、B0950+08 （RA赤经：09:53:09.3097 ，DEC赤纬+07:55:35.75）三颗目标天体进行排序处理，计算出三颗目标天体24小时内俯仰值变化范围0329：41.77359282908813、SGR1935：65.48285451401753、B0950+08：51.36946678894665，由此可排列出三颗目标天体的由高到低的优先级：0329>B0950>SGR1935。在0-24小时时间段内首先排出第一优先级目标天体（0329）所使用时间段：[0-9.4],[21.07-24]，然后排列第二优先级（B0950+08）所使用时间段[9.432-14.3]，最后排列第三优先级（SGR1935）所使用时间段[14.35-21.04]，然后将其可视化至QT窗口即可完成优化排序。
3、定标源模块
考虑到了目标天体的可观测天区时间，在利用望远镜阵列观测时还需加入天文观测常用定标源进行定标观测，作为目标天体的校准数据。定标源是在天体测量和天体物理观测中用作参考标准的辐射源。在观测目标天体时插入定标源的观测能更好的保证所观测目标天体的准确性。进行目标天体的观测前需先找到对应目标天体天区内存在的定标源以标定目标天体流量。针对本模块查阅文献后选取一部分射电天文观测常用定标源：3C286、3C196、3C295、3C123，3C48、3C138、3C147、3C380、TaurusA、CygnusA、CasA、FornaxA、pictorA、3C353、3C444。
如图4所示，基于天线阵列的观测计划系统中定标源流程如下：
S301.首先在所开发QT界面中创建第二画布；
S302.创建定标源source文件并写入上述常用定标源信息包括源名称、赤经、赤纬，导入所选取的定标源source文件；
S303.根据导入的source文件中的定标源赤经、赤纬信息 ，获取本地恒星时LST通过以下公式计算出当前至24h内source文件中的常用定标源俯仰值与方位值；
；
S304.将方位值转换为对应时间后以时间和俯仰值为横纵坐标可视化至创建的第二画布。制定观测计划表时在目标天体的观测时间段内找到对应天区存在的定标源，观测时在目标天体前后加入所在天区定标源标定目标天体流量。
4、UV覆盖模块
当需要对阵列拓展或更改时本模块可通过天线阵列的经纬度地理位置以及观测天体的信息，模拟出指定时间长度内该阵列的UV坐标，进而画出UV图。依据UV坐标计算出UV图的总面积和有效面积，将填充率最高对应的阵型作为最佳的天线布局。
UV覆盖模块采用干涉测量技术，通过将不同天线之间的信号进行干涉，得到干涉图，从而获得目标天体的UV坐标。干涉测量的实现原理是通过测量天线之间的相位差来获得目标天体的高角分辨率图像。UV坐标是在频率-空间（Fourier）域中的坐标，它描述了干涉测量中两个天线之间的相位差和基线长度之间的关系。其中包括观测时间范围（扫描时角）、目标天体位置（目标天体的倾角）、天线站址（天线基线方位角、俯仰角、赤纬）信息等，计算出对应的UV坐标。具体而言, 在本模块中定义了一种用于计算干涉测量中uv坐标的Python类FuncUv，通过用户输入的参数计算对应的UV坐标，所述参数包括扫描时角、目标天体的倾角和天线基线方位角、俯仰角、赤纬信息，并将其轨迹绘制到QT界面中。
在实际观测中，通过改变或者增加天线之间的相对位置，可以获取不同的UV坐标，将更改或增加后的天线位置的UV坐标可视化至QT界面即可获得新的天线阵列的UV覆盖图并得到UV坐标，通过UV坐标计算出所占总面积和有效面积，有效面积/总面积即可计算出覆盖率。
覆盖率具体计算方式如下：读取生成的UV坐标后根据sqrt((U1-U2)**2+(V1-V2)**2)公式对所有UV坐标依次执行，找到最小值作为最小基线，最小基线的平方为单位面积，单位面积乘UV坐标数量即为有效面积；其中，U1、V1、U2、V2为天线阵列中每两天线的UV坐标值。分别将UV坐标的UV最大值减去最小值后相乘得到总面积，具体为：总面积=(Umax -Umin) * (Vmax - Vmin)，有效面积与总面积之比为覆盖率；其中，Umax为天线阵列中所有U坐标的最大值，Umin为天线阵列中所有U坐标的最小值，Vmax为天线阵列中所有V坐标的最大值，Vmin为天线阵列中所有V坐标的最小值。
在一个具体实施例中，使用49个天线所组成的天线阵列坐标将目标天体0316+413（DEC赤纬: 41:30:42.1、RA赤经:03:19:48.16 ）2023年5月1日00时起1、2、4、8、12、24小时的UV图分别画出并得到UV坐标，如图5所示，图5中X、Y为大地坐标系坐标。计算出该阵列对目标天体0316+413所呈1-24小时覆盖率为：0.0034084950928710924,0.005303762778146994,0.007916488259004418,0.00982593989486217,0.013620758685039086,0.015228769666454386。能明显看到随着时间的增加UV覆盖的面积和覆盖率逐次增长。图6为所呈1-24小时的UV覆盖图。为找出UV覆盖效果最好覆盖率最佳的阵列摆放加入了圆形和Y型摆放，图7为圆型阵列坐标图，该阵列生成的1-24小时UV覆盖图为图8，通过UV坐标计算出该阵列2023年5月1日00时1-24小时覆盖率为：0.00485535,0.01011533, 0.01942143, 0.03924756, 0.0582645 ,0.06514297。图9为Y型阵列坐标图，该阵列生成的1-24UV覆盖图为图10，通过UV坐标计算出该阵列生成的2023年5月1日00时1-24小时UV覆盖率为0.0021121 , 0.00440029, 0.00573453, 0.01063014, 0.01564232,0.01748812。最后将三种阵列以时间为横轴、覆盖率为纵轴画出对比图为图11。通过该图能明显看出圆型阵列覆盖率最高。
如图12 所示，本发明的基于天线阵列的观测计划方法中UV覆盖流程包括以下步骤：
S401.首先读取当前站台所在地的经纬度信息包括天线阵列中所有天线的经度、纬度；
S402.在config_uv.ini文件写入天线阵列中所有天线经度、纬度、目标天体赤经、赤纬，观测起始时间、终止时间、观测步长；
S403.导入并读取config_uv.ini文件信息，通过计算得到当前站台所在地的时角(h)和赤纬(d)；
S404.得到时角(h)和赤纬(d)信息后根据以下公式计算得到当前站台基线长度和UV坐标；
公式中和/>为参考相位点的时角和赤纬，参考相位点为子午线，D为基线长度，λ为天线序号；
S405.根据计算所得UV坐标绘制出当前站台对应当前目标天体所呈UV图；
S406.在Qt Designer软件所开发QT界面创建第三画布并将UV图可视化至其中。
本申请的实施例可在任意地理位置的天线基于不同操作系统（例如windows系统和Linux系统但不限于这两种系统）下正常运行，有较好的可拓展性和可移植性。
本申请的突出特点是降低了观测计划表制定的复杂度，减少了制定观测计划表所需人工成本，解决了后续拓展该阵列的摆放问题。同时，具备在不同地理位置、不同布局的天线阵列正常运行的功能。系统具有一定的稳定性，可靠性，可行性。其优点是程序可在Windows和Linux系统下控制阵列正确执行观测任务，交互界面简洁友好，具有较强的可移植性和扩展性。
本发明流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为表示包括一个或多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，可以实现在任何计算机刻度介质中，以供指令执行系统、装置或设备，所述计算机可读介质可以是任何包含存储、通信、传播或传输程序以供执行系统、装置或设备使用。包括只读存储器、磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外，本领域的技术人员可以在不产生矛盾的情况下，将本说明书中描述的不同实施例或示例以及其中的特征进行结合或组合。
上述内容虽然已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型等更新操作。
Claims (10)
1.一种基于天线阵列的观测计划系统，其特征在于，包括：射电源轨迹拟合模块、智能排序模块、定标源模块和UV覆盖模块；
其中，射电源轨迹拟合模块，用于获取目标站台经纬度信息，读取射电源信息并计算相应俯仰值，并可视化所有射电源24h俯仰变化；
智能排序模块，用于读取射电源信息并计算相应俯仰值，将不满足预设的俯仰剔出并按权重排序，根据优先级将其依次可视化；
定标源模块，用于创建第二画布，导入定标源文件并计算俯仰值；
UV覆盖模块，用于计算目标阵列的时角与赤纬，计算目标阵列基线，绘出UV椭圆并可视化；
所述UV覆盖模块用于当需要对阵列拓展或更改时通过天线阵列的经纬度地理位置以及观测天体的信息，模拟出指定时间长度内该阵列的UV坐标，进而画出UV图；依据UV坐标计算出UV图的总面积和有效面积，有效面积/总面积即可计算出覆盖率，将覆盖率最高的阵型作为最佳的天线布局。
2.根据权利要求1所述的基于天线阵列的观测计划系统，其特征在于，射电源轨迹拟合模块使用基于目标天体的赤经和赤纬坐标的计算方法实现射电源轨迹拟合，具体实现原理为：首先利用目标天体的赤经和赤纬坐标计算目标天体在指定时间范围内的海拔角和方位角；然后，使用天文学中的计算公式将结果转化为实际的坐标值，并将其可视化显示在图像中，从而画出目标天体未来24h的俯仰值拟合曲线图，以更直观更方便的针对当前天线找到未来24h观测天体的最佳观测时间段，进而预测目标天体在地平坐标系下的运动轨迹。
3.根据权利要求1所述的基于天线阵列的观测计划系统，其特征在于，所述智能排序模块以可视天区的可观测时间长度的倒数为权重将其进行排序处理，在排序时首先将权重最高的目标天体的可观测时间长度于所预设24h时间段中剔出；然后再将权重处于次级的目标天体执行相同操作，以此类推直至将所有天体排完或预设时间段全部已被使用，最后按可视化观测顺序形成观测计划表。
4.根据权利要求1所述的基于天线阵列的观测计划系统，其特征在于，定标源模块是在天体测量和天体物理观测中确定用作参考标准的辐射源；进行目标天体的观测前需先找到对应目标天体天区内存在的定标源以标定目标天体流量。
5.根据权利要求1所述的基于天线阵列的观测计划系统，其特征在于，通过改变或者增加天线之间的相对位置，获取不同的UV坐标，将更改或增加后的天线位置的UV坐标可视化至QT界面，获得新的天线阵列的UV覆盖图并得到UV坐标，通过UV坐标计算出所占总面积和有效面积，有效面积/总面积即计算出覆盖率。
6.一种基于天线阵列的观测计划方法，其特征在于，所述方法基于根据权利要求1-5任一项所述的基于天线阵列的观测计划系统使用，所述方法中包括射电源轨迹拟合、智能排序、定标源和UV覆盖。
7.根据权利要求6所述的基于天线阵列的观测计划方法，其特征在于，轨迹拟合流程具体包括以下步骤：
S101.首先，获取当前所在的台站地理经纬度信息；
S102.然后读取计算机系统时间，并将其转化为国际标准时间；
S103.计算本地恒星时LST的值；根据观测台站的地理经度Long和国际标准时间UT以及自 J2000.0 以来的天数d计算出本地恒星时LST的值；
S104.导入source文件读取目标源信息；
S105.计算当前至24h内目标源俯仰值；基于本地恒星时和台站地理纬度，推导出目标天体赤道坐标与地平坐标之间的转换关系；随后将LST值逐次递增再次计算下一个LST值时的俯仰角和方位角；获得在此站台的目标天体未来24h的俯仰值变化值；
S106.将俯仰值可视化至QT界面，所述QT界面为第一画布。
8.根据权利要求6所述的基于天线阵列的观测计划方法，其特征在于，智能排序流程包括以下步骤：
S201.首先计算出所有待观测天体24小时俯仰变化值，剔除俯仰值中低于15°的俯仰值，将得到的结果储存在字典中；
S202.将所有观测天体按照俯仰值变化范围由小到大排列，给所有观测天体排出优先级；
S203.取出当前优先级最高的观测天体，将其俯仰值和所占用时间写入；计算出优先级最高的观测天体所占用时间并计算该段时间内观测目标的高度，剔除这部分占用时间后再依次排列次级观测天体以此递推，直至所有观测天体全部排列完成；
S204.判断是否将观测天体全部排列完成；若是，则进入步骤S205；若否，则返回步骤S203；
S205.依次在QT界面将目标源可视化，以时间和高度为参数将其绘制到第一画布中。
9.根据权利要求6所述的基于天线阵列的观测计划方法，其特征在于，定标源流程如下：
S301.首先在所开发QT界面中创建第二画布；
S302. 创建定标源source文件并写入定标源信息，定标源信息包括源名称、赤经和赤纬，导入所选取的定标源source文件；
S303. 根据导入的source文件中的定标源赤经和赤纬信息 ，获取本地恒星时计算出当前至24h内定标源俯仰值与方位值；
S304. 将方位值转换为对应时间后以时间和俯仰值为横纵坐标可视化至创建的第二画布，将俯仰值可视化至创建的第二画布；在制定观测计划表时在目标天体前后加入所在天区定标源标定目标天体流量。
10.根据权利要求6所述的基于天线阵列的观测计划方法，其特征在于，UV覆盖流程包括以下步骤：
S401. 首先读取当前站台所在地的经纬度信息包括天线阵列中所有天线的经度和纬度；
S402.在config_uv.ini文件写入天线阵列中所有天线经度、纬度、目标天体赤经、赤纬，观测起始时间、终止时间、观测步长；
S403. 导入并读取config_uv.ini文件信息，通过计算得到当前站台所在地的时角和赤纬；
S404. 得到时角和赤纬信息后计算得到当前站台基线长度和UV坐标；
S405. 根据计算所得UV坐标绘制出当前站台对应当前目标天体所呈UV图；
S406.创建第三画布并将UV图可视化至其中创建第三画布并将UV图可视化至其中。
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