佳木斯66米射电望远镜超宽带接收系统的性能标校

Jiamusi 66-m telescope is a large fully-steerable radio telescope in China. It will be equipted with a 1.2GHz - 6.9GHz ultra-wide-band receiving system. Calibration of this system found the key base of high-quality radio observations. We aim to measure/calibrate the system noise, the ground radiation, pointing errors, beam sizes, receiver stability, aperture efficiencies and conversion factor from K to Jy under different azimuth and elevation, sensitivity, total intensity/polarization beam patterns and instrumental polarization. After the calibration, the ultra-wide-band receiving system will benefit the studies of pulsars and FRBs, the Galactic interstellar medium and the structure of the magnetic fields, etc.

佳木斯66米望远镜是国内一台大口径全可动射电望远镜。即将配备1.2GHz - 6.9GHz超宽带接收系统。对该系统性能的测量和校准是进行高质量天文观测研究的基础。本项目计划对佳木斯66米射电望远镜超宽带接收系统的系统噪声温度、地面辐射情况、指向精度、半功率波束宽度、接收系统稳定性、不同方位俯仰情况下的天线孔径效率和转换因子、灵敏度、总强度和偏振强度的二维方向图以及仪器偏振进行测量和定标。校准后的超宽带系统将为脉冲星、暂现源、银河系星际介质性质、磁场结构等科学研究提供非常重要的帮助。

本项目计划针对佳木斯66米射电望远镜超宽带接收系统的性能进行标校。因军改，超宽带改造未能进行。团队负责人高旭阳于2019年参与FAST调试，将项目调整为针对FAST L波段19波束接收系统的性能标校。因研究目的并未因望远镜的改变而产生显著变化，项目仍按计划照常执行。.本项目研究内容包括对FAST L波段19波束接收系统的波束排布、大小、指向精度及波束间隔、系统增益、接收系统稳定性、天线温度-亮温度转换关系、孔径效率、灵敏度的测量，对望远镜总强度和偏振观测进行校准，针对漂移扫描和Multibeam OTF两种观测模式实现FAST射电连续谱总强度和偏振的二维成图功能。.项目取得结果简述如下：通过带角度的漂移扫描确定了19波束的几何排布，为二维成图及后续开展的FAST重点项目-FAST银道面脉冲星快照巡天提供了基础条件；通过拟合得出FAST在低频段的角分辨率约为3.8角分（~1.04GHz），在高频段的角分辨率约为3角分（~1.47GHz），指向精度约11角秒。揭示了在500MHz带宽内角分辨率与观测频率不是简单的一次反比关系；测定了19波束任意两相邻波束间的平均角距离为5.87角分；首创提出Multibeam Calibration校准模式，使得FAST 19波束校准时间从2小时缩减到33分钟，大幅节约宝贵的望远镜时间；通过对校准源3C138和3C286的观测，计算了FAST望远镜的增益、孔径效率和天线温度-亮温度(Ta - Tb)之间的转换关系；利用已知性质的参考噪声信号，实现了FAST总强度I、线偏振Q、U和圆偏振V参量的校准；编写软件实现了FAST漂移扫描和Multibeam OTF两种观测模式下射电连续谱总强度和偏振成图功能，为后续利用FAST开展射电连续谱偏振科学研究奠定基础。项目团队先后向FAST团队提供了一份指向源表，四份调试报告。.利用本项目的支持，团队增长了对单口径射电望远镜进行性能标校的能力，为今后国内新建单口径射电望远镜（如120米）的标校工作储备了力量。同时，项目编写的程序也扩展到对FAST监测恒星射电爆发的数据处理中。项目期间共完成发表论文5篇（4篇为SCI），2篇工作正在写作成文中。