大國重器：淺析射電望遠鏡基本原理
射電望遠鏡是一種能夠接收和處理射電波信号的望遠鏡，它在天文學、天體實體學和宇宙學等領域扮演着重要的角色。本文将簡單介紹射電望遠鏡的基本原理，以幫助大家更好的了解射電望遠鏡。
射電望遠鏡是用來接收射電波信号（射電波是一種電磁波，波長範圍在厘米至千米之間，頻率範圍在300兆赫至300千赫之間。射電波是由天體中的電子、離子等帶電粒子運動産生的電磁輻射，是宇宙中廣泛存在的一種天體輻射。）的裝置，其接收原理主要包括天線接收、前端信号處理和數字信号處理三個方面。
射電望遠鏡中的天線可以是抛物面或其他形狀，它的作用是将入射的射電波反射聚焦到一個點上，并将聚焦後的信号通過饋線傳輸到前端信号處理單元。接收到的射電波信号強度非常微弱，需要經過前端信号處理進行放大和濾波，以提高信号的信噪比。
前端信号處理單元包括放大器、濾波器等組成，其主要作用是對接收到的射電信号進行預處理。射電望遠鏡接收到的信号通常非常微弱，需要使用低噪聲放大器對信号進行放大，然後使用濾波器去除掉不必要的幹擾信号。通常，前端信号處理單元還會包括混頻器、本振等元件，用于将接收到的信号轉換到中頻帶。
數字信号處理單元主要是對前端信号處理的中頻信号進行數字信号處理，其目的是從信号中提取出感興趣的資訊，并将資訊傳輸到計算機或資料儲存設備中進行分析和處理。數字信号處理主要包括采樣、量化、濾波、頻譜分析等操作。數字信号處理可以提高射電望遠鏡的靈敏度和分辨率，使其能夠探測到更弱的射電信号，并從中提取出更多的資訊。
射電望遠鏡接收到的射電信号往往十分微弱，需要進行信号處理才能得到有效的資訊。射電望遠鏡信号處理的基本原理包括采樣、量化、濾波和頻譜分析等步驟，下面将分别介紹。
采樣
采樣是将連續的模拟信号轉換為離散的數字信号的過程。在射電望遠鏡信号進行中，采樣率是非常重要的參數，它決定了信号的頻譜範圍和分辨率。通常，采樣率應該大于信号帶寬的兩倍，以避免采樣誤差和混疊現象的發生。
量化
量化是将連續的模拟信号轉換為離散的數字信号的另一個過程。量化過程将模拟信号的幅度離散化為一系列數字值，這些數字值用于表示模拟信号的幅度。量化精度是量化的一個重要參數，通常用比特數表示，比特數越多，量化精度越高，信号失真越小。
濾波
濾波是對信号進行去噪和去除幹擾的過程，它能夠提高信号的信噪比和頻譜分辨率。在射電望遠鏡信号進行中，濾波器可以分為低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器等類型，根據需要選擇不同的濾波器進行信号處理。
頻譜分析
頻譜分析是将時域信号轉換為頻域信号的過程，它可以展示信号的頻率特征和頻率成分。在射電望遠鏡信号進行中，常用的頻譜分析方法有快速傅裡葉變換（FFT）和功率譜密度分析等方法。頻譜分析可以用于識别信号的來源和特征，提高信号的分辨率和靈敏度。
總的來說，射電望遠鏡信号處理的基本原理包括采樣、量化、濾波和頻譜分析等步驟，這些步驟可以提高射電望遠鏡的靈敏度和分辨率，進而獲得更多的射電圖像和資料。
參考文獻：
1. 中研院天文-格陵蘭望遠鏡與次毫米波特長基線幹涉儀計畫. www.asiaa.sinica.edu.tw. [2018-03-01].
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