Радиоастрономическая юстировка радиотелескопов комплекса "Квазар" в полусфере тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ АСТРОНОМИИ

На правах рукописи

МИХАЙЛОВ Андрей Георгиевич

Радиоастрономическая юстировка радиотелескопов комплекса «Квазар» в полусфере

Специальность 01.03.02 - «Астрофизика и радиоастрономия»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена в Институте прикладной астрономии РАН.

Научный руководитель:

доктор технических наук

А. В. Ипатов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук

кандидат физико-математических наук

М. Н. Кайдановский Б. 3. Каневский

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский филиал Специальной астрофизический обсерватории РАН

Защита состоится 22 сентября 2005 г. в 14 час. на заседании диссертационного совета Д 002.067.01 в Институте прикладной астрономии РАН по адресу: 191187 С.-Петербург, наб. Кутузова, д. 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной астрономии РАН.

Автореферат разослан " " августа 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физ.-мат. наук

3. М. Малкин

1.006-4

Общая характеристика работы

Технология радиоинтерферометрических наблюдений со сверхдлинными базами (РСДБ), предложенная в СССР и реализованная в начале 70-х годов совместными усилиями СССР и США, является в настоящее время самым мощным и универсальным средством наземной астрономии. Она используется развитыми странами для решения широкого круга фундаментальных и прикладных задач, которые требуют высокоточных ко-ординатно-временных и навигационных данных.

В 1988 г. Институт прикладной астрономии АН СССР (ныне — ИПА РАН) начал разработку проекта радиоинтерферометрического комплекса «Квазар». Это обеспечивало независимость России от других стран при решении важных национальных задач и одновременно давало возможность для эффективного включения комплекса в международное радио-интерферометрическое сообщество в рамках крупных международных астрометрических, геодинамических и астрофизических программ.

Введение в эксплуатацию первых радиотелескопов комплекса «Квазар» в п. Светлое (Ленинградская обл.) в 1998 г. и в ст. Зеленчукская (Карачаево-Черкесская республика) в 2001 г. сопровождалось необходимостью разработки программно-аппаратных средств для управления радиотелескопом, а также проведения работ по настройке и исследованию этих новых инструментов.

Разработанный автором программно-аппаратный комплекс, состоящий из центрального управляющего компьютера, объединяющий многие функциональные системы радиотелескопа и оснащенный специализированным программным обеспечением позволил обеспечить проведение как интерферометрических, так и радиометрических наблюдений на радиотелескопах комплекса «Квазар».

Разработанная автором методика измерения нелинейности датчиков положения повысила точность отработки истинного положения оптической оси радиотелескопа в обсерватории «Светлое» почти в 2 раза, в обсерватории «Зеленчукская» — почти в 3 раза. Это позволило начать радиоастрономические наблюдения в высокочастотном диапазоне 1,35 см. При ширине диаграммы направленности 1,5 угловой минуты достигнутая точность сопровождения составляет величину менее 10 угловых секунд.

Проведение радиоюстировок в обсерватории «Светлое» дало возможность ввести этот радиотелескоп в состав международных РСДБ-сетей и сделать его постоянным участником РСДБ наблюдений. Проведение радиоюстировок в обсерватории «Зеленчукская» дало возможность на-

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ !

'■ "«чпииАЛЬНЛя БИБЛИОТЕКА

чать РСДБ-наблюдения на базе «Светлое-Зеленчукская». Радиотелескопы этих обсерваторий также успешно работают и по астрофизическим программам как одиночные радиотелескопы, что подтверждается приведенными в диссертации результатами наблюдательных программ.

Актуальность темы диссертации

Задача объединения различных компонентов аппаратуры радиотелескопа в единый аппаратно-программный комплекс при создании и вводе в действие нового инструмента является очень важной. При этом необходимо согласовать между собой системы, разработанные независимо друг от друга, а также обеспечить их совместную работу с единым программным обеспечением, обязательным для международных сетей РСДБ.

Успех проведения радиоастрономического сеанса зависит от большого количества факторов, одним из наиболее существенных является правильное наведение радиооси телескопа на источник. Даже для идеально настроенного радиотелескопа остаются неучтенные поправки наведения, снижающие эффективность работы инструмента. В РСДБ сеансе существует опасность вообще не попасть диаграммой направленности антенны на источник, т. к. во время проведения наблюдений выходной сигнал радиотелескопа не контролируется. В радиометрии возможен контроль наличия источника в диаграмме, но при длительном сопровождении источника неверный учет статических поправок вызовет флуктуации выходного сигнала радиометра, что приведет к появлению артефактов и ухудшению реальной чувствительности. При этом целесообразно различать т. н. «динамические» ошибки наведения, вызванные неравномерным движением антенны относительно заданной траектории, и «статические» ошибки, являющиеся следствием отклонения истинного положения радиооси антенны от расчетного из-за различных факторов: неточностей изготовления конструкции антенны, ошибок датчиков положения, деформаций конструкции антенны и др. Данная работа посвящена решению проблемы уменьшения «статических» ошибок, определению причин их вызывающих и разработке методов их коррекции.

Цели работы

Основными целями настоящей работы являются:

1. Разработка программно-аппаратных средств для проведения радиоастрономической юстировки и решения задач управления радиотеле-

скопом.

2. Радиоастрономическая юстировка антенных систем РСДБ комплекса «Квазар» с целью достижения основных параметров по точности наведения, позволяющих, в том числе, включить радиоастрономические обсерватории «Светлое» и «Зеленчукская» в состав международных РСДБ-сетей.

Научная новизна работы

1. Разработана структура программно-аппаратного комплекса, позволяющего проводить автоматическую радиоастрономическую юстировку, а также наблюдения в радиометрическом и радиоинтерферометриче-ском режимах без введения дополнительных поправок в процессе наблюдения.

2. Впервые в нашей стране выполнена автоматизированная радиоастрономическая юстировка радиотелескопов в полусфере и построена аналитическая модель систематических поправок наведения.

3. Разработана методика измерения характеристик нелинейности датчиков положения (индуктосинов).

Научная и практическая значимость работы

1. Произведенная радиоастрономическая юстировка радиотелескопов РСДБ-комплекса «Квазар» в полусфере позволила начать регулярные наблюдения в составе международных РСДБ-сетей и в режиме одиночного радиотелескопа.

2. Реализована программная коррекция нелинейности датчиков положения радиотелескопов комплекса «Квазар», в результате чего была достигнута точность наведения порядка единиц угловых секунд.

3. Разработан программно-аппаратный комплекс для управления радиотелескопом и регистрации радиоастрономических данных, обеспечивающий наблюдения в режиме одиночного радиотелескопа.

Результаты, выносимые на защиту:

1. Программно-аппаратный комплекс для проведения радиоастрономической юстировки радиотелескопа с асимметричным контррефлектором в полусфере и управления процессом наблюдений в составе РСДБ-сети и в режиме одиночного радиотелескопа.

2. Результаты радиоастрономической юстировки радиотелескопов комплекса «Квазар» в обсерваториях «Светлое» и «Зеленчукская» (модели поправок в четырех частотных диапазонах), обеспечивающие требуемую точность наведения и давшие возможность начать регулярные наблюдения в интерферометрическом и радиометрическом режимах работы радиотелескопов.

3. Методика и результаты измерения нелинейности датчиков положения антенн радиотелескопов комплекса «Квазар», позволившие осуществить программную компенсацию ошибок сопровождения, вызванных нелинейностью этих датчиков и, тем самым, улучшить точность наведения в 3 раза.

Апробация работы

Результаты, полученные в диссертации, представлялись на XXVI Радиоастрономической конференции (С.-Петербург, 18-22 сентября 1995 г.), XXVII Радиоастрономической конференции (С.-Петербург, 10-14 ноября 1997 г.), конференции «Астрометрия, геодинамика и нвббснзя механика на пороге XXI века» (С.-Петербург, 19-23 июня 2000 г.), Международной конференция «Солнце в максимуме активности и солнечно-звездные аналогии» (С.-Петербург, 17-22 сентября 2000 г.), Всероссийской Астрономической конференции (С.-Петербург, 6-12 августа 2001 г.), Всероссийской конференции «Фундаментальное и прикладное координатно-времен-ное обеспечение» (С.-Петербург, 11-15 апреля 2005 г.) и обсуждались на научных семинарах ИПА РАН.

Результаты проведенных автором исследований реализованы в ИПА РАН при вводе в действие радиотелескопов обсерваторий «Светлое» и «Зеленчукская» радиоинтерферометрического комплекса «Квазар».

Публикации и вклад автора

Основные результаты диссертации опубликованы в 27 работах [1-27] (10 статьях, 15 тезисах и 2 технических отчетах) общим объемом 355 страниц, 21 работа написана совместно с другими авторами.

В работах по устройствам радиометрической регистрации [13,15,18] автору принадлежит участие в формулировке требований к устройству, участие в испытаниях устройства, практическая реализация программ для внешнего управления.

В работах, посвященных наблюдательным программам в режиме одиночного телескопа [4,7,9,19,20,23], автору принадлежит реализация алгоритма наблюдений на центральном компьютере радиотелескопа, а в работах [19,20,23] — также непосредственное участие в проведении наблюдений и обработке результатов.

В работах [5,6] автору принадлежит описание разработанных им компонентов аппаратно-программного комплекса управления радиотелескопом.

В работе [27] автору принадлежит участие в формулировке требований к системе контроля и управления антенной, непосредственное участие в отладке и испытаниях системы.

В работах по СВЧ приемному комплексу [1-3,10-12,14,24-26] автору принадлежит непосредственное участие в разработке и исследованиях аппаратуры приемного комплекса.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Общий объем диссертации 170 страниц. Диссертация содержит 10 таблиц, 62 рисунка и список литературы из 60 наименований.

Содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели работы, указаны научная новизна, научная и практическая значимость результатов работы, перечислены результаты, выносимые на защиту, приведены структура и содержание диссертации, указаны печатные работы, в которых отражены основные результаты и определена доля участия автора в совместных публикациях.

В первой главе рассматриваются общие требования к точности наведения антенн радиотелескопов, перечисляются возможные причины ошибок наведения. Автор предлагает разделять периодические статические ошибки наведения антенны на две категории. «Долгопериодические», могут быть описаны зависимостью, имеющей несколько (от одного до четырех) периодов во всем диапазоне изменения координат антенны. Такие ошибки учитываются методами радиоастрономической юстировки. Другой тип ошибок — короткопериодические или локальные ошибки — не

может быть учтен такими методами и требует специальных исследований и, при необходимости, разработки методик измерения и коррекции.

В этой главе также рассматриваются различные виды наблюдений с точки зрения требований к точности наведения, влияния ошибок наведения и используемых методов коррекции.

Во второй главе рассматривается программно-аппаратный комплекс для управления радиотелескопом и радиоастрономической юстировки, объединяющий основные системы радиотелескопа (рис. 1). Ключевым

—► Сигналы и регистрируемые данные <-> Команды и данные контроля и управления

Рис. 1. Структурная схема программно-аппаратного комплекса

фактором в определении структуры комплекса является требование использования программного обеспечения MarkTV Field System (FS), являющегося стандартом для международных сетей РСДБ. Предлагаемая схема построения комплекса отличается от обычной практики использования FS на других радиотелескопах, имеющих собственную независимую от FS систему управления.

В предлагаемой структуре комплекса (рис. 2) главным элементом является центральный управляющий компьютер с программным обеспечением FS. Все необходимые программные средства для управления антенной и другим оборудованием радиотелескопа работают на этом же компьютере и интегрированы в среду FS.

В главе приводится описания структуры программного обеспечения FS и функций составляющих его компонентов.

Файл Команды

Рис. 2. Схема взаимодействия FS с системами радиотелескопа комплекса «Квазар».

Наиболее объемной частью программного обеспечения комплекса, разработанного автором, является программа управления антенной. Требования к этой программе сформулированы исходя из анализа программного интерфейса управления антенной FS и возможностей системы контроля и управления антенной (СКУ-А), которая непосредственно управляет приводами антенны. СКУ-А на антеннах комплекса «Квазар» была реализована в двух вариантах.

При создании первой версии программы автором была разработана схема организации в среде FS асинхронных программ, т.е. программ, цикл работы которых не связан с циклом интерпретатора командного языка FS, а определяется взаимодействием с объектом управления. Эта схема включает алгоритм запуска и завершения таких программ и механизм межпрограммного взаимодействия, основанный на использовании UDP сокетов UNIX. Была решена сложная задача согласования логики команд управления антенной FS и логики работы СКУ-А, которые существенно отличаются между собой.

После замены СКУ-А на базе СПУ-5 на новую систему управления, основная часть разработанных принципов построения программы управ-

ления антенной сохранилась, были также реализованы новые возможности, произошло перераспределение функций аппаратно-программного комплекса.

Программа позволяет вычислять координаты и, следовательно, проводить наблюдения источников трех типов: источники с фиксированными координатами в экваториальной системе координат (галактические и внегалактические радиоисточники), объекты Солнечной системы (Солнце, большие планеты, Луна), другие космические объекты (малые планеты, искусственные спутники Земли — по заранее рассчитанному файлу данных, который предоставляется наблюдателем).

Для расчетов координат объектов Солнечной системы автором был разработан программный интерфейс, интегрирующий в программу управления антенной программное обеспечение NOVAS-С (USNO) и эфемериды JPL DE405.

Разработанная программа управления системой радиометрической регистрации позволяет выполнять две основные функции: регистрацию данных при наблюдениях в режиме одиночного радиотелескопа и обеспечение радиометрической информацией программы для радиоастрономической юстировки и измерения параметров радиотелескопа.

В этой главе также рассматриваются программы для работы с метеостанцией и программы интерфейса оператора.

В третьей главе рассматриваются «короткопериодические■» или локальные ошибки. Из анализа наблюдений делается предположение, что источником локальных ошибок на радиотелескопах комплекса «Квазар» являются датчики положения антенны — устройство съема угловых координат (УСУК) «Салгир». УСУК обеспечивает измерение углового положения исполнительных осей антенны в виде двоичного двадцатиразрядного кода с минимальной дискретностью 360°/220 и однозначностью отсчета в пределах 360° . Двухотсчетное преобразование обеспечивается датчиками «точного» и «грубого» отсчета (или точной и грубой шкалы). Старшие 8 бит формируются датчиком грубой шкалы, младшие 12 бит — датчиком точной шкалы. Период изменения уровня сигнала, отмеченный в наблюдениях оказался согласованным с периодом изменения координат антенны 360°/256 = 1.40625°, а это совпадает с периодом повторения точной шкалы УСУК «Салгир».

Предлагается проводить коррекцию ошибок датчиков положения программным методом, т. е. путем измерения характеристики нелинейности датчика и компенсации этой характеристики при наведении антенны. При

этом характеристику достаточно измерить только в пределах одной точной шкалы датчика, т. к. она является периодической.

В главе приводится результат измерения этой характеристики у одного экземпляра датчика известным геодезическим методом. Практическое применение метода затрудняется необходимостью использования дополнительного геодезического оборудования, большим временем измерений, сложностью автоматизации. Автором предложена новая методика измерения характеристики нелинейности, не использующая дополнительного измерительного оборудования (используется только штатное оборудование радиотелескопа). Измерения проводятся значительно быстрее в сравнении с геодезическим методом, обработка результатов автоматизирована. Программа обработки сразу формирует таблицу данных для коррекции нелинейности, загружаемую в систему наведения антенны.

В основу методики положена запись положения антенны без замкнутой системы автоматического регулирования. На электропривод антенны подается постоянное напряжение. При этом можно было бы ожидать, что антенна будет двигаться с постоянной скоростью, однако вследствие различных дестабилизирующих факторов это не выполняется. При движении антенны в указанном режиме записывается график движения х (4), т.е. зависимость положения антенны от времени, с помощью штатного программного обеспечения системы управления радиотелескопом. Зарегистрированная таким образом зависимость состоит из двух неизвестных слагаемых: искомой ошибки нелинейности и реального графика движения антенны. Предложенный алгоритм обработки результатов измерений, позволяет разделить эти неизвестные составляющие в выражении и таким образом выделить ошибку нелинейности 5х как функцию поворота датчика в пределах одной точной шкалы (х'). Далее в главе приводится описание алгоритма и реализующей его программы.

С использованием предложенной методики были исследованы все датчики положения на антеннах в обсерваториях «Светлое» и «Зеленчук-ская» и построены их характеристики нелинейности. В главе приводится подробный, иллюстрированный графиками, пример обработки данных измерений азимутального датчика на антенне в обсерватории «Светлое». На рис. 3 представлен график записи исходных данных. На рис. 4 показана окончательная усредненная оценка характеристики нелинейности после обработки, которая и используется программным обеспечением системы наведения в процессе наблюдений. В главе представлены аналогичные зависимости для всех исследованных датчиков.

В конце главы приводятся экспериментальные данные, подтвержда-

Время, час.

Рис. 4. Характеристика нелинейности азимутального датчика антенны в обсерватории «Светлое», амплитуда нелинейности 40"

ющие эффективность предложенной методики программной коррекции датчиков положения на антеннах в обсерваториях «Светлое» (рис. 5) и «Зеленчукская».

Время, час

Рис. 5. Запись сопровождения источника Cas А без программной коррекции нелинейности датчиков положения и с коррекцией, обсерватория «Светлое», диапазон 3,5 см

В четвертой главе рассматриваются вопросы, связанные с практическим проведением сеансов радиоастрономической юстировки.

Список источников для юстировки должен равномерно покрывать весь диапазон склонений, видимый на широте расположения радиотелескопа, и включать источники с достаточной величиной потока. Основная часть этого списка универсальна для большинства антенн, расположенных в северном полушарии. Автором был добавлен в список ряд источников, находящихся на склонениях около +70° для ликвидации разрыва в заполнении полусферы на высоких углах места на антенне в обсерватории «Светлое».

В главе рассматривается определение параметров сеанса радиоастрономической юстировки: начальных условий и параметров сканирования. Обсуждаются возможные варианты выбора начальных условий, а также влияние обоих параметров на результаты. Окончательный выбор параметров производится экспериментальным путем.

Проведение юстировки имеет свои особенности в различных диапазонах частот. Наиболее простыми являются диапазоны 3,5 и 6 см. Чувствительность системы здесь хорошая дня регистрации котировочных источников, ширина диаграммы направленности не требует больших перемещений антенны при сканировании. Поскольку антенны комплекса «Квазар» оснащены совмещенными облучателями для диапазонов 3,5 и 13 см, модель поправок для диапазона 3,5 см автоматически обеспечивает точное наведение и в диапазоне 13 см. В диапазоне 18 см основной сложностью является необходимость больших смещений оси радиотелескопа от положения источника при сканировании из-за широкой диаграммы направленности 20'), что приводит к существенному увеличению времени наблюдения одного источника и, следовательно, к ухудшению заполнения полусферы в ходе сеанса радиоастрономической юстировки. В результате точность полученной модели оказывается хуже. Однако в данном диапазоне и требования к точности наведения являются самыми низкими.

Самым сложным для юстировки является диапазон 1,35 см. Это объясняется уменьшением ширины диаграммы направленности, уменьшением количества источников, пригодных для радиоастрономической юстировки, снижением чувствительности системы. Для данного диапазона важен правильный выбор начальных условий. В обсерватории «Светлое» удалось применить в качестве начальных условий сеанса юстировки модель поправок, полученную в диапазоне 6 см. В обсерватории «Зеленчук-ская» потребовалось провести дополнительный сеанс для определения предварительной неточной модели поправок, и лишь затем — основной сеанс с использованием этой модели в качестве начальных условий.

В главе приводится иллюстрированный графиками пример обработки сеанса радиоастрономической юстировки антенны в обсерватории «Светлое» в диапазоне 3,5 см. Далее приводятся и обсуждаются графики моделей поправок, полученных в результате сеансов юстировки двух антенн во всех частотных диапазонах, кроме модели в диапазоне 18 см в обсерватории «Зеленчукская». На рис. 6 и 7 показаны графики модели поправок антенны в обсерватории «Зеленчукская» в диапазоне 6 см.

Эффективность полученных моделей поправок подтверждается успешным проведением регулярных сеансов по программам IVS (Interna-

Рис. 6. Модель поправок по азимуту в диапазоне 6 см, «Зеленчукская»

2 >»

се х

о.

Б

О

С

Угол места, град.

Азимут, град.

Рис. 7. Модель поправок по углу места в диапазоне 6 см, «Зеленчукская»

13

tional VLBI Service for Geodesy and Astrometry) R4, T2, Euro, ЕЗ, а также наблюдениями переменных радиоисточников в обсерватории «Светлое», тесных двойных систем и радиоизлучения космического гамма-всплеска GRB 030329 в обсерваториях «Светлое» и «Зеленчукская».

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации.

В приложении приведен исходный текст программы обработки результатов измерений характеристик нелинейности датчиков положения антенны.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Иванов Д.В., Ипатов A.B., Ипатова И.А., Мардышкин В.В., Михайлов А. Г. Основы конструирования малошумящих криорадиометров высокой чувствительности. Труды ИПА РАН, вып. 2, 1997, с. 232-241.

2. Иванов Д.В., Ипатов A.B., Ипатова И.А., Мардышкин В.В., Михайлов А. Г. Приемники радиоинтерферометрической сети КВАЗАР. Труды ИПА РАН, вып. 2, 1997, с. 242-256.

3. Михайлов А. Г. Автоматизация управления приемным СВЧ-комплексом радиоинтерферометрической сети КВАЗАР. Труды ИПА РАН, вып. 2, 1997, с. 257-264.

4. Пятунина Т. Б, Рахимов И. А., Мардышкин В. В., Михайлов А. Г., Зборовский A.A. Наблюдения переменных радиоисточников на радиоастрономической обсерватории Светлое. Труды ИПА РАН. Вып. 5. Радиоастрономия и эфемеридная астрономия. 2000. с. 15-30.

5. A.Ipatov, I.Ipatova, N.Koltsov, A. Mikhailov, S.Sirovoy. Institute of Applied Astronomy Technology Development Center. International VLBI Service for Geodesy and Astronomy 2002 Annual Report. IVS Coordinating Center, NASA, 2003, p. 307-310.

6. A. Ipatov, N. Koltsov, A. Mikhailov, S. Smolentsev. Institute of Applied Astronomy Technology Development Center. International VLBI Service for Geodesy and Astronomy 2003 Annual Report. IVS Coordinating Center, NASA, 2004, p. 245-248.

7. Ипатов А. В., Мардышкин В. В., Михайлов А. Г., Харинов М. А. Программное обеспечение для подготовки радиометрических наблюдений — Sched Maker vi. Сообщения ИПА РАН, 2005, №172. 20 с.

8. Михайлов А. Г. Программное обеспечение центрального управляющего компьютера наблюдательного пункта РСДБ-сети КВАЗАР. Труды ИПА РАН, вып. 12, 2005, с. 68-92.

9. Иванов Д.В., Ипатов A.B., Ипатова И.А., Мардышкин В.В., Михайлов А. Г., Харинов М. А. Программное пакет подготовки, проведения и обработки радиометрических наблюдений на радиотелескопах сети КВАЗАР. Труды ИПА РАН, вып. 12, 2005, с. 93-112.

10. Ипатова И. А., Иванов Д. В., Мардышкин В. В., Михайлов А. Г., Харинов М. А. Радиометр на волну 7 мм для наблюдений Солнца на радиотелескопах сети КВАЗАР. Труды ИПА РАН, вып. 12, 2005, с. 152-159.

11. Госачинский А.И., Ипатов A.B., Мардышкин В.В., Михайлов А.Г., Хай-ров Р. Р., Лебедь В. И. Двухчастотный криорадиометр на длины волн 13 и 3,5 см. Сборник тезисов докладов. XXI Всесоюзная конференция. Ереван. 1989, с. 139-140.

12. Ипатов A.B., Ипатова И.А., Мардышкин В.В., Михайлов А.Г., Иванов Д. В. Криоэлектронные приемники для высокоточных геодезических измерений. Тезисы доклада Астрометрической конференции ГАО. С.-Петербург. ГАО. 1993. 1с.

13. Горновесов С. Ю., Кольцов Н. Е., Мардышкин В. В., Михайлов А. Г. Цифровой измеритель мощности широкополосных сигналов для радиометра. Тезисы докладов XXVI Радиоастрономической конференции, С.-Петербург, 18-22 сентября 1995, с. 387-388.

14. Ipatov A., Ipatova I., Ivanov D., Mardyshkin V., Mikhailov A. The construction method of VLBI receivers. In: Proc. Symposium on VLBI technology, December 10-13, 1996. Kashima, Japan. 1996, p. 104-108.

15. Горновесов С.Ю., Ипатов A.B., Климов С.Д., Кольцов Н.Е., Михайлов А. Г. Царев В. И. Широкополосная регистрация сигналов на радиотелескопе ТНА-400-1 (пос. Светлое). Тезисы докладов XXVII Радиоастрономической конференции, Т. 3. С.-Петербург, 10-14 ноября 1997, с. 174-175.

16. Михайлов А. Г. Использование программного обеспечения MarklV Field System для системы контроля и управления наблюдательным пунктом комплекса «Квазар». Тезисы докладов XXVII Радиоастрономической конференции, Т. 2. С.-Петербург, 10-14 ноября 1997. с. 229-230.

17. Михайлов А. Г. Программное обеспечение центрального управляющего компьютера наблюдательного пункта РСДБ-сети КВАЗАР. Астрометрия, геодинамика и небесная механика на пороге XXI века. Тезисы докладов. С.-Петербург, 2000, с. 358-359.

18. Ипатов A.B., Кольцов Н.Е., Крохалев A.B., Михайлов А.Г., Рахимов И.А., Христиановский B.C. Четырехканальный радиометрический модуль радиотелескопа РТФ-32. Астрометрия, геодинамика и небесная механика на пороге XXI века. Тезисы докладов. С.-Петербург, 2000, 392-393.

19. Ипатова И. А., Иванов Д. В., Мардышкин В. В., Михайлов А. Г., Сыро-вой С. С., Рахимов И. А., Ахмедов Ш.Б., Зборовский A.A. Аппаратура и

методика наблюдений Солнца в миллиметровом диапазоне волн на радиотелескопе РТФ-32. Международная конференция «Солнце в максимуме активности и солнечно-звездные аналогии». Тезисы докладов. С.-Петербург, ГАО РАН, 17-22 сентября 2000, с. 213-215.

20. Иванов Д. В., Ипатов A.B., Михайлов А. Г., Зборовский А. А. Методика наблюдения слабых источников на радиотелескопе РТФ-32. Тезисы докладов Всероссийской Астрономической конференции, С.-Петербург, 6-12 августа 2001, с. 74-75.

21. Михайлов А. Г. Автоматическая радиоюстировка радиотелескопа наблюдательного пункта «Светлое» РСДБ сети КВАЗАР. Тезисы докладов Всероссийской Астрономической конференции, С.-Петербург, 6-12 августа 2001, с. 77.

22. Михайлов А. Г. Программное обеспечение центрального управляющего компьютера наблюдательного пункта РСДБ сети КВАЗАР. Тезисы докладов Всероссийской Астрономической конференции, С.-Петербург, 6-12 августа 2001, с 76.

23. Ипатова И. А., Иванов Д. В., Мардьппкин В. В., Михайлов А. Г., Сыро-вой С. С., Приемная аппаратура радиотелескопа РТФ-32 для наблюдений Солнца в миллиметровом диапазоне. Тезисы докладов Всероссийской Астрономической конференции, С.-Петербург, 6-12 августа 2001, с. 78.

24. Иванов Д. В., Вытнов А. В., Мардышкин В. В., Михайлов А. Г. Использоваг ние сигнала фазовой калибровки для проверки приемной системы РСДБ радиотелескопа. Тезисы докладов Всероссийской конференции «Фундаг ментальное и прикладное координатно-временное обеспечение» (КВО-2005). С.-Петербург, 11-15 апреля 2005, с. 211-212.

25. Ипатов Д.В., Лавров A.B., Мардышкин В.В., Михайлов А.Г., Яцков-ский К. Ю. Автоматизация управления СВЧ аппаратурой приемной системы радиотелескопа РСДБ сети «Квазар-КВО». Тезисы докладов Всероссийской конференции «Фундаментальное и прикладное координатно-вре-менное обеспечение» (КВО-2005). С.-Петербург, 11-15 апреля 2005, с. 215216.

26. Ипатов A.B., Ипатова И.А., Мардышкин В.В., Михайлов А.Г., Лебедь В.И., Пилипенко A.M. Наблюдательный пункт. Высокочувствительный приемный СВЧ-комплекс. Эскизный проект. Пояснительная записка ИЕЛГЭ.01.003.01.02.02.ПЗ. Ленинград. ИПА АН СССР, 1988. 161с.

27. Петров С.Д., Рубин И.Г., Филиппов A.A., Бронвальд А.Ю., Сыро-вой С. С., Михайлов А. Г. Система контроля и управления ТНА-400-1 par диоинтерферометрического комплекса «Квазар». Технический отчет по опытно-конструкторской работе. ИПА РАН. С.-Петербург, 2003. 42 с.

Подписано к печати 16.08.2005. Формат 60 X 90/16. Офсетная печать. Печ. л. 1.0. Уч.-изд. л. 1.0. Тираж 130 Заказ 399 бесплатно

Отпечатано в ЗАО "Полиграфическое предприятие № 3" (Санкт-Петербург, Литейный пр., 55).

ИПА РАН, 191187 С.-Петербург, наб. Кутузова, д. 10

»14972

РНБ Русский фонд

2006-4 13844

Введение

1. Основные требования к точности наведения радиотелескопов и способы обеспечения точности

1.1. Конструкции антенн радиотелескопов.

1.2. Радиотелескопы комплекса «Квазар».

1.3. Алгоритм наведения радиотелескопа и постановка задачи

1.4. Влияние ошибок наведения на потери принимаемого сигнала

1.5. Способы обеспечения точности наведения.

1.5.1. Конструкция и изготовление антенны.

1.5.2. Обеспечение динамической точности системы наведения

1.5.3. Коррекция поправок наведения по радиосигналу

1.5.4. Радиоастрономическая юстировка в полусфере.

1.5.5. Исследование и учет локальных ошибок.

1.6. Особенности работы радиотелескопа в различных наблюдательных программах.

1.6.1. Радиоинтерферометрические наблюдения.

1.6.2. Наблюдения в режиме одиночного телескопа.

1.7. Связь радиоастрономической юстировки и фокусировки

1.8. Выводы

2. Программно-аппаратный комплекс для радиоастрономической юстировки и управления радиотелескопом

2.1. Структура комплекса.

2.2. Программное обеспечение MarklV Field System.

2.2.1. Язык SNAP

2.2.2. Состав и структура Field System.

2.2.3. Программные средства Field System для определения поправок наведения.

2.2.4. Возможности расширения Field System.

2.3. Управление антенной.

2.3.1. Взаимодействие программы управления антенной с Field System.

2.3.2. Взаимодействие ПО центрального компьютера с системой СКУ-А.

2.3.3. Структура ПО управления антенной центрального компьютера.

2.3.4. Особенности второго варианта СКУ-А.

2.3.5. Расчет координат источников.

2.4. Управление системой радиометрической регистрации.

2.5. Получение метеоданных.

2.6. Программы интерфейса оператора.

2.7. Выводы.

3. Исследование и учет локальных ошибок

3.1. Исследование причин локальных ошибок.

3.2. Конструктивные особенности датчиков положения антенны «Салгир».

3.2.1. Принцип действия датчика точного отсчета.

3.2.2. Устройство и работа приборов «грубого» отсчета

3.3. Компенсация нелинейности датчиков положения антенны

3.4. Методика измерения характеристики нелинейности датчиков положения антенны.

3.4.1. Измерение геодезическим методом.

3.4.2. Предлагаемая методика измерения.

3.5. Экспериментальные исследования характеристик нелинейности датчиков.

3.6. Исследования эффективности программной коррекции.

3.7. Выводы.

4. Радиоастрономическая юстировка в полусфере

4.1. Радиоисточники для радиоастрономической юстировки в полусфере

4.2. Выбор параметров сеанса радиоастрономической юстировки

4.2.1. Начальные условия сеанса радиоастрономической юстировки

4.2.2. Параметры сканирования.

4.3. Особенности измерений в различных диапазонах.

4.3.1. Диапазоны 3,5, 6 и 13 см.

4.3.2. Диапазон 18 см.

4.3.3. Диапазон 1,35 см.

4.4. Обработка результатов измерений.

4.5. Результаты радиоастрономической юстировки антенн комплекса «Квазар».

4.6. Практическая проверка эффективности полученных моделей поправок в наблюдательных программах.

4.6.1. Наблюдения переменных радиоисточников в обсерватории «Светлое».

4.6.2. Наблюдение тесных двойных систем.

4.6.3. Наблюдения радиоизлучения космического гамма-всплеска GRB

4.6.4. РСДБ наблюдения в составе международных сетей

4.7. Выводы.

Технология радиоинтерферометрических наблюденийй со сверхдлинными базами (РСДБ), предложенная в СССР и реализованная в начале 70-х годов совместными усилиями СССР и США [1], является в настоящее время самым мощным и универсальным средством наземной астрономии. Она используется развитыми странами для решения широкого круга фундаментальных и прикладных задач, которые требуют высокоточных координатно-вре-менных и навигационных данных.

Данные, получаемые с помощью РСДБ-технологии, эквивалентны по пространственно-временному разрешению, данным, которые могут быть получены лишь с помощью радиотелескопа с диаметром зеркала порядка десяти тысяч километров. Современный потенциал такого глобального радиотелескопа — радиоинтерферометра со сверхдлинной базой, минимум на три порядка превышает потенциал существующих оптических наземных средств и составляет [2]:

• десятые доли миллисекунды дуги при определении координат радиоисточников и микросекунды дуги при построении их изображений;

• микросекунды дуги при определении параметров Солнечной системы;

• миллиметры при определении трехмерных координат точек земной поверхности и глобальных расстояний, включая расстояния между континентами;

• миллиметры в год при определении движения точек земной коры, в том числе глобальных тектонических движений;

• миллиметры и десятки микросекунд при определении параметров вращения Земли (координат полюса, всемирного времени, длительности суток, прецессии и нутации);

• десятки пикосекунд при синхронизации атомных шкал времени, разнесенных на глобальные расстояния.

В настоящее время РСДБ-технология во всем мире рассматривается, как базовая технология для получения координатно-временной информации в интересах:

• таких фундаментальных наук, как астрометрия, небесная механика, эфемеридная астрономия, геодинамика, геофизика, астрофизика и космология,

• таких прикладных наук, как геодезия, космическая навигация в ближнем и дальнем космосе, метрология, сейсмология, климатология и океанография, телекоммуникации.

РСДБ-технология поддерживает своими данными: системы точного времени, глобальные навигационные спутниковые системы, системы управления транспортом, широкополосные системы связи и высокоскоростные системы передачи данных.

По этой причине данные высокоточных координатно-временных измерений, а также технические средства РСДБ-измерений помимо той роли, которую они играют в фундаментальных исследованиях, с годами все в большей степени приобретают народно-хозяйственное (прикладное) значение.

В 1988 г. Институт прикладной астрономии АН СССР (ныне — ИПА РАН) начал разработку проекта радиоинтерферометрического комплекса «Квазар», по которому предполагалось создать шестиэлементный радиоинтерферометр, заполнявший территорию страны по долготе и широте. Это обеспечивало независимость России от других стран при решении важных национальных задач и одновременно давало возможность для эффективного включения сети в международное радиоинтерферометрическое сообщество в рамках крупных международных астрометрических, геодинамических и астрофизических программ.

Однако после распада СССР и расширения международной кооперации было принято решение ограничиться строительством трех обсерваторий. К настоящему времени эти три обсерватории комплекса «Квазар» построены в поселке Светлое Приозерского района Ленинградской области, вблизи станицы Зеленчукская Карачаево-Черкесской Республики и в урочище Бадары Республики Бурятия. В результате образовался трехэлементный РСДБ-комплекс с размерами баз 2015 х 4282 х 4405 км, с центром управления в Санкт-Петербурге, где ведется первичная обработка данных и их анализ. Такая геометрия сети была выбрана исходя, прежде всего, из содержания астрометрических и геодезических задач, требующих наличия экваториальных и полярных проекций баз и большой общей зоны видимости радиотелескопов для источников с широким диапазоном склонений.

Кратко опишем типичную обсерваторию комплекса «Квазар» [3] (рис. 1), чтобы дать некоторое представление о ее технических средствах и возможностях при работе в радиометрическом и радиоинтерферометрическом режимах.

Рис. 1. Обсерватория «Светлое»

Основной элемент обсерватории — полноповоротный прецизионный радиотелескоп с зеркалом диаметром 32 м, который, как показал анализ, является во многих отношениях оптимальным при угломерных наблюдениях.

Антенна радиотелескопа была спроектирована специально для комплекса «Квазар», поскольку астрометрические и геодинамические задачи предъявляли особые требования к конструкции и динамическим качествам этого прецизионного астрометрического и геодезического инструмента. Она построена по модифицированной схеме Кассегрена с основным квазипараболическим зеркалом (фокусное расстояние 11.4 м) и вторичным зеркалом (контррефлектором), представляющим собой модифицированный гиперболоид вращения диаметром 4 м, с одной плоскостью симметрии. Основная и очень оригинальная идея этой конструкции состоит в том, что вторичное зеркало, его приводы и опоры физически «развязаны» с конструкцией зеркала и опираются на опорно-поворотное устройство радиотелескопа независимым образом. Такое техническое решение обеспечивает сохранение формы зеркала и его минимальные искажения, которые возникают при наклонах к горизонту. Впервые в истории отечественного телескопостроения азимутальное движение антенны осуществляется по рельсовому кольцевому пути. В соответствии с этим азимутальный привод выполнен в виде дискретно-фрикционной многоприводной системы, состоящей из четырех спаренных тележек, движущихся по рельсовому пути. Тележки воспринимают только силы, действующие вертикально: вес и вертикальные составляющие влияния ветра и опрокидывающего момента, а горизонтальные силы действуют на центральную азимутальную опору. Данная система позволяет улучшить стабильность положения вертикальной оси при вращении, повысить точность сопровождения источника, существенно снизить вес металлоконструкций, упростить монтаж антенной системы и ее эксплуатацию [4].

Цифровая система наведения радиотелескопа и сопровождения радиоисточников, разработанная ИПА РАН на базе компьютерных плат американских фирм Octagon и Fastwel с программным обеспечением в операционной среде Linux, дает возможность наблюдать медленные (естественные) и быстрые (искусственные) радиоисточники с точностью не хуже 5" при скорости ветра до 20 м/с. Эта система реализует алгоритм управления (ПИД-алго-ритм), благодаря которому конструкция радиотелескопа массой более 700 т движется достаточно быстро и без заметных автоколебаний [5].

В связи со способностью радиотелескопа работать на различных длинах волн, в нем, в отличие от классической схемы Кассегрена, впервые в России была применена система с подвижным вращающимся вторичным зеркалом (рис. 2). Это зеркало фокусирует принимаемое излучение в стороне от центра антенны, и при вращении его вокруг оси антенны фокальная точка описывает окружность. На этой окружности располагаются рупорные облучатели для различных длин волн, и быстрый переход с одной длины волны на другую осуществляется простым поворотом контррефлектора.

Рис. 2. Система облучения с подвижным вращающимся вторичным зеркалом

Комплекс высокочувствительных криоэлектронных (охлаждаемых до водородных температур) приемных устройств (радиометров) на волны 1.35, 3.5, 6, 13 и 18 см) [6], позволяет принимать излучение от естественных космических источников и космических аппаратов. Для высокоточных позиционных наблюдений наиболее важны радиометры на волнах 3.5 и 13 см

S/X-диапазон), которые в настоящее время приняты международным РСДБ-сообществом в качестве стандартных. Для исключения влияния ионосферы производится одновременный прием на этих длинах волн с помощью двух-волнового (совмещенного) рупорного облучателя.

Одна из важнейших характеристик радиотелескопа — низкие шумовые температуры, ибо высокая чувствительность системы по потоку позволяет уверенно регистрировать слабые источники, что, в свою очередь, дает возможность создавать каталоги радиоисточников, равномерно распределенных по небесной сфере, и эффективно использовать эти источники при дифференциальных измерениях для подавления влияния турбулентной тропосферы и нестабильности аппаратуры. Уже первые измерения показали, что шумовые характеристики радиотелескопов сети «Квазар» на разных длинах волн — одни из лучших в мире [7].

Для достижения низких шумовых температур (снижение уровня шума путем охлаждения) системы «телескоп — радиометр» усилительные устройства радиометров всех диапазонов располагаются в криостате и охлаждаются до температуры 20 К (водородный уровень) двухступенчатыми микрокриогенными системами замкнутого цикла охлаждения, которые позволяют снизить шумовые температуры радиометров практически до предельного уровня. Так, на фланцах криоблока они составляют от 5 К на длинных волнах до 20 К на волне 1.35 см [8].

Как уже говорилось, радиотелескопы комплекса «Квазар» работают в двух режимах — радиометрическом и радиоинтерферометрическом, обеспечивая тем самым решение задач не только координатно-временного обеспечения, но и астрофизических задач.

Радиометрические измерения ведутся одновременно в двух диапазонах частот в двух круговых поляризациях. Устройство цифровой регистрации информации разработано в ИПА РАН [9]. Этот модуль воспринимает полосу частот 100-1000 МГц, что позволяет подключать его к любым радиоастрономическим приемникам. Чувствительность устройства практически доведена до теоретического предела. Динамический диапазон, по сравнению с ранее существовавшей в России аппаратурой, увеличен на 10-12 дБ, а нелинейные искажения уменьшены в 3-4 раза. Это дает возможность применять модуль как для измерения весьма слабых, так и для анализа сильных сигналов.

Программное обеспечение, разработанное в ИПА РАН, полностью согласовано с системой MarklV Field System (NASA), принятой в качестве международного стандарта, обеспечивающего подготовку и автоматизацию РСДБ-наблюдений и работу с современными системами регистрации (Mark3-Mark5, VLB А, К4, S2).

В настоящее время в сети «Квазар» в качестве систем магнитной записи используются системы регистрации S2 (скорость регистрации 128 Мбит/с) и Mark4 (скорость регистрации 1 Гбит/с), поставленные Геодезическими службами Канады и NASA, что позволило обсерватории «Светлое» в 2003 г. активно включиться в работу по международным геодинамическим РСДБ-про-граммам.

Существенным элементом обсерваторий комплекса «Квазар» является система частотно-временной синхронизации, обеспечивающая временную привязку радиометрических и радиоинтерферометрических наблюдений. Эта система фактически превращает отдельные радиотелескопы в единый глобальный радиоинтерферометр. Она состоит из:

• водородных стандартов времени и частоты с нестабильностью 3 • 10"15 при времени осреднения 1000 с, хранящих размеры единиц времени (1 с) и частоты (1 Гц);

• формирователя шкал времени;

• аппаратуры привязки шкал времени по сигналам спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС с точностью не хуже 50 не;

• буферных усилителей опорных сигналов 5 МГц и фазостабильных линий их передачи;

• аппаратуры контроля и измерения высокостабильных сигналов.

В эту систему также входят комплект синхронизируемых СВЧ-гетероди-нов с частотами 1.26, 2.02, 4.5, 8.08 и 22, 92 Гц и генератор пикосекунд-ных импульсов с длительностью 25-50 пикосекунд, амплитудой около 1 В и частотой следования 1 МГц. Высокостабильные гетеродины обеспечивают когерентное преобразование принимаемых СВЧ-сигналов к рабочему диапазону (100-1000 МГц), а генератор пикосекундных импульсов служит для контроля фазовых характеристик тракта от входа приемного устройства до системы регистрации.

На обсерваториях комплекса «Квазар» установлено также автоматическое метеорологическое оборудование, измеряющее в реальном времени с высокой точностью все метеопараметры (температура, давление, влажность и скорость ветра), которые необходимы при обработке и анализе радиоин-терферометрических наблюдений.

Все стандартные наблюдения выполняются в режиме программного управления оборудованием радиотелескопа. Также программно осуществляются планирование, подготовка, экспресс-анализ наблюдений и создание отчетной документации.

Особое значение имеет подготовка РСДБ-наблюдений, так как она объединяет различные радиотелескопы. При ее планировании применяются специальные программные пакеты, разработанные в США для планирования астрофизических и астрометрических наблюдений. С помощью этих пакетов обычно подготавливаются управляющие файлы, которые рассылаются по всем обсерваториям, участвующим в наблюдениях. Файлы содержат информацию о наблюдаемых источниках, их координатах, времени наблюдений, частотах настройки системы регистрации и других параметрах системы регистрации. Они поступают в управляющий компьютер, на котором установлена программная система MarklV Field System, адаптированная к разработанным в России техническим средствам. Эта система выделяет в управляющем файле информацию, относящуюся к данной обсерватории, и формирует подробную программу эксперимента. Таким образом, в настоящее время радиотелескопы комплекса «Квазар» способны воспринимать управляющие файлы международных РСДБ-сетей и, как следствие, без труда вписываться в международные наблюдательные программы.

Кроме того, управляющий компьютер снабжен средствами отображения текущего состояния всех систем и телекоммуникационными средствами дистанционного доступа к радиотелескопу и информационного обмена через глобальную сеть Интернет.

Первоклассные наблюдательные РСДБ-станции, которых сейчас в мире не более двух десятков, помимо чисто радиоинтерферометрических средств содержат и другие средства координатно-временных измерений. Такая кол-локация позволяет сравнивать результаты различных средств измерения, уменьшать влияние систематических ошибок, расширять класс исследуемых задач и изучать явления различных временных масштабов. Такой подход был принят и при создании комплекса «Квазар». Сейчас ее обсерватории оснащены геодезическими приемниками ГЛОНАСС и GPS, а обсерватория «Ба-дары» — системой DORIS.

Коррелятор, куда поступают первичные данные из обсерваторий, в определенном смысле фазовый центр сети «Квазар», ибо именно там когерентно складываются сигналы и вычисляются автокорреляционные и взаимокорреляционные функции видеосигналов, несущие информацию о структуре радиоисточника, его координатах и координатах радиотелескопа, а также о параметрах ориентации Земли и других геофизических, геодезических и радиофизических параметрах. В настоящее время он может обрабатывать данные, поступающие одновременно с трех пунктов с общей скоростью 384 Мбит/с.

Успех проведения радиоастрономического сеанса зависит от большого количества факторов, одним из наиболее существенных является правильное наведение радиооси телескопа на источник. Даже для идеально настроенного радиотелескопа остаются неучтенные поправки наведения, снижающие эффективность работы инструмента. В РСДБ сеансе существует опасность вообще не попасть диаграммой направленности антенны на источник, т.к. во время проведения наблюдений выходной сигнал радиотелескопа не контролируется. В радиометрии возможен контроль наличия источника в диаграмме, но при длительном сопровождении источника неверный учет статических поправок вызовет флуктуации выходного сигнала радиометра, что приведет к появлению артефактов и ухудшению реальной чувствительности. При этом целесообразно различать т. н. «динамические» ошибки наведения, вызванные неравномерным движением антенны относительно заданной траектории, и «статические» ошибки, являющиеся следствием отклонения истинного положения радиооси антенны от расчетного из-за различных факторов: неточностей изготовления конструкции антенны, ошибок датчиков положения, деформаций конструкции антенны и др. Такое разделение ошибок на «статические» и «динамические» необходимо для правильного понимания причин, вызывающих неудачи в наблюдениях. Данная работа посвящена решению проблемы уменьшения «статических» ошибок, определению причин их вызывающих и разработке методов их коррекции.

Вопросы, решаемые в диссертационной работе

Введение в эксплуатацию первых радиотелескопов комплекса «Квазар» в п. Светлом (Ленинградская обл.) и в ст. Зеленчукская (Карачаево-Черкесская республика) сопровождалось необходимостью настройки и исследования этих новых инструментов.

Целями настоящей диссертационной работы являются:

1. Разработка программно-аппаратных средств для проведения радиоастрономической юстировки и решения задач управления радиотелескопом.

2. Радиоастрономическая юстировка антенных систем РСДБ комплекса «Квазар» с целью достижения основных параметров по точности наведения, позволяющих, в том числе, включить радиоастрономические обсерватории «Светлое» и «Зеленчукская» в состав международных РСДБ-сетей.

В работе по реализации этих целей автор старался придерживаться следующей логики:

• формулировка проблемы обеспечения точности наведения радиотелескопа в различных режимах его работы,

• выявление причин, вызывающих ухудшение точности наведения,

• разработка блок-схемы аппаратного комплекса управления радиотелескопом, позволяющей решать как задачи обеспечения точности наведения, так и проводить методические исследования под управлением центрального управляющего компьютера радиотелескопа,

• использование стандартного программного обеспечения РСДБ терминалов MarklV Field System (установленного на центральном компьютере) для решения задач наведения радиотелескопа,

• разработка специального программного обеспечения центрального компьютера для управления периферийным оборудованием радиотелескопа, сбора данных и интерфейса оператора,

• исследование метода радиоастрономической юстировки, применительно к антеннам комплекса «Квазар», выявление неучтенных эффектов ухудшающих точность наведения и разработка методик, компенсирующих эти неучтенные ошибки,

• проведение радиоастрономической юстировки в полусфере радиотелескопов в обсерваториях «Светлое» и «Зеленчукская», определение моделей поправок во всех рабочих диапазонах длин волн.

Работа по представленному выше плану проводилась, начиная с 1995 года по настоящее время.

Научная новизна работы

1. Разработана структура программно-аппаратного комплекса, позволяющего проводить автоматическую радиоастрономическую юстировку, а также наблюдения в радиометрическом и радиоинтерферометрическом режимах без введения дополнительных поправок в процессе наблюдения.

2. Впервые в нашей стране выполнена автоматизированная радиоастрономическая юстировка радиотелескопов в полусфере и построена аналитическая модель систематических поправок наведения.

3. Разработана методика измерения характеристик нелинейности датчиков положения (индуктосинов).

Научная и практическая значимость работы

1. Произведенная радиоастрономическая юстировка радиотелескопов РСДБ-комплекса «Квазар» в полусфере позволила начать регулярные наблюдения в составе международных РСДБ-сетей и в режиме одиночного радиотелескопа.

2. Реализована программная коррекция нелинейности датчиков положения радиотелескопов комплекса «Квазар», в результате чего была достигнута точность наведения порядка единиц угловых секунд.

3. Разработан программно-аппаратный комплекс для управления радиотелескопом и регистрации радиоастрономических данных, обеспечивающий наблюдения в режиме одиночного радиотелескопа.

Результаты, выносимые на защиту:

1. Программно-аппаратный комплекс для проведения радиоастрономической юстировки радиотелескопа с асимметричным контррефлектором в полусфере и управления процессом наблюдений в составе РСДБ-сети и в режиме одиночного радиотелескопа.

2. Результаты радиоастрономической юстировки радиотелескопов комплекса «Квазар» в обсерваториях «Светлое» и «Зеленчукская» (модели поправок в четырех частотных диапазонах), обеспечивающие требуемую точность наведения и давшие возможность начать регулярные наблюдения в интерферометрическом и радиометрическом режимах работы радиотелескопов.

3. Методика и результаты измерения нелинейности датчиков положения антенн радиотелескопов комплекса «Квазар», позволившие осуществить программную компенсацию ошибок сопровождения, вызванных нелинейностью этих датчиков и, тем самым, улучшить точность наведения в 3 раза.

Апробация работы

Результаты, полученные в диссертации, представлялись на XXVI Радиоастрономической конференции (С.-Петербург, 18-22 сентября 1995 г.), XXVII Радиоастрономической конференции (С.-Петербург, 10-14 ноября 1997 г.), конференции «Астрометрия, геодинамика и небесная механика на пороге XXI века» (С.-Петербург, 19-23 июня 2000 г.), Международной конференция «Солнце в максимуме активности и солнечно-звездные аналогии» (С.-Петербург, 17-22 сентября 2000 г.), Всероссийской Астрономической конференции (С.-Петербург, 6-12 августа 2001 г.), Всероссийской конференции «Фундаментальное и прикладное координатно-временное обеспечение» (С.-Петербург, 11-15 апреля 2005 г.) и обсуждались на научных семинарах ИПАРАН.

Результаты проведенных автором исследований реализованы в ИПА РАН при вводе в действие радиотелескопов обсерваторий «Светлое» и «Зеленчук-ская» радиоинтерферометрического комплекса «Квазар».

Публикации и вклад автора

Основные результаты диссертации опубликованы в 27 работах [5-31] (10 статьях, 15 тезисах и 2 технических отчетах) общим объемом 355 страниц, 21 работа написана совместно с другими авторами.

В работах по устройствам радиометрической регистрации [9,19,21] автору принадлежит участие в формулировке требований к устройству, участие в испытаниях устройства, практическая реализация программ для внешнего управления.

В работах, посвященных наблюдательным программам в режиме одиночного телескопа [11,14,16,24,25,28], автору принадлежит реализация алгоритма наблюдений на центральном компьютере радиотелескопа, а в работах [24,25,28] — также непосредственное участие в проведении наблюдений и обработке результатов.

В работах [12,13] автору принадлежит описание разработанных им компонентов аппаратно-программного комплекса управления радиотелескопом.

В работе [5] автору принадлежит участие в формулировке требований к системе контроля и управления антенной, непосредственное участие в отладке и испытаниях системы.

В работах по СВЧ приемному комплексу [6-8,10,17,18,20,29-31] автору принадлежит непосредственное участие в разработке и исследованиях аппаратуры приемного комплекса.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Общий объем диссертации 170 страниц. Диссертация содержит 10 таблиц, 62 рисунка и список литературы из 60 наименований.

1. Основные требования к точности наведения радиотелескопов и способы обеспечения точности 1.

2. Радиотелескопы комплекса «Квазар» Радиотелескопы комплекса «Квазар» расположены в пос. Светлое Ленинградской области, в станице Зеленчукской Карачаево-Черкесской республики и в урочище Бадары, республика Бурятия (рис.3). Географические координаты мест расположения радиотелескопов приведены в таблице

3. Конструкции трех радиотелескопов практически одинаковы [4], за исключением размеров и расположения азимутальной кабины с аппаратурой на антенне в обсерватории «Светлое». Антенна радиотелескопа представляет собой полноповоротный параболоид с несимметричным вторичным зеркалом-контррефлектором (рис. 4). Основное назначение радиотелескопов проведение астрометрических геодинамических и геофизических РСДБ наблюдений в диапазонах длин 25