Система регистрации космического радиоизлучения в спектральных линиях на основе быстродействующего БПФ-спектрометра

Гренков, Сергей Александрович

Система регистрации космического радиоизлучения в спектральных линиях на основе быстродействующего БПФ-спектрометра тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

Гренков, Сергей Александрович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2009 ГОД ЗАЩИТЫ

01.03.02 КОД ВАК РФ

Диссертация по астрономии на тему «Система регистрации космического радиоизлучения в спектральных линиях на основе быстродействующего БПФ-спектрометра»

Автореферат диссертации на тему "Система регистрации космического радиоизлучения в спектральных линиях на основе быстродействующего БПФ-спектрометра"

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ АСТРОНОМИИ РАН

На правах рукописи

□03400194

ГРЕНКОВ Сергей Александрович

СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ В СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЯХ НА ОСНОВЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО БПФ-СПЕКТРОМЕТРА

Специальность 01.03.02 Астрофизика и радиоастрономия

2 2 ОПТ ?ппд

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2009

003480194

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте прикладной астрономии РАН.

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор

H. Е. Кольцов

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук, профессор Кандидат технических наук

А. П. Лавров С. В. Логвиненко

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии' наук Специальная астрофизическая обсерватория (CAO РАН)

Защита состоится «16» ноября 2009 года в 15:00 на заседании диссертационного совета Д 002.067.01 при Учреждении Российской академии наук Институте прикладной астрономии РАН по адресу: 191187, Санкт-Петербург, наб. Кутузова, д. 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПА РАН.

Автореферат разослан « /9 _» 12009 г.

Учёный секретарь Диссертационного совета, Доктор физ.-мат. наук

Ю. Д. Медведев

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Важными для астрофизики является распределение плотности потока радиоизлучения по лучевым скоростям относительно местного стандарта покоя 5(иМсп)- Основные характеристики наблюдаемых спектральных линий космического радиоизлучения (интенсивность, ширина и сложность профиля) весьма разнообразны. Поскольку большинство сигналов в спектральных линиях слабо (их шумовая температура Г, меньше температуры собственных шумов радиотелескопа Гс), то для выделения и регистрации их спектров приходится длительное время наблюдать источник. Проведение радиоастрономических наблюдений на радиотелескопе требует значительных затрат сил и средств. Поэтому большое значение имеет разработка таких систем регистрации, которые дают возможность минимизировать обработку в реальном времени данных, полученных при наблюдении источника излучения.

На радиотелескопах комплекса «Квазар-КВО», оснащенных высокочувствительными приемными устройствами для решения различных задач, часть времени отводится для астрофизических исследований, но аппаратура регистрации радиоизлучений в спектральных линиях отсутствовала. Поэтому актуальной задачей была разработка системы регистрации, обеспечивающей наблюдения в этом важном разделе астрофизики.

Для исследования радиоизлучения в спектральных линиях применяются практически все известные способы анализа спектров. Большой прогресс в исследованиях дали, например, системы корреляционного типа. Новые возможности регистрации радиосигналов открылись с появлением спектрометров на основе быстрого преобразования Фурье (БПФ) цифровых выборок сигнала. В 2005 году появились статьи о применении таких БПФ-спектрометров для исследования космического излучения. Антюфеев А. В. и Шульга В. М. при создании системы регистрации использовали БПФ-спектрометр на базе компьютера, а зарубежные авторы Stanko S., Benz А. О. разрабатывали специализированные высокоскоростные БПФ-спектрометры на микросхемах высокой степени интеграции. Систему с компьютерным спектрометром достаточно просто реализовать, но из-за ее недостаточного быстродействия теряется большая часть времени

наблюдения. Использование быстродействующего спектрометра дает возможность исключить потери времени наблюдения источника.

В публикациях о системах регистрации спектров приводятся только краткие описания БПФ-спектрометров и результаты проведенных наблюдений, но нет анализа чувствительности системы, оценки времени наблюдения источника, необходимого для выделения сигнала из шума и регистрации спектра с требуемым качеством. Без этого невозможно рационально планировать наблюдения, минимизируя затраты. Отсутствуют и практические рекомендации по выбору элементной базы, принципам конструирования и программному обеспечению специализированного БПФ-спектрометра, исключающего потери времени наблюдения. Эти вопросы являются предметом исследования в диссертации.

В существующих системах наблюдаемые спектры калибруются по амплитуде путем измерения суммарной мощности принимаемого сигнала излучения и собственных шумов приемной системы радиотелескопа и мощности только собственных шумов, а по разности измеренных мощностей определяют мощность сигнала. Для этого используются дополнительные радиометрические каналы с квадратичными детекторами. При регистрации наиболее слабых узкополосных сигналов на фоне более мощных шумов приемной системы точность такой калибровки снижается. Кроме того, могут быть дополнительные потери времени накопления сигнала, связанные с необходимостью измерения мощностей. В ИПА РАН в 2007 году был предложен способ амплитудной калибровки спектра для системы регистрации с БПФ-спектрометром, который не требует дополнительного канала с квадратичным детектором и исключает дополнительные потери времени на измерение мощности. Этот способ представляется перспективным с точки зрения разработки системы регистрации с БПФ-спектрометром, но его необходимо было реализовать и испытать на радиотелескопе в реальных условиях. Разработка аппаратных средств и специального программного обеспечения,, позволяющих создать систему регистрации с БПФ-спектрометром при этом способе калибровки, также проведена в диссертации.

Цели и задачи диссертационной работы:

Целью диссертации является разработка и исследование системы регистрации радиоизлучения в спектральных линиях с использованием цифрового БПФ-спектрометра для оснащения радиотелескопов комплекса «Квазар-КВО».

При реализации этой системы необходимо было решить следующие задачи:

— Определить основные расчетные соотношения и зависимости чувствительности системы регистрации и необходимого времени обработки данных, полученных при наблюдении источника, в режиме on-line от технических параметров системы (шумовая температура, быстродействие БПФ-спектрометра) и от энергетического уровня принимаемого сигнала;

— Оцепить минимальное время наблюдения источника при использовании системы регистрации с БПФ-спектрометром, необходимое для получения требуемого отношения сигнал/шум в зависимости от уровня принимаемого сигнала;

— Разработать принципы построения и программное обеспечение системы регистрации с БПФ-спектрометром, использующей способ калибровки без дополнительного радиометрического канала и исследовать характеристики быстродействия системы;

— Провести анализ и сопоставление возможности реализации специализированного БПФ-спектрометра с применением современной элементной базы: программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС), специализированных процессоров и заказных микросхем;

— Разработать быстродействующий специализированный БПФ-спектрометр и создать на его основе систему регистрации радиоизлучений в спектральных линиях, исключающую потери времени наблюдения источника;

— Ввести в действие разработанную систему регистрации излучений в спектральных линиях на радиотелескопе комплекса «Квазар-КВО» и провести измерения спектров космических источников;

— По результатам наблюдений оценить достоверность полученных в диссертации расчетных оценок чувствительности и времени наблюдения и провести сравнение с применявшимися ранее системами.

Научная новизна работы

Установлены количественные зависимости основных параметров системы регистрации спектров (чувствительности, динамического диапазона) от времени наблюдения источника излучения, от технических параметров системы (шумовая температура, быстродействие БПФ-спектрометра), заданных параметров наблюдений (полосы анализа, интервал частотного разрешения) и уровня исследуемого сигнала. Определены предельные возможности сокращения потерь времени на обработку данных наблюдения в режиме on-line и ограничения по времени эффективного накопления сигнала. Результаты теоретического анализа системы регистрации с БПФ-спектрометром позволяют планировать спектральные наблюдения, минимизируя время наблюдений и затраты.

Даны оценки быстродействия, чувствительности системы регистрации при использовании БПФ-спектрометров компьютерного типа и при использовании высокоскоростного специализированного БПФ-спектрометра ПЛИС. Показаны преимущества системы с БПФ-спектрометром на ПЛИС и возможности сокращения необходимого времени наблюдения источника до теоретического минимума.

Разработано программное обеспечение системы регистрации космического радиоизлучения в спектральных линиях на основе БПФ-спектрометра, которое позволяет автоматизировать наблюдения.

Новизна применяемых технических решений защищена патентом на полезную модель №64386 от 31.01.2007 г. «Система анализа спектров узкополосных космических радиоизлучений».

Практическая значимость работы

Создана и введена в эксплуатацию на радиотелескопе РТ-32 система регистрации спектров с высокоскоростным БПФ-спектрометром на ПЛИС, которая характеризуется отсутствием потерь времени наблюдения на обработку данных в режиме on-line и проводить измерения спектров одновременно в двух поляризациях.

Положения, выносимые на защиту

1. Система регистрации с двуканальным высокоскоростным БПФ-спектрометром на ПЛИС, позволяющая уменьшить до теоретического минимума время обработки наблюдения источника излучения в режиме on-line и одновременно регистрировать радиосигналы обеих поляризаций.

2. Основные соотношения для системы регистрации с БПФ-спектрометром, количественно определяющие зависимость чувствительности, выходного отношения сигнал/шум и необходимого (минимального) времени наблюдения источника излучения от энергетического уровня сигнала и от технических параметров приемно-регистрирующей аппаратуры.

3. Программное обеспечение системы регистрации с БПФ-спектрометром, работающей без дополнительных радиометрических каналов амплитудной калибровки и позволяющее автоматизировать процесс наблюдений.

4. Результаты проверки достоверности полученных теоретических соотношений и возможности исключения потерь времени наблюдения источника, полученные при наблюдениях источников радиоизлучения в спектральных линиях с помощью разработанной системы регистрации с БПФ-спектрометром.

Публикации по теме диссертации

По материалам диссертации опубликовано 8 статей [1-8], сделано 3 доклада на научно-технических конференциях и семинарах [9-11], получен патент на полезную модель [13] и написан раздел учебного пособия [12].

В работах [1-2, 8, 13], написанных в соавторстве, содержатся результаты выполненной лично автором разработки специализированного БПФ-спектрометра на ПЛИС и проведения экспериментов в составе системы регистрации.

В работе [6], написанной в соавторстве, лично автором диссертации разработаны алгоритм и специальное программное обеспечение спектрометра компьютерного типа, позволяющее адаптировать его к целям радиоастрономии, а также проведена серия экспериментов для определения его быстродействия.

В работе [7, 9] автору диссертации принадлежит разработка программного обеспечения системы регистрации узкополосного излучения и разработка узла сопряжения приемного устройства и спектрометра.

Апробации работы

Материалы по разделам диссертационной работы были апробированы на научном семинаре и Ученом совете ИПА РАН, Научном- совете по радиоастрономии РАН (28 ноября 2006 г., г. Москва. Секция № 11 «Радиотелескопы и методы»), а также на Всероссийских конференциях «РСДБ-2012 для астрометрии, геодинамики и астрофизики» (11-15 сентября, 2006 г., г. Санкт-Петербург), «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение (КВНО-2007)» (2-5 апреля 2007 г., г. Санкт-Петербург), и на радиоастрономической конференции «Повышение эффективности и модернизация радиотелескопов» (22-27 сентября 2008 г, Карачаево-Черкесия).

Связь диссертации с плановыми работами ИПА РАН

Диссертационная работа вошла составной частью в плановую HHP ИПА РАН по теме «Проведение наблюдательных программ на уникальной установке «Радиоинтерферометрический комплекс «КВАЗАР» (КВАЗАР) (per. №01-69) с целью высокоточного определения небесной и земной опорных систем координат» (Гос. контракт №02.518.11.7089). Эта разработка выполнена в рамках государственной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы».

Некоторые результаты диссертации были использованы в ОКР «Полюс» при создании цифровой системы преобразования сигналов Р1002.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Объем диссертации 146 страниц, из них 120 страниц текста, 47 рисунков, 20 таблиц и 1 страница приложения. Список цитированной литературы содержит 86 наименований.

Содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели работы, указаны научная новизна, практическая значимость результатов работы, перечислены положения, выносимые на защиту, даны сведения по публикациям и апробации работы, приведено краткое содержание диссертации.

В первой главе рассматриваются основные параметры и технические средства регистрации излучения в спектральных линиях, используемые в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн (ДМВ-СМВ). Корреляционные системы регистрации спектра, наиболее широко применяемые в диапазонах ДМВ-СМВ, начинают вытесняться более совершенными системами на базе цифровых БПФ-спектрометров. Система

регистрации с БПФ-спектрометром обеспечивает как высокую частотную разрешающую способность, так и высокие эксплуатационные характеристики (стабильность, надежность, удобство управления). Но необходимо выяснить зависимости чувствительности системы и качества измерений спектральных компонентов от времени наблюдения источника и оценить минимальное время, которое требуется для выделения сигнала из шума и измерения параметров спектра. Без решения этой задачи невозможно планировать наблюдения оптимальным образом.

Для наблюдения спектральных линий в диапазоне ДМВ-СМВ требуется спектрометр с полосой анализа Вт от 1 до 30 МГц и интервалом частотного разрешения Д/ от 0.1 - 0.5 кГц до 50 кГц. Поскольку излучение в спектральных линиях может быть поляризовано, радиотелескопы комплекса «Квазар-КВО» оснащены двухканальными приемными устройствами, работающими с сигналами разных поляризаций, то целесообразно, чтобы спектрометр имел два максимально идентичных канала для получения большей информации от исследуемой области пространства.

Необходимо провести анализ параметров быстродействия систем регистрации спектров с компьютерным БПФ-спектрометром и со специализированным быстродействующим БПФ-спектрометром, чтобы оценить возможный выигрыш по чувствительности и по сокращению времени наблюдений источников.

Особенность разработанной системы регистрации (рис. 1) состоит в том, что к принимаемому сигналу добавляются периодические шумовые импульсы небольшой известной заранее мощности, а в частотной полосе анализа выделяются участок без сигнала и полоса, в которой может быть сигнал. Реализации спектров, полученные при воздействии шумовых импульсов и в паузах между ними раздельно усредняются и затем вычисляются искомые спектральные компоненты Ти- принимаемого антенной сигнала, а также шумовая температура приемной системы радиотелескопа Тс и коэффициент усиления приемного канала К.

Рис. I. Система регистрации с БПФ-спектрометром: НО — направленный ответвитель;

РПУ — радиоастрономическое широкополосное приемное устройство;

ГШ — модулируемый генератор шума.

Во второй главе методами статистической радиотехники исследуется чувствительность системы регистрации с БПФ-спектрометром и ее связь с шумовой температурой сигнала в антенне Г,,, с основными параметрами системы регистрации спектров (интервалом частотного разрешения А/,

периодом цикла получения реализации спектра г„, шумовой температурой системы Тс) и временем наблюдения источника излучения Г„.

В системе регистрации с БПФ-спектрометром многоразрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) считывает выборки исследуемого сигнала с частотой /\.ч. Затем по каждой набранной последовательности выборок объемом 2УУ = Рсч/А/= /Г1ПИХ/Л/ (здесь ^,пах — максимальная частота сигнала на входе АЦП) методом БПФ циклически вычисляются реализации энергетического спектра, которые затем усредняются на интервале Пакет из выборок сигнала, необходимый для вычисления реализации спектра, считывается за время гсч=1/Д/. При этом полученный спектр представляется N - Вш/А/ компонентами на частотах / (здесь I- 1 ...Л/, разнесенных на А/. Измеренный спектр мощности шумового сигнала на выходе приемно-усилителыюго канала пересчитывается в спектр шумовых температур исследуемого сигнала в соответствии с методом, описанным в главе 1. При достаточно общих ограничениях получено среднеквадратическое отклонение (СКО) оценок шумовых температур г'-го спектрального канала:

Оы ~ Тс/4т = Тс рчпн ,

где т = 0.5г,- число реализаций спектра, накапливаемых за время наблюдения источника сигнала по каждому из полупериодов модуляции генератора калиброванного шума.

Относительная погрешность измерения спектральных компонентов

5га= ащ/Т„ = (Гс/7„) Т^А (О

пропорциональна корню квадратному из отношения времени наблюдения к периоду вычисления реализации спектра и обратно пропорциональна отношению сигнал/шум Г„- / Тс на входе системы.

Чувствительность рассматриваемой системы определяется шумовой температурой Г11ШП = Ьат„ где Ь - выходное отношение сигнал/шум, установленное для порога чувствительности (обычно Ь=\).

На основе формулы (1) при заданной допустимой относительной погрешности измерений 5Д0П определено минимальное необходимое время наблюдения сигнала от исследуемого источника:

'н шп1 = 2Тс21и/Т/дяш2 . (2)

Значение гнт|„ пропорционально периоду вычисления реализаций спектра и обратно пропорционально квадрату отношения сигнал/шум на входе системы.

В компьютерном БПФ-спектрометре период г» получения реализации спектра включает в себя время гсч считывания пакета из 2Ы цифровых выборок сигнала, необходимого для вычисления спектра, время г„ передачи этого пакета в память вычислительного устройства и время вычисления спектра гаыч. Значение гц для каждого конкретного типа спектрометра свое и

зависит как от быстродействия вычислительного устройства, так и от заданного интервала частотного разрешения А/.

Минимальное время наблюдения достигается при считывании сигнала без перерывов, когда за время считывания очередного пакета выборок сигнала вычислительное устройство успевает вычислить реализацию спектра по предыдущему пакету выборок, В этом случае = и за время г„ усредняется максимальное число реализаций спектра, и, соответственно, достигается более высокая чувствительность.

Формулы (1) и (2) справедливы до тех пор, пока погрешность ст7„- не уменьшится по мере накопления до значения, близкого к среднеквадратической погрешности вычислений спектра асп. При дальнейшем накоплении СКО с™ будет ограничиваться значением

VI 2 2

°ацп +°всс +°выч » где с;дцп - СКО шумов квантования сигнала;

0В1.С - СКО шумов квантования весовых коэффициентов БПФ; <твыч - СКО остаточных шумов, вносимых при вычислениях БПФ. Величина асп зависит от разрядности вычислений пвын, разрядности представления весовых коэффициентов БПФ «всс и разрядности АЦП «дцп- Если разрядность АЦП «ацп^ 8 и разрядность представления весовых коэффициентов БПФ лвсс> 16, то

где Двыч = (1/2"""') - шаг дискретного представления чисел, используемых при вычислениях. Таким образом, погрешность вычислений спектра прямо пропорциональна квадрату и логарифму числа дискретных частот в спектре, шумовой температуре системы и квадрату шага квантования при вычислении.

Чтобы выбрать разрядности вычислений, были исследованы следующие варианты формата чисел при вычислении БПФ: вычисления в целочисленном формате, в формате с плавающей точкой с одинарной точностью и в формате с плавающей точкой с двойной точностью. При разработке БПФ-спектрометров для системы регистрации в ДМВ-СМВ диапазонах целесообразно ориентироваться на вычисления при представлении чисел в формате с плавающей точкой с одинарной точностью. В этом случае при числе дискретных частот в спектре Ы< 2048 и Тс - 40 -н 100 К погрешность одп< 0.01 К, чего вполне достаточно при первичном накоплении спектра.

Для максимального времени эффективного накопления определяемого моментом, когда аЪ! достигнет значения оа„ получена формула

Л..М.КС = -Тс Гц/Осп 2 = 2ГС2 Гц/(ГСЧД/ Осп2). (3)

Если входное отношение сигнал/шум очень мало и вычисленное по формуле (2) значение *„„,„ превышает значение г„.макд, то общее время наблюдения следует разбить на интервалы и вторично усреднять полученные на этих интервалах спектры по ансамблю.

В третьей главе определялись параметры быстродействия системы регистрации (рис. 1) и разрабатывалось программное обеспечение.

При исследовании параметров быстродействия системы регистрации (рис. 1) в качестве АЦП использовалась плата PXI-5620, а в качестве вычислительного устройства - контроллер PXI-8186 на базе компьютерного процессора Pentium IV-M.

Длительность цикла получения реализаций спектра в компьютерном БПФ-спектрометре г„ = гсч+ tn+ гвыч, где tn - время заполнения буферной памяти платы считывания сигнала и передачи данных в память компьютера; rBbl4=a,2Mog2(2/V) - время вычисления спектра; а, - коэффициент с размерностью времени, определяемый производительностью компьютера. Период fu равен отношению времени накопления и числа усредненных за это время реализаций спектра. В БПФ-спектрометре на базе компьютера считывание сигнала происходит с перерывами, и для оценки потерь времени были определены значения гп и а,. Коэффициент а, и время /выч определялись из результатов измерения времени вычисления БПФ при различных заданных параметрах анализа. По полученным значениям tC4 и гвыч определялось время t„. Для одного из лучших компьютерных БПФ-спектрометров (N1-5620 на базе Pentium IV) получен коэффициент а,~ 3.64-10""8с при числе частотных каналов (дискретных частот в спектре) от 100 до 100000 и зависимость времени fn от объема пакета выборок (2N- 2BJ&.J) и частоты FC4.

При числе дискретных частот N больше 1000 и частоте Fm>2 МГц время Гвыч больше времени f„ и ta~ 2гвыч= 4a,Mog2(2A0. При N менее 1000 время вычисления спектра гвь1Ч меньше времени t„ и !ц ~ t„.

Период циклов измерения Гц реализаций спектра в компьютерном БПФ-спектрометре определяется не только быстродействием компьютерного процессора, но и потерями времени на передачу выборок сигнала АЦП в память компьютера. Время заполнения буферной памяти платы АЦП не сказывается при частотах считывания выше 2 МГц (зависимости ta от Bw/Af для Fm > 2 МГц сливаются в одну кривую). Для частот FC4 < 2 МГц, необходимых при работе в узкой полосе (например, при исследовании излучения в ДМВ диапазоне) время заполнения памяти становится большим и со снижением частоты считывания до 250 кГц превышает 0.1 с. На основе экспериментальных данных рассчитаны значения коэффициента быстродействия гсч/гц, характеризующие долю используемого для накопления сигнала от общего времени наблюдения источника излучения. Даже при использовании достаточно совершенного компьютерного БПФ-спектрометра (например, N1-5620) период вычисления реализации спектра для типовых условий наблюдений (Вш= 0.5-^32 МГц, Д/= 0.5-8 кГц) оказывается достаточно большим - от 1.7 мс до 700 мс, а использование времени наблюдения источника - непродуктивным: rC4/f„= 0.016-Л.44 в зависимости от заданных значений Вш и Д/. Поэтому приходится неоправданно увеличивать время наблюдения от 2.2 до 75 раз по сравнению с высокоскоростным спектрометром, у которого сигнал считывается и накапливается непрерывно (fC4/fu= 1).

Для управления системой регистрации с БПФ-спектрометром было разработано программное обеспечение, позволяющие проводить спектральные наблюдения в автоматизированном режиме при работе в одноканалыюм и двухканальном режимах. Разработанное программное обеспечение позволяет получить информацию о форме и параметрах энергетического спектра в единицах шумовой температуры Г,(/) или мощности Р,(/), а также в единицах спектральной плотности потока электромагнитной энергии 5(иМСп)-

Для проверки метода калибровки была проведена серия измерений, при которых па вход системы подавалась смесь шума приемной системы и получаемого от имитатора сигнала. В результате экспериментов получены зависимости измеренной шумовой температуры сигнала Т* от отношения сигнал/шум на входе, шумовой температуры системы и времени накопления. Зависимость измеренной величины от шумовой температуры входного сигнала линейна при достаточном накоплении (расхождение измеренной шумовой температуры сигнала от истинной при гн= 1800 с, А/= 1000 Гц и Тц= 2.5 Кдля Тс< 100 Кне превышает 11.6 %).

В главе 4 исследуются принципы разработки специализированного высокоскоростного БПФ-спектрометра и системы регистрации на его основе, позволяющей свести время наблюдения источника до теоретического минимума = 1/А/).

Проводилось исследование возможности построения высокоскоростного БПФ-спектрометра как на цифровых сигнальных процессорах (ЦСП), так и па программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС). Для этого сравнивались скорости вычисления БПФ для цифровых 8-разрядных выборок сигнала при N = 2048. Время вычисления спектра рассчитывалось на основе справочных данных о производительностях устройств в миллионах операций умножения с накоплением (ММАС).

Несмотря на то, что ЦСП способны работать с большей тактовой частотой по сравнению с ПЛИС, они уступают им в производительности. Главное преимущество ПЛИС - это возможность выполнять параллельные вычисления. В отличие от ЦСП, где за период тактовой частоты выполняется одна команда (или иногда несколько команд), в ПЛИС за один цикл может одновременно и независимо выполняться множество операций. При частоте считывания Рсч = 64 МГц и числе частотных каналов N — 2048 время считывания пакета выборок сигнала гсч= 62 мкс. За такое время вычислить реализацию спектра и обеспечить непрерывный режим считывания могут только ПЛИС.

В данной главе обоснованы принципы построения и проектирования высокоскоростного двухканального БПФ-спектрометра на ПЛИС для радиоастрономической системы регистрации в спектральных линиях и определены требования к его основным компонентам - АЦП и ПЛИС. Исходя из определенных в главе 1 требований к системе, показано, что для БПФ-спектрометра системы регистрации в ДМВ-СМВ диапазонах подходит двухканальный 10-разрядный АЦП ЬТС 2288 с рабочей тактовой частотой

64 МГц и ПЛИС ХС4УЬХ25 или ХС4У8Х35. Производительность первой ПЛИС примерно 4100 ММАС (при операциях над 32-разрядными числами), число умножителей - 48, объем встроенной памяти около 168 кбайт. Это дает возможность создать БПФ-спектрометр с N=2048. Вторая ПЛИС, имеющая 192 встроенных умножителя и объем памяти около 432 кбайт, позволяет создать БПФ-спектрометр с N = 16384.

Для управления системой регистрации с высокоскоростным спектрометром на ПЛИС используется разработанное в главе 3 специальное программное обеспечение.

Основные параметры системы регистрации с БПФ-спектрометром на ПЛИС: число каналов - 1 или 2; диапазон частот сигналов на входе СПС 100-1000 МГц; полоса анализа Вт-0.125-32 МГц; интервал частотного разрешения при использовании ПЛИС ХС4УЬХ25: Д/=Ва1/1024 в двухканалыюм режиме и Д/= Бан/2048 в одноканалыюм режиме, а при использовании ПЛИС ХС4УБХ35 Д/=Дщ/8192 в двухканалыюм режиме и Д/= Ди/16384 в одноканалыюм; время получения одной реализации спектра гсч= 1/Д/.

Лабораторные исследования системы регистрации со спектрометром на ПЛИС подтвердили ее возможность выделять слабый узкополосный сигнал из более сильных шумов приемной системы и измерять спектральные характеристики сигнала, а также сокращение времени наблюдения по сравнению с системой с компьютерным БПФ-спектрометром.

В главе 5 представлены результаты наблюдений источников космического радиоизлучения в спектральных линиях с помощью разработанной системы регистрации, которая была введена в действие на радиотелескопе РТ-32 (обсерватория «Светлое»), Система регистрации работала со штатным приемным устройством радиотелескопа в диапазоне волн 18-21 см.

Целями наблюдений и экспериментальных исследований системы были:

— Проверка работоспособности и эксплуатационных характеристик новой системы регистрации с БПФ-спектрометром, использующей способ амплитудной калибровки без радиометрического канала;

— Оценка точности измерений параметров спектра излучения в зависимости от времени наблюдения источника, лучевых скоростей, стабильности работы системы и повторяемости результатов измерений;

— Оценка достоверности результатов теоретического анализа системы регистрации, проведенного в главе 2, и точности полученных зависимостей чувствительности системы от ее параметров, уровня сигнала и времени наблюдения источника;

— Провести сравнительный анализ эффективности системы с компьютерным спектрометром, описанным в главе 3, и с разработанным высокоскоростным спектрометром на ПЛИС и подтверждение возможностей уменьшения времени наблюдения до теоретических пределов;

— Подтверждение возможности системы со спектрометром на ПЛИС регистрировать излучения в спектральных линиях одновременно в двух поляризациях.

Работоспособность системы регистрации с БПФ-спектрометром проверялась путем сравнения результатов наблюдения ряда источников (в частности, \УЗ(ОН), \У49) с опубликованными ранее данными, полученными с помощью систем другого типа. Хорошее совпадение полученного при наблюдениях профиля излучения стабильного источника \УЗ(ОН) с частотой излучения 1665.402 МГц в левой круговой поляризации и полученных ранее профилей (рис. 2(а)) подтверждает качество разработанной системы. На рис. 2(а) видно хорошее совпадение лучевой скорости и ширины основной линии (-46.5 км/с). Расхождение лучевых скоростей не превышает 0.2 %.

.ч. я и

Рис. 2. Профили излучения \УЗ(ОН) в левой поляризации, полученные в обсерватории «Светлое» и па других радиотелескопах (а). Профили излучения \УЗ(ОН) на частоте 1665.402 МГц в правой (ИСР) и левой (ЬСР) круговых поляризациях. Данные наблюдений в ЫКАО (1980 г.) (б). Результат измерений в обсерватории «Светлое» (2008 г.)(в).

Результаты одновременного наблюдения излучения в двух поляризациях также хорошо согласуются с данными исследований, приводимых в публикациях (рис. 2 (б-в)).

Сравнение выходного отношения сигнал/шум и, соответственно, точности оценок потока разработанной системы регистрации с БПФ-спектрометром на ПЛИС и в системах регистрации, применявшихся ранее, проводилось по стабильным деталям некоторых известных источников (табл. 1). Средний поток 5цср вычислялся путем усреднения доступных данных публикаций

(графиков и таблиц) по наблюдениям, проведенных в NRAO, Haystack, Onsalac 1965 по 1998 г.

При одинаковом времени накопления отношение сигнал/шум на выходе разработанной системы регистрации на 3-6 дБ больше, чем у прежних систем (в зависимости от интенсивности детали). В данной системе можно получить такое же, как и достигнутое в других системах, отношение сигнал/шум, но за меньшее время наблюдения. В зависимости от интенсивности пика излучения выигрыш по времени составляет для разработанной системы регистрации с БПФ-спектрометром на ПЛИС от 1.6 до 7.1 раз.

Таблица 1. Сравнение результатов измерений стабильных деталей при Д/"= 0.5 кГц

Источник к « 1К as о Значения из публикаций Измеренные значения в обе. «Светлое».

Номинальная луче скорость стабильн детали, км/с Время наблюдения, с ш X ° ш « 85 Ь? s Ч О) <L> & О. я U с Отношение сигнал/шум, дБ Средний поток в пике So, Ян Время Наблюдения, с Отношение сигнал/шум, дБ Выигрыш по времени наблюдения, раз

W3(OH) -46.5 600 157 20 195 600 24 -

1665.4 МГц - - - 85 20 7.1

W49 +19.0 600 102 19 92 600 23 -

1667.3 МГц - - - 195 19 3.1

W51 +60.3 900 32 14 25 900 18 _

1665.4 МГц - - - 200 14 1.6

W75N +2.7 900 26 13 21 900 17 -

1665.4 МГц - - - 290 13 3

NML Cyg +21 300 170 20 145 300 23 -

1612.2 МГц - - - 150 20 1.9

Для оценки достоверности результатов теоретического вычисления точности измерений от времени наблюдения сняты экспериментальные зависимости отношения сигнал/шум на выходе системы £/вых от времени наблюдения.

Измеренные значения с/вых хорошо (расхождение меньше 10 %) согласуются с теоретическими зависимостями при достаточно длительном накоплении сигнала. Поскольку при выводе формулы (1) был применен метод линеаризации случайных аргументов, то при недостаточном времени накопления, когда флюктуации параметров велики, измеренные значения расходятся с теоретическими более чем на 20 %. Метод линеаризации применим только в том случае, когда флюктуации параметров уменьшаются до приемлемой величины в результате усреднения. Минимальное время выхода на значения, близкие к теоретической зависимости, влияет уровень сигнала. Чем меньше уровень сигнала, тем большее время требуется для выхода на статистически значимую величину. При Д/= 488 Гц это время составляет величину порядка 800-900 с для 5 = 2.8 Ян и порядка 100 с для

5 = 28 Ян. При Д/= 976 Гц время установления режима - около 600 с для Я = 2.8 Ян и около 50 с для Я = 28 Ян. Расхождение теоретических и экспериментальных значений отношения сигнал/шум на выходе спектрометра при времени накопления больше 1000 с не превышает (3-10) %.

С целью сравнения быстродействия БПФ-спектрометров был проведен эксперимент, в котором источник \УЗ(ОН) наблюдался по очереди системой с компьютерным БПФ-спектрометром и той же системой со спектрометром на ПЛИС. Измерялось время достижения отношения сигнал/шум 20 дБ (относительная погрешность измерений уровня сигнала 1 %) для нескольких деталей спектра \УЗ(ОН). Время наблюдения в системе регистрации при использовании спектрометра на ПЛИС уменьшается в 4-5 раз по сравнению с компьютерным БПФ-спектрометром при интервале частотного разрешения 488 Гц. Расхождение теоретически рассчитанного и полученного экспериментально необходимого времени накопления составляет (2.6-8) % для системы на ПЛИС и (1-8.2) % для системы с компьютерным БПФ-спектрометром, что подтверждает достаточную точность теоретического анализа, проведенного в главе 2.

С целью исследования стабильности результатов была проведена серия повторяющихся измерений при наблюдении стабильных деталей источников \УЗ(ОН), \У49, \У51, У/75 N и ИМЬ Cyg. При 10 минутном накоплении сигнала с А/- 488 Гц разброс измеренных параметров за четверо суток не превышал 0.91 % для достаточно интенсивных деталей профиля (5 > 90 Ян). Для слабых деталей (5 < 30 Ян) разброс параметров увеличился до 2.7 %, что указывает на необходимость более длительного накопления при регистрации слабых сигналов. Повторяемость результатов можно считать хорошей.

Разработанный БПФ-спектрометр на ПЛИС показал себя не только как эффективный инструмент для регистрации излучения в спектральных линиях, но и как удобное средство для исследования радиопомех на радиотелескопе. С его помощью были проведены исследования помех на РТ-32 обсерватории «Светлое». Были выявлены скрытые под шумами приемЕюй системы радиотелескопа помехи в диапазоне волн 18 см, которые ранее не были обнаружены, хотя они вносили заметные погрешности при радиометрических измерениях.

В разделе «Заключение» сформулированы основные результаты диссертационной работы:

В результате проведенной работы установлена количественная зависимость чувствительности системы регистрации от уровня исследуемого сигнала, технических параметров системы и времени наблюдения источника. Определено минимальное время наблюдения источника, необходимое для регистрации спектра сигнала с требуемым отношением сигнал/шум.

Разработаны принципы построения и программное обеспечение для системы регистрации с БПФ-спектрометром, которая позволяет уменьшить время наблюдения источника излучения без ущерба для отношения

сигнал/шум на выходе, и не требует дополнительных радиометрических каналов для амплитудной калибровки спектра.

Разработана и введена в эксплуатацию на радиотелескопе комплекса «Квазар-КВО» система регистрации излучений в спектральных линиях с использованием быстродействующего двухканального БПФ-спектрометра на ПЛИС, позволяющего одновременно регистрировать радиосигналы обеих поляризаций. Система с БПФ-спектрометром на ПЛИС дает возможность уменьшить время наблюдения источника излучения до теоретического минимума, при котором сигнал накапливается непрерывно. Для системы регистрации с высокоскоростным БПФ-спектрометром на ПЛИС выигрыш по времени наблюдения (при одинаковом качестве регистрации) составляет 1.6-7.1 раз по сравнению с используемыми в настоящее время системами и с системой регистрации с БПФ-спектрометром компьютерного типа.

Результаты исследования экспериментальных образцов разработанной системы подтвердили ее эффективность при наблюдениях радиоизлучения в спектральных линиях и достаточно хорошую точность проведенного теоретического анализа системы.

В конце диссертации приведены список литературы, содержащий 109 наименований, среди которых 13 публикаций по теме диссертации (8 статей, 3 тезисов, одно учебное пособие и один патент).

Основные результаты диссертации опубликованы в статьях:

1. Гренков С. А., Ипатов А. В., Кольцов Н. Е. Способ регистрации космического радиоизлучения в спектральных линиях // Известия ВУЗ'ов. Радиофизика. Том LI, № 9. 2008. С. 777-788.

2. Гренков С. А., Кольцов Н. Е. Двухканальный спектрометр для регистрации узкополосного космического радиоизлучения // Приборы и техника эксперимента. № 3. М.: Наука, 2009. С. 160-161.

3. Гренков С. А. Программное обеспечение анализатора космических радиоизлучений в спектральных линиях // Труды ИПА РАН. Вып. 15. СПб.: Наука, 2006. С. 3-14.

4. Гренков С. А. Программное обеспечение для анализа радиоизлучения в спектральных линиях с помощью анализатора N1-5620 // Труды ИПА РАН. Вып. 16. СПб.: Наука, 2007. С. 199-205.

5. Гренков С. А. Спектрометр для регистрации узкополосного космического радиоизлучения на базе программируемых логических интегральных схем // Труды ИПА РАН. Вып. 17. СПб.: Наука, 2007. С. 229-235.

6. Гренков С. А., Кольцов Н. Е., Ильин Г. Н., Рахимов И. А., Федотов Л. В. Регистрация космических радиоизлучений в спектральных линиях с использованием цифрового анализатора спектра N1-5620 // Труды ИПА РАН. Вып. 14. СПб.: Наука, 2006. С. 43-59.

7. Гренков С. А., Кольцов Н. Е., Рахимов И. А. Спектрометр для анализа узкополосных излучений // Труды ИПА РАН. Вып. 16. СПб.: Наука 2007. С. 224-230.

8. Кольцов H. Е., Гренков С. А. Анализатор спектра для целей астрофизики // Труды ИПА РАН. Вып. 16. СПб.: Наука, 2007. С. 84-94.

Результаты работы отражены также в следующих тезисах конференций:

9. Гренков С. А., Кольцов H. Е., Рахимов И. А. Анализатор спектра узкополосных излучений // Всероссийская конференция «РСДБ-2012 для астрометрии, геодинамики и астрофизики» (РСДБ-2012). Тезисы докладов. СПб: ИПА РАН, 2006. С. 132-133.

10. Гренков С. А. Спектрометр на базе программируемых логических интегральных схем для регистрации узкополосного космического радиоизлучения // «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение (КВНО-2007)». Тезисы докладов. СПб.: ИПА РАН, 2007. С. 209-211.

11. Гренков С. А. Двухканальный БПФ-спектрометр для регистрации узкополосного космического радиоизлучения сантиметрового диапазона волн // «Повышение эффективности и модернизация радиотелескопов». Тезисы докладов. Карачаево-Черкесия, п. Нижний Архыз: CAO РАН, 2008. С. 37.

Часть результатов представлена в учебном пособии:

12. Ипатов А. В., Кольцов H. Е, Гренков С. А. Радиоастрономические БПФ-спектрометры. В кн. Ипатов А. В., Кольцов H. Е. «Радиометры» / Учебн. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2007. 92 с.

Новизна технического решения защищена патентом РФ на полезную модель:

13. Гренков С. А., Ипатов А. В., Кольцов H. Е. «Система анализа спектров узкополосных космических радиоизлучений». Патент РФ на полезную модель № 64386 от 31.01.2007. Бюллетень № 18.

Издание осуществлено с оригинал-макета,

подготовленного к печати в Институте прикладной астрономии РАН

Подписано к печати 8.10.2009. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 16.8. Тип. зак. №491 Тираж 120.

ЗАО «Полиграфическое предприятие» № 3 191104, Санкт-Петербург, Литейный пр., д. 55.

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

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Гренков, Сергей Александрович

Список принятых сокращений и обозначений.

Введение.

Глава 1. Анализ состояния работ по регистрации спектров космического радиоизлучения и постановка задач исследований.

1.1. Сравнительная оценка современных систем регистрации спектров.

1.2. Выводы и постановка задач исследований.

Глава 2. Исследование основных характеристик системы регистрации спектров с БПФ-спектрометром.

2.1. Чувствительность системы регистрации с БПФ-спектрометром и точность измерений.

2.2. Влияние параметров вычислительного устройства на время эффективного накопления.

2.3. Выводы.

Глава 3. Исследование и разработка системы регистрации с БПФ-спектрометром при бездетекторном методе калибровки.

3.1. Исследование быстродействия системы регистрации с БПФ-спектрометром.

3.2. Разработка программного обеспечения для системы регистрации с БПФ-спектрометром при бездетекторном способе калибровки.

3.3. Экспериментальное исследование системы регистрации с БПФ-спектрометром при бездетекторном способе калибровки.

3.4. Выводы.

Глава 4. Исследование и разработка быстродействующего специализированного БПФ-спектрометра на ПЛИС.

4.1. Выбор элементной базы и направления проектирования специализированного спектрометра системы регистрации излучений в спектральных линиях.

4.2. Принципы проектирования БПФ-спектрометра на ПЛИС.

4.3. Выбор АЦП для высокоскоростного БПФ-спектрометра на ПЛИС.

4.4. Выбор ПЛИС для высокоскоростного БПФ-спектрометра.

4.5. Разработка цифрового узла преобразования сигналов для БПФ-спектрометра на ПЛИС.

4.6. Разработка быстродействующей системы регистрации со спектрометром на ПЛИС.

4.7.Экспериментальное исследование спектрометра на ПЛИС.

4.8. Выводы.

Глава 5. Исследование системы регистрации излучения в спектральных линиях в обсерватории «Светлое».

5.1. Цели наблюдений и условия их проведения.

5.2. Проверка работоспособности системы регистрации и возможности одновременной регистрации спектра в двух поляризациях.

5.3. Экспериментальная оценка точности измерений параметров спектра.

5.4. Исследование быстродействия БПФ-спектрометра и оценка возможности сокращения времени наблюдения.

5.5. Исследование помех в обсерватории «Светлое» с помощью разработанной системы.

5.6. Выводы.

Введение диссертация по астрономии, на тему "Система регистрации космического радиоизлучения в спектральных линиях на основе быстродействующего БПФ-спектрометра"

Актуальность работы

Для астрофизики большое значение имеет исследование космического радиоизлучения в спектральных линиях, которое генерируется газовыми облаками на фиксированных частотах, определяемых составом газа. По частоте излучения, интенсивности спектральных линий энергетического спектра и по доплеровскому смещению частоты сигнала можно судить о химическом составе газового облака, а также о его пространственном положении, размерах, скорости перемещения, температуре и давлении [1]. Наблюдение радиоизлучений в спектральных линиях позволяет получить наиболее полную картину распределения межзвёздного газа, а также о процессах, происходящих в нашей и других галактиках. На радиотелескопах комплекса «Квазар-КВО», оснащенных высокочувствительными приемными устройствами [2, 3], часть времени отводится для астрофизических исследований, но аппаратура регистрации радиоизлучений в спектральных линиях отсутствовала. Поэтому наблюдения по одному из важных направлений астрофизики на этих радиотелескопах не могли проводиться.

Большинство обнаруженных к настоящему времени линий приходится на миллиметровый диапазон длин волн [4-6], но большое значение имеют исследования спектральных линий в дециметровом (ДМВ) и сантиметровом (СМВ) диапазонах волн, в которых работают радиотелескопы комплекса «Квазар-КВО». Например, распределение широко распространенного во вселенной водорода изучают на основе анализа его спектральной линии излучения на волне 21 см [7]. Среди молекул, излучающих в СМВ и ДМВ диапазонах волн, помимо неорганических молекул также встречаются органические. В диапазоне ДМВ-СМВ помимо излучения атомарного водорода Н (волна 21 см) и гидроксила ОН (18 см) наблюдаются таюке и линии акрилонитрила CH2CHCN (22 см), гексатринила С6Н (22 см), муравьиной кислоты (18 см), формамида (6,5 см), водяного пара НгО (1,4 см) и другие [8].

Ширина спектральной линии излучаемого радиосигнала очень мала, но наблюдаемый спектр принятого радиотелескопом сигнала оказывается довольно широким из-за воздействия различных физических факторов на излучение при его прохождении через космическую среду [9]. Основной причиной смещения по частоте и расширения спектральных линий являются доплеровские эффекты, обусловленные тепловым движением атомов (молекул), крупномасштабным движением облаков и движением наблюдателя на поверхности Земли относительно источника излучения. Физические условия, в которых возникают излучения большинства космических объектов, остаются неизменными в течение весьма длительного времени, что дает основание при регистрации излучения таких источников считать его стационарным. Важными для астрофизики являются частотные спектры мощности или шумовой температуры принятого сигнала, которые обычно пересчитываются в распределения шумовых температур (или мощностей) по лучевым скоростям относительно местного стандарта покоя (МСП) [4]. В источнике может присутствовать несколько компонентов, движущихся с различными скоростями [10]. В этом случае наблюдается не одиночная линия, а смесь профилей этих компонентов. Основные характеристики наблюдаемых спектральных линий космического радиоизлучения, такие как интенсивность, ширина и сложность профиля, весьма разнообразны. В [11] показано, что для наблюдения спектральных линий в диапазоне ДМВ-СМВ требуется спектрометр с полосой анализа от 1 до 30 МГц и разрешающей способностью от 0,1-0,5 кГц до 50 кГц в зависимости от полосы анализа.

Сложность регистрации узкополосных сигналов космического излучения состоит в том, что эти сигналы весьма слабые: их шумовая температура Ts значительно меньше температуры собственных шумов радиотелескопа. Поэтому для выделения сигнала из шума и регистрации его спектра приходится длительное время наблюдать источник, многократно измеряя и затем усредняя спектр. Поскольку проведение радиоастрономических наблюдений на радиотелескопе требует значительных затрат сил и средств, большое значение имеет разработка таких систем регистрации, которые дают возможность существенного уменьшения времени наблюдения источника излучения, которое необходимо для накопления сигнала и получения требуемого отношения сигнал/шум.

В радиоастрономических обсерваториях в настоящее время используется разнообразная аппаратура, собранная из измерительных приборов или специальных систем, изготовленных в единственном экземпляре собственными силами научных подразделений. Таким образом, создание специализированных систем регистрации радиоизлучений в спектральных линиях, построенных на современной технологической базе с использованием новых принципов построения, позволяющих повысить основные параметры и оперативность, является весьма актуальной и важной задачей.

Цели и задачи диссертационной работы

При реализации этой системы необходимо было решить следующие задачи: Определить основные расчётные соотношения и зависимости чувствительности системы регистрации и необходимого времени обработки данных, полученных при наблюдении источника, в режиме on-line от технических параметров системы (шумовая температура, быстродействие БПФ-спектрометра) и от энергетического уровня принимаемого сигнала;

Оценить минимальное время наблюдения источника при использовании системы регистрации с БПФ-спектрометром, необходимое для получения требуемого отношения сигнал/шум в зависимости от уровня принимаемого сигнала;

Разработать принципы построения и программное обеспечение системы регистрации с БПФ-спектрометром, использующей способ калибровки без дополнительного радиометрического канала и исследовать характеристики быстродействия системы;

Провести анализ и сопоставление возможности реализации специализированного БПФ-спектрометра с применением современной элементной базы: программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС), специализированных процессоров и заказных микросхем;

Разработать быстродействующий специализированный БПФ-спектрометр и создать на его основе систему регистрации радиоизлучений в спектральных линиях, исключающую потери времени наблюдения источника;

Ввести в действие разработанную систему регистрации излучений в спектральных линиях на радиотелескопе комплекса «Квазар-КВО» и провести измерения спектров космических источников;

По результатам наблюдений оценить достоверность полученных в диссертации расчётных оценок чувствительности и времени наблюдения и провести сравнение с применявшимися ранее системами.

Целью диссертации является разработка системы регистрации радиоизлучения в спектральных линиях с использованием цифрового спектрометра на основе быстрого преобразования Фурье (БПФ) цифровых выборок сигнала для оснащения радиотелескопов комплекса «Квазар-КВО».

Решение этих задач включает в себя вопросы выбора и обоснования методов амплитудной калибровки измеряемого спектра, разработку алгоритмов работы системы, исследование технических ограничений, связанных с выбором новой элементной базы, разработку методик тестирования БПФ-спектрометра и системы регистрации в целом и другие технические вопросы.

Краткое содержание последующих разделов диссертации В первой главе рассматриваются основные параметры систем регистрации спектра и проводится сравнение основных характеристик спектрометров, используемых в системах регистрации для ДМВ и СМВ диапазонов. Показана целесообразность разработки системы регистрации космического излучения в спектральных линиях на основе БПФ выборок шумового сигнала на выходе приемной системы радиотелескопа и использования нового способа амплитудной калибровки спектра, не требующего применения дополнительных радиометрических каналов с квадратичными детекторами. По результатам анализа современного состояния работ сформулированы задачи исследований.

Во второй главе исследуется чувствительность системы регистрации с БПФ-спектрометром и её связь с основными параметрами системы регистрации спектров, энергетическим уровнем сигналов и временем наблюдения, необходимым для выделения сигнала из шума и его регистрации. Проведено исследование погрешностей, ограничивающих время накопления в цифровой системе и выработаны требования к разрядности вычислений. Получены зависимости времени накопления сигнала от допустимой погрешности измерений и входного отношения сигнал/шум, что позволяет планировать наблюдательную программу.

Третья глава посвящена исследованию и разработке системы регистрации с БПФ-спектрометром с применением нового принципа амплитудной калибровки приемно-усилительного канала до входа спектрометра. Разработано программное и аппаратное обеспечение, позволяющее создать систему регистрации космического радиоизлучения в спектральных линиях и проводить спектральные наблюдения. Исследовано и оценено быстродействие системы регистрации с компьютерным БПФ-спектрометром, что позволяет планировать наблюдения с его использованием. Обосновывается необходимость разработки специализированного быстродействующего БПФ-спектрометра. Приводятся результаты лабораторных испытаний системы регистрации с компьютерным БПФ-спектрометром при бездетекторном способе амплитудной калибровки спектров.

В четвертой главе с учетом основных требований к системе регистрации проведен анализ современной цифровой элементно-узловой базы и выбрано направление, на основе которого будет проектироваться спектрометр. Обоснованы принципы построения, результаты разработки и проектирования автором специализированного двухканального

БПФ-спектрометра на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС). Приводятся достигнутые параметры и результаты разработки программного обеспечения, позволяющего автоматизировать процессы спектральных наблюдений.

Пятая глава содержит результаты наблюдений источников космического радиоизлучения в спектральных линиях, полученные с помощью разработанной системы регистрации с БПФ-спектрометром на ПЛИС. Проведенные наблюдения и экспериментальные исследования на радиотелескопе РТ-32 подтвердили работоспособность системы регистрации и хорошее совпадение полученных результатов с данными публикаций, полученных ранее с помощью систем другого типа. Показано различие систем с разными БПФ-спектрометрами по быстродействию. Проведенное сравнение теоретического минимального времени накопления с экспериментальными результатами, полученными при использовании БПФ-спектрометра на ПЛИС, показало их хорошее согласование. Стабильность получаемых результатов измерений стабильных деталей спектрального профиля излучения в серии повторяющихся измерений на протяжении нескольких суток подтверждает качество системы регистрации спектров.

Система регистрации со спектрометром на ПЛИС вошла в состав штатного оборудования радиотелескопа РТ-32 обсерватории «Светлое».

Заключение содержит сжатую формулировку основных результатов диссертационной работы.

Положения, выносимые на защиту

Научная новизна работы

Практическая значимость работы

Публикации по теме диссертации

По материалам диссертации опубликовано 8 статей [12-19], сделано 3 доклада на научно-технических конференциях и семинарах [20-22], получен патент на полезную модель [23] и написан раздел учебного пособия [24].

В работах [12-13, 19, 23-24], написанных в соавторстве, содержатся результаты выполненной лично автором разработки специализированного БПФ-спектрометра на ПЛИС и проведения экспериментов в составе системы регистрации.

В работе [17], написанной в соавторстве, лично автором диссертации разработаны алгоритм и специальное программное обеспечение спектрометра общетехнического назначения, позволяющее адаптировать его к целям радиоастрономии, а также проведена серия экспериментов для определения его технических характеристик, которые необходимы для рационального планирования наблюдений.

В работе [18, 20] автору диссертации принадлежит разработка программного обеспечения системы регистрации узкополосного излучения с компьютерным БПФ-спектрометром и схемотехнические решения по узлам сопряжения приемного устройства и спектрометра.

Апробации работы

Материалы по разделам диссертационной работы были апробированы на научном семинаре и Ученом совете ИПА РАН, Научном совете по радиоастрономии РАН (28 ноября 2006 г., г. Москва. Секция № 11 «Радиотелескопы и методы»), а таюке на Всероссийских конференциях «РСДБ-2012 для астрометрии, геодинамики и астрофизики» (11—15 сентября, 2006 г., г. Санкт-Петербург), «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение (КВН02007)» (2-5 апреля 2007 г., г. Санкт-Петербург), и на радиоастрономической конференции «Повышение эффективности и модернизация радиотелескопов» (22—27 сентября 2008 г, Карачаево-Черкесия).

Связь диссертации с плановыми работами ИПА РАН

Диссертационная работа вошла составной частью в плановую НИР ИПА РАН по теме «Проведение наблюдательных программ на уникальной установке «Радиоинтерферометрический комплекс «КВАЗАР» (КВАЗАР) (per. № 01-69) с целью высокоточного определения небесной и земной опорных систем координат» (Гос. контракт № 02.518.11.7089). Эта разработка выполнена в рамках государственной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы».

Заключение диссертации по теме "Астрофизика, радиоастрономия"

4). Результаты исследования экспериментальных образцов разработанной системы подтвердили её эффективность при наблюдениях радиоизлучения в спектральных линиях и достаточно хорошую точность проведенного теоретического анализа системы.

Заключение

Список источников диссертации и автореферата по астрономии, кандидата технических наук, Гренков, Сергей Александрович, Санкт-Петербург

1. Таунс Ч., Шавлов А., Радиоспектроскопия, пер. с англ., М.: Изд-во иностранная литература, 1959, 758 с.

2. Иванов Д.В., Ипатов А.В., Ипатова И.А., Мардышкин В.В., Михайлов А.Г. Приемники радиоинтерферометрической сети КВАЗАР // Труды ИПА РАН. Вып. 2. СПб.: Наука, 1997, С. 242-256

3. Ипатов А.В., Кольцов Н.Е., Крохалев А.В. Радиометрическая система радиотелескопа РТФ-32 // Приборы и техника эксперимента, №4, М.: Наука, 2005, с.66-75.

4. Томпсон А. Р., Моран Д.М., Свенсон Д.У. Интерферометрия и синтез в радиоастрономии. Пер. с англ. под ред. Л.И. Матвеенко. 2-е изд. М.: Физматлит, 2003, 624 с.

5. Кисляков А.Г., Разин В. А., Цейтлин Н.М. Введение в радиоастрономию. Н.Новгород, Нижегородский университет; М., Физматлит, ч.1, 1995, 212 с.

6. Шкловский И. С. Звезды: их рождение, жизнь и смерть. 3-е изд., перераб. М.:Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1984, 384 с.

7. Сурдин В.Г. Рождение звезд. Изд. 2-е, доп. М: Эдиториал УРСС, 1999, 232 с.

8. Сурдин В.Г., Ламзин С.А. Протозвёзды: Где, как и из чего формируются звёзды. М.: Наука, 1992, 192 с.

9. Мартынов Д.Я. Курс общей астрофизики. 3 изд., М.:Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979, 640 с.

10. Зинченко И.И., Наблюдательные характеристики областей образования массивных звезд // Труды XXX междунар. студ. науч. конф., Екатеринбург, 29 янв.-2 февр. 2001 г., С. 63-73.

11. Гренков С.А., Ипатов А.В., Кольцов Н.Е. Способ регистрации космического радиоизлучения в спектральных линиях // Известия ВУЗ'ов. Радиофизика, Том LI, № 9, 2008, С.777-788.

12. Гренков С.А., Кольцов Н.Е. Двухканальный спектрометр для регистрации узкополосного космического радиоизлучения // Приборы и техника эксперимента, № 3, М.: Наука, 2009, С. 160-161.

13. Гренков С.А. Программное обеспечение анализатора космических радиоизлучений в спектральных линиях // Труды ИПА РАН. Вып. 15. СПб.: Наука, 2006, С. 3-14.

14. Гренков С. А. Программное обеспечение для анализа радиоизлучения в спектральных линиях с помощью анализатора N1-5620// Труды ИПА РАН. Вып. 16. СПб.: Наука, 2007, С. 199-205.

15. Гренков С. А. Спектрометр для регистрации узкополосного космического радиоизлучения на базе программируемых логических интегральных схем// Труды ИПА РАН. Вып. 17. СПб.: Наука, 2007, С.229-235

16. Гренков С.А., Кольцов Н.Е., Ильин Г.Н., Рахимов И.А., Федотов Л.В. Регистрация космических радиоизлучений в спектральных линиях с использованием цифрового анализатора спектра N1-5620 // Труды ИПА РАН. Вып. 14. СПб.: Наука, 2006, С.43-59.

17. Гренков С.А., Кольцов Н.Е., Рахимов И.А. Спектрометр для анализа узкополосных излучений // Труды ИПА РАН. Вып. 16. СПб.: Наука 2007, С.224-230.

18. Кольцов Н.Е., Гренков С.А. Анализатор спектра для целей астрофизики // Труды ИПА РАН. Вып. 16. СПб.: Наука, 2007, С. 84-94.

19. Гренков С.А., Кольцов Н.Е., Рахимов И.А. Анализатор спектра узкополосных излучений. // Всероссийская конференция «РСДБ-2012 дляастрометрии, геодинамики и астрофизики» (РСДБ-2012). Тезисы докладов. СПб: ИПА РАН, 2006, С.132-133.

20. Гренков С.А., Ипатов А. В., Кольцов Н.Е., «Система анализа спектров узкополосных космических радиоизлучений». Патент РФ на полезную модель № 64386 от 31.01.2007. Бюллетень № 18.

21. Ипатов А.В., Кольцов Н.Е, Гренков С.А. Радиоастрономические БПФ-спектрометры. В кн. Ипатов А.В., Кольцов Н.Е. «Радиометры»/ Учебн.пособие. СПб. Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2007, 92 с.

22. Рыжков Н.Ф. Аппаратурные методы радиоспектроскопии межзвездной среды. Астрофизические исследования // Известия САО АН СССР, т. 6., Л.: Наука, 1974, С. 96-143.

23. Дравских А.Ф., Смоленцев С.Г. Об одном способе спектрального анализа в радиоастрономии // Астрофизические исследования. Известия САО АН СССР, т. 3., Л.: Наука, 1971, С. 142-153.

24. Зинченко И.И. «Техника миллиметровой и субмиллиметровой астрономии», http://www.astronet.ni/db/msg/l 190067/index.html

25. Gosachinskij I. V. and Lozinskaya Т. A., Neutral Hydrogen around the Oxygen-Sequence Wolf—Rayet Star WR 102 and the Nebula G2.4+1.4 // Astronomy Letters, Vol. 28, No. 10, 2002, pp.775-787.

26. Есепкина Н. А., Зинченко И.И., Саенко И.И. Спектральные наблюдения в 3 мм диапазоне длин волн на РТ-22 КрАО с использованием акустооптического анализатора спектра // Известия ВУЗов. Радиофизика. Т. 43, № 11, 2000, С. 935-941.

27. Н.А.Есепкина, С.И.Иванов, А.С.Морозов и др. Характеристики акустооптических спектрометров для радиоастрономических исследований // Тезисы докладов в сборнике "XXV Радиоастрономическая конференция 20-24 сентября 1993 г.", Пущино, С. 259.

28. С.Р.Желенков, Н.П.Комар, Н.Ф.Рыжков. 128-канальный цифровой знаковый корреляционный анализатор спектра // Тезисы докладов всборнике «17 Всесоюзная радиоастрономическая конференция по аппаратуре и методам», Ереван , 1985, С.85

29. Госачинский И.В., Желенков С.Р. Цифровой автокорреляционный анализатор спектра. Препринт САО РАН № 96. СПб. САО, 1993, 21 с.

30. Benz А. О., Grigis Р.С., Hungerbuhler V., Meyer Н., Monstein С., Stuber В., Zardet D. A broadband FFT spectrometer for radio and millimeter astronomy. http://www.astro.phys.ethz.ch/papers/meyerh/FFTspectrometer.pdf, 2005.

31. Klein В., Kramer I., and Wielebinski R. A new generation of spectrometers for radio astronomy. http://www.mpifr-bonn.rnpg.de/stafimDklein/FFTS/URSI-FFTS.pdf, 2006.

32. Ипатов A.B., Кольцов Н.Е. Радиоастрономические БПФ-спектрометры. В кн. Ипатов А.В., Кольцов Н.Е. «Радиометры». Учебн.пособие. СПб. Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2007, 92 с.

33. Есепкина Н.А., Корольков Д.В., Парийский Ю.Н. Радиотелескопы и радиометры. М.: Наука, 1973, 416 с.

34. Кольцов Н.Е. Метод амплитудной калибровки энергетических спектров узкополосных космических радиоизлучений // Труды ИПА РАН, Вып. 15. СПб.: Наука, 2005, С.98-109.

35. PXI Product guide. Проспект фирмы «National Instruments», 2004,320 p.

36. Антюфеев А.В., Шульга В.М. Спектроанализатор на базе персонального компьютера // Радиотехника № 10, Москва, Изд-во «Радиотехника», 2005, С. 145-148

37. Blahut R.E. Fast algoritms for digital signal processing. Addison-Wesley Publishing Company, Inc, 1985, 455 pp.

38. Информация сайта National Radio Astronomy Observatory. http://www.nrao.edu

39. Информация сайта Onsala Space Observatory. http://www.oso.chalmers.se/

40. Информация сайта Joint Astronomy Centre. http://www.jach.hawaii.edu/

41. Информация сайта Swedish-ESO Submillimetre Telescope. http://www.ls.eso.org/lasilla/Telescopes/SEST/

42. Информация сайта Institut de Radio Astronomie Millimetrique. http://www.iram.fr/

43. Информация с сайта по радиотелескопу KOSMA. http://www.phl .uni-koeln.de/kosma

44. Belgacem М., Ravera L., Caux Е.,. CaTs Р, and Cros A. The high resolution versatile digital spectrometer of HIFI-HSO // New Astronomy, Volume 9, Issue 1, January 2004, pp. 43-50

45. S. Stanko, B. Klein and J. Kerp, A field programmable gate array spectrometer for radio astronomy // Astronomy&Astrophysics , 2005, pp. 391-395.

46. Lecacheux A, Rosolen C., Clerk V. et al., Digital Techniques for Ground Based, Low Frequency Radio Astronomy // Meadon Cedex, France, 1998, pp. 533-542.

47. Кольцов Н.Е. Чувствительность и точность цифровых радиометров // Труды ИПА РАН, Вып.2, СПб.: Наука, 1997, С.95-110.

48. Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов. Справочник. М.: Радио и связь, 1985, 312 с.

49. Медведев С.Ю., Перов М.Ю., Якимов А.В. Точность цифровой оценки спектра сигнала // Труды 1-го совещания по проекту НАТО SfP-973799 Semiconductors. Нижний Новгород, 2001, С.99-108.

50. Марпл С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. М.:Мир, 1990, 584 с.

51. Brigham Е.О. The Fast Fourier Transform, Prentice-Hall, Inc. Englewood Cliffs, N.J., 1988, 448 p.

52. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники, кн.1. М.: Советское радио, 1969, 752 с.

53. Деммель Д. Вычислительная линейная алгебра. Теория и приложения. М.: Мир, 2001,430 с.

54. Самарский А. А., Гулин Ф. В. Численные методы. М.: Наука, 1988.432 с.*

55. Желнов Ю.А. Точностные характеристики управляющих вычислительных машин. М.: Энергоатомизтат, 1983. 136с.

56. Methods of Experimental Physics. Vol.12 part С Astrophisics, Radio Observation. Ed. M.L.Meeks, Academic Press NY,SF,L, 1976, 367 p.

57. Allan D.W. Statistics of atomic energy standard // Proc. IEEE,v.54, No2, 1966, pp.221-231.

58. Бендат Д., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. Пер. с англ. М. Мир, 1974.

59. Мистюков В. Г., Володин П. В., Капитанов В. Д Однокристальная реализация алгоритма БПФ на ПЛИС фирмы Xilinx. // Компоненты и технологии, http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/0004/stat52.htm,2000

60. TMS320C6701. Floating-Point Digital Signal Processor (Обзорная информация по TMS320C6701). http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/ tms320c6701.html

61. TMS320C6421. Fixed-Point Digital Signal Processor (Обзорнаяiинформация no TMS320C6421).http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/ tms320c6421.html

62. TMS320DM6446.DaVinci Digital Media System-on-Chip (Обзорная информация no TMS320DM6446). http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/ tms320dm6446.html

63. ADSP-BF533: High Performance General Purpose Blackfin Processor (Обзорная информация no ADSP-BF533) http://www.analog.com/en/embedded-processing-dsp/blackfin/adsp-bf533/processors/product.html

64. ADSP-TS201S: 500/600 MHz TigerSHARC Processor with 24 Mbit on-chip embedded DRAM (Обзорная информация no ADSP-TS201S). http://www.analog.com/en/embedded-processing-dsp/tigersharc/adspts201 s/processors/product.html

65. XtremeDSP ™ Product Selection Guide (Руководство по выбору ПЛИС для цифровой обработке сигналов). http://www.xilinx.com/publications/matrix/DSPselectionguide 1 .pdf

66. Хьюлсман М., Он Ф., Каких показателей мы можем добиться при использовании RS-485 // «Компоненты и технологии», № 10, 2006, http://www.kit-e.ru/articles/device/2006l 0154.php

67. Ипатов А.В., Кольцов Н.Е., Федотов JI.B. Модуль видеоконверторов радиоинтерферометрического терминала // Приборы и техника эксперимента №6, 2006, С. 140-141.

68. Дорофеев П., Руднев П. Современные быстродействующие АЦП с большим динамическим диапазоном // Электроника: наука, технология, бизнес №4, М.: Техносфера, 2006, С. 23-25.

69. Кестер У. Как выбрать тип АЦП // Электроника: наука, технология, бизнес, №4, М.: Техносфера, 2006, С. 12-17.

70. Браннон Б., Барлоу А. Апертурная неопределенность и рабочие характеристики АЦП // Электроника: наука, технология, бизнес, №4, М.: Техносфера, 2006, С. 26-29.

71. Walt Kester Analog-digital conversion. ADI Central Application Department, 2004.

72. AD9214: 10-Bit, 65/80/105 MSPS, +3.3V A/D Converter (Техническое описание AD9214). http://www.analog.com/static/imported-files/datasheets/AD9214.pdf

73. AD9216: 10-Bit, 65/80/105 MSPS Dual A/D Converter (Техническое описание AD9216). http://www.analog.com/static/imported-files/datasheets/ AD9216.pdf

74. AD9218: 7 10-Bit, 40/65/80/105 MSPS 3 V Dual A/D Converter (Техническое описание AD9218) http://www.analog.com/static/imported-files/datasheets/AD9218 .pdf

75. LTC2288 Dual 10-Bit, 65Msps Low Noise 3V ADCs (Техническое описание LTC2288) http://cds.linear.com/docs/Datasheet/228876fa.pdf

76. MAX1182 Dual 10-Bit, 65Msps, +3V, Low-Power ADC with Internal Reference and Parallel Outputs (Техническое описание MAX 1182). http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAXl 182.pdf

77. ADC 10065 10-Bit 65 MSPS 3V A/D Converter from the PowerWise Family (Техническое описание ADC 10065). http://www.national.com/ds/DC/ ADC10065.pdf

78. ADS5102: 10 Bit, 65MSPS ADC, 1.8V (Техническое описание ADS5102) http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ads5102.pdf

79. Стешенко В. Школа разработки аппаратуры цифровой обработки сигналов на ПЛИС. Обзор элементной базы // Chip News, №8, М.: НПК "ТИМ", 1999, С. 2-6.

80. Altera Product Catalog (Каталог продукции фирмы Altera). http://www.altera.com/literature/sg/product-catalog.pdf

81. Complete Product Selection Guide (Руководство по выбору продукции фирмы Xilinx). http://www.xilinx.com/publications/matrix/ ProductSelectionGuide.pdf

82. Мистюков В. Г., Капитанов В. Д. Макромодули быстродействующих умножителей на ПЛИС Xilinx // Электроника и компоненты № 3, СПб: Электроника и компоненты, 1998, С. 3-8

83. Мистюков В. Г., Капитанов В. Д. Реализация высокопроизводительных сверхкомпактных КИХ-фильтров на ПЛИС Xilinx// Электроника и компоненты, № 4, СПб.: Электроника и компоненты, 1998, С. 15-22

84. Стешенко В. Школа разработки аппаратуры цифровой обработки сигналов на ПЛИС. Программное обеспечение проектирования на ПЛИС фирмы Xilinx // Chip News, №10, М.: НПК "ТИМ",1999, С. 10 15.

85. Fast Fourier Transform IP Core (Спецификация логического ядра БПФ для ПЛИС)http://www.xiHnx.com/support/documentation/ipdocumentation/xfftds260.pdf

86. Руководство пользователя для отладочной платформы на базе Virtex-4 ML40x http://www.plis.ru/pic/pict/File/ml40x.pdf

87. Официальный сайт ИПА РАН. СВЧ приемный комплекс. http://ww.ipa.nw.ru/PAGE/DEPRADIO/LRPU/svchk.html

88. Woodruff T.Sullivan, III and John H.Kerstholt. Time Variations in 18-cm OH Emission Profiles over the Period 1965-1972 // Astron.&Astrophys, vol.51, 1976, pp. 427-450.

89. Raimond. E, Eliasson. B. Positions and Stokes Parameters of Seven Oh-Emission Sources //Astrophys. J., vol.155, 1969, pp. 817-830

90. Mader G.L, and K.J. Johnston. The Spatial Distribution of the OH and H20 Masers Associated with W3(OH), W49N, and W51 // Astrophys. J., vol.224, 1978, pp. 115-124

91. Reid M.J., Moran J.M., Johnston K.J., Swenson G.W., Jr. The Structure of interstellar Hydroxyl Masers: VLBI Synthesis observation of W3(OH) // Astrophys. J. vol. 239, 1980, pp. 89-111.

92. Reid M. J., Moran J. M. Masers //Annual review of astronomy and astrophysics Vol. 19. Palo Alto, CA, Annual Reviews, Inc., 1981, pp. 231-276.

93. Garcia-Barreto J.A., B.F. Burke, M.J. Reid, J.M. Moran, A.D. Haschick, R.T. Schillizzi. Magnetic Field Structure of the Star-forming Region W3(OH): VLBI Spectral Line Results // Astrophys. J. vol. 326, 1988, pp. 954-966.

94. M. M. Wright, M. D. Gray and P. J. Diamond. The OH ground-state masers in W3(OH). I. Results for 1665 MHz // Mon. Not. R. Astron. Soc. vol. 350, 2004, pp. 1253-1271.

95. Bloemhof E.E., Reid M.J., Moran J.M. Kinematics of W3(OH): first proper motions of OH masers from VLBI measurements // Astrophys. J., vol 397, 1992, pp. 500-519.

96. Norris, R. P., Booth, R. S. Observations of OH masers in W30H // Royal Astronomical Society, Monthly Notices, vol. 195, 1981, pp. 213-226.

97. Harvey-Smith L., Cohen R.J. A large-scale OH maser filament in W3(OH) // Proceedings of the 7th European VLBI Network Symposium. October 12th-15th 2004, Toledo, Spain, pp.183-186

98. Weaver.H, Dieter.N.H, Williams,D.R.W. Observations of OH Emission in W3, NGC 6334, W49, W51, W75, and ORI a // Astrophys. J. Suppl. Ser., vol. 16, 1968, pp. 219-274

99. Логвиненко C.B., Смирнов Г.Т., Толкачев K.M. Анализатор спектра автокорреляционного типа. Проект, рабочий макет, предварительные результаты. http://rt22.prao.psn.ru:8080/tezis99/analiz.htm

100. Alakoz А. V., Slysh V. I., Popov M. V., and Val'tts I. E. The Brightest . OH Maser in the Sky: A Flare of Emission in W75 N // Astronomy Letters, Vol. 31, 2005, pp. 375-379.

101. Slysh V. I., Migenes V., Val'tts I. E., Lyubchenko S. Yu., Horiuchi S., Altunin V. I., Fomalont E. B. and Inoue M. Total Linear Polarization in the OH Maser W75 N: VLBA Polarization Structure // Astrophys. J. vol. 564, 2002, pp. 317-326

102. Schwartz, P. R. & Barrett, A. H. Observations of Water-Vapor Emission Associated with Infrared Stars // Astrophys. J., vol. 159, 1970, p.L123-L127

103. Wilson, W. J.; Barrett, A. H.; Moran, J. M. OH Radio Emission Associated with Infrared Stars // Astrophys. J., vol. 160, 1970, pp.545-571.