Жуков Е.Т., Бабайкин Б.Ф., Батура А.С., Белянкин П.В., Филиппов Д.В. «Передача времени на сверхдлинных волнах с помощью кодовой манипуляции фазы несущей» Труды Института прикладной астрономии РАН № 55, с. 3-9 (2020)
Рассмотрены основные аспекты усовершенствования существующего метода передачи времени на сверхдлинных волнах (СДВ) радиостанциями связи ВМФ РФ. Используемый метод передачи сигналов времени состоит в передаче ряда несущих и устранении многозначности на разностных частотах для высокоточных фазовых измерений и амплитудной модуляции одной из них импульсами низких частот и меток времени. Основная цель работы – усовершенствование метода передачи сигналов времени – может быть достигнута через реализацию следующих поставленных задач: повышение оперативности метода путём сокращения длительности сеанса, повышение помехоустойчивости и обеспечение передачи сигнала в новом формате, который должен включать дополнительную информацию о разности Всемирного времени и UTC, текущем времени и позывном станции. Сокращение длительности сеанса передачи сигналов времени достигнуто путём оптимизации передачи компонент и пауз между ними в составе сеанса и использования полностью обновлённого формата программы низкочастотных амплитудно-модулированных радиоимпульсов (НЧ программы) на основе фазовой манипуляции длительностью 3 мин (в прежнем формате – от 14 до 19 мин – в зависимости от передаваемого формата). Передача позывного станции и дополнительной информации также выполняется с помощью фазовой манипуляции в течение 1 мин. Общая длительность сеанса привязки сокращена с 30...41 мин до 13 мин с одновременным повышением помехоустойчивости НЧ программы. Обеспечена передача дополнительной информации. Разработаны и испытаны образцы передающей и приёмной аппаратуры, реализующей усовершенствованный метод передачи времени на СДВ.
Труды Института прикладной астрономии РАН № 55, с. 3-9 (2020) | Рубрика: 18
Кольцов Н.Е. «Эффективность несимметричной модуляции спектрально-селективного радиометра» Труды Института прикладной астрономии РАН № 55, с. 10-15 (2020)
Проблема. На радиотелескопах РТ-32 комплекса «Квазар-КВО» традиционные радиометры с квадратичными детекторами широкополосных шумовых сигналов заменяются спектрально-селективными радиометрами, которые обеспечивают высокую точность радиометрических измерений энергетических параметров радиоизлучения в условиях воздействия радиопомех. Эти радиометры используются при регулярных наблюдениях источников с непостоянной интенсивностью радиоизлучения и при мониторинге изменений уровней сигналов от стандартных (опорных) космических источников радиоизлучения. Для таких исследований первостепенное значение имеют чувствительность радиометра и точность измерения мощностей и шумовых температур принимаемого радиосигнала. При радиометрических измерениях приёмные устройства радиотелескопов работают в режиме модуляции меандром коэффициента усиления и генератора шума, имитирующего шумы антенны, при одинаковых временных интервалах накопления принимаемого сигнала в смеси с собственными шумами радиотелескопа и только шумов радиотелескопа. Повысить чувствительность радиометра и точность измерений за счёт увеличения времени накопления сигнала не всегда возможно. Период обновления результатов радиометрических измерений, равный времени накопления сигнала, должен быть не очень большим, чтобы точнее отслеживать изменения мощности сигнала при сканировании источника излучения. Цель. Целью статьи является выяснение возможностей повышения чувствительности радиометра и точности измерений мощности принимаемого радиосигнала за счёт несимметричной модуляции генератора шума и приёмного устройства. Метод. Вычисляется коэффициент эффективности, равный отношению чувствительности радиометра при несимметричной модуляции к чувствительности радиометра при обычной симметричной модуляции меандром. Рассматриваются три режима работы радиометра: модуляция меандром при времени накопления шумов, превышающем интервал накопления сигнала; несимметричная модуляция при одинаковых интервалах накопления сигнала и шума; несимметричная модуляция при несимметричном накоплении. Результат. Режим несимметричного накопления сигнала и шумов даже при симметричной модуляции приёмного устройства меандром позволяет повысить чувствительность спектрально-селективного радиометра на 21–29 % по сравнению с радиометром, работающим в обычном режиме симметричного (на одинаковых интервалах времени) накопления сигнала и шумов. Этот способ легко реализовать на радиотелескопах РТ-32. В режиме несимметричной модуляции при несимметричном накоплении можно дополнительно немного (на 3–6%) повысить чувствительность радиометра, но это требует совершенствования модулируемых узлов приёмного устройства. Режим несимметричной модуляции при симметричном накоплении неприемлем, так как только ухудшается чувствительность радиометра.
Труды Института прикладной астрономии РАН № 55, с. 10-15 (2020) | Рубрика: 18
Кузнецов В.Б. «Определение параболической орбиты геометрическим методом» Труды Института прикладной астрономии РАН № 55, с. 16-23 (2020)
Определение предварительных орбит комет представляет интерес для кометной астрономии с точки зрения открытия новых или идентификации с уже известными кометами. В работе рассматривается геометрический метод для определения параболической орбиты, который является частным случаем метода Коши–Курышева–Перова. В нём показано, как в рамках задачи двух тел, исходя только из геометрических построений, по четырём угловым наблюдениям определить параболическую орбиту, не лежащую в плоскости движения наблюдателя. Данный метод позволяет свести задачу к решению алгебраической системы уравнений относительно двух безразмерных переменных с конечным числом решений. При этом он не имеет ограничений на длину орбитальной дуги и интервалов времени между наблюдениями. Все возможные комбинации положения тела на орбите разделяются на 4 варианта и представляются соответствующими системами уравнений. Представлен алгоритм поиска решения задачи без предварительной информации об искомой орбите. Решения ищутся в ограниченной квадратной области, в которой производится двухуровневая триангуляция, что позволяет покрыть исследуемую область меньшим числом треугольников без потери небольших изолированных участков. При этом производится ранжирование треугольников на соответствие условиям поиска, чтобы исключить большинство из них ещё на начальном этапе. Решения системы находятся посредством поиска минимумов целевой функции по симплексу методом Нелдера–Мида. Это обеспечивает нахождение всех возможных решений. Полученные орбиты сравниваются через представление наблюдений, и из них выбирается наилучшая. В качестве примера приведены результаты определения орбиты близпараболической кометы C/2020 F8 (SWAN).
Труды Института прикладной астрономии РАН № 55, с. 16-23 (2020) | Рубрика: 18
Федотов Л.В. «Обзор современных цифровых систем преобразования и регистрации сигналов для РСДБ-радиотелескопов» Труды Института прикладной астрономии РАН № 55, с. 24-35 (2020)
На современных радиотелескопах цифровые системы практически вытеснили аналоговую аппаратуру для преобразования и регистрации сигналов при радиоинтерферометрических наблюдениях. Однако обзорных статей по таким системам, как в нашей стране, так и за рубежом, очень мало. Зачастую скудные сведения о существующих и перспективных цифровых радиоастрономических системах разбросаны по различным публикациям, посвященным радиоастрономическим наблюдениям. Цель данной статьи – анализ современного состояния и перспектив развития отечественных и зарубежных цифровых систем для РСДБ-радиотелескопов, оценка уровня разработок в этой области и наиболее перспективных направлений совершенствования указанных систем. Проведен сравнительный анализ появившихся за последние годы в разных странах цифровых систем преобразования сигналов: R2DBE (США), DBBC3 (Европейский Союз), K6/GALAS (Япония), CDAS2 (Китай), KVN DAS (Южная Корея), ШСПС (широкополосная система преобразования сигналов) и МСПС (многофункциональная система преобразования сигналов) (Россия). Рассмотрены история развития, структурные схемы, параметры и особенности этих систем. Число каналов для цифровой обработки сигналов промежуточных частот в рассмотренных системах может варьироваться от 2 до 12. В каждом канале после аналого-цифрового преобразования сигналов формируются цифровые потоки, как правило, в формате VDIF (VLBI Data Interchange Format). Предусмотрено не только 2-битовое квантование сигналов, но и возможность увеличения числа бит на каждую выборку сигнала до 4, 8, 10 или 16. Для цифровой обработки сигналов во всех рассмотренных системах используются программируемые логические интегральные схемы, так как только они способны обеспечить указанную обработку в реальном времени. Большое значение имеет использование стандартного интерфейса Ethernet и высокоскоростных оптических линий для передачи цифровых потоков в аппаратуру регистрации данных, которая на современных радиотелескопах строится на основе высокопроизводительных коммерчески доступных компонентов и программного обеспечения с открытым кодом. Основной тенденцией развития цифровых систем преобразования сигналов является увеличение суммарной скорости выходного информационного потока, которая может достигать 96 Гбит/c и более. Для систем регистрации характерен отказ от разработки специализированных устройств и компоновка системы на основе сетевых технологий хранения большого объема данных. К другим направлениям развития современных цифровых систем на радиотелескопах можно отнести: минимизацию использования аналоговых методов и устройств для преобразования сигналов; стремление использовать не уникальные, а широко доступные и стандартизованные цифровые устройства; размещение цифровой системы непосредственно на антенне радиотелескопа с передачей цифровых потоков в систему регистрации, расположенную в аппаратном помещении, по волоконно-оптическим линиям. Важным направлением развития цифровых систем преобразования сигналов является расширение их функциональных возможностей и создание унифицированных систем, способных обеспечить как радиоинтерферометрические, так и радиометрические либо спектральные наблюдения без замены аппаратуры. Показано, что отечественные цифровые системы по своим параметрам не уступают лучшим зарубежным образцам, а по некоторым характеристикам превосходят их.
Труды Института прикладной астрономии РАН № 55, с. 24-35 (2020) | Рубрика: 18
Evstigneev A.A., Chernov V.K., Evstigneeva O.Eu., Ipatova I.A., Khvostov Eu.Yu., Lavrov A.P., Pozdnyakov I.A., Vekshin Yu.V., Zotov M.B. «RT-13 VLBI Receivers» Труды Института прикладной астрономии РАН № 55, с. 36-40 (2020)
This article gives a detailed overview of the radioastronomic receivers for the Institute of Applied Astronomy of the Russian Academy of Science (IAA RAS) RT-13 fast radio telescopes that are intended for expanding the capabilities of the Russian VLBI network Quasar for continuous observations and joint operations with the global VGOS network. For work with different VGOS stations, IAA RAS has developed two types of receivers: a tri-band (S/X/Ka bands, circular polarizations) and a wideband receiver (3–16 GHz, linear polarizations). The article provides a summary of the development process, schematic diagrams, technical data, and design features. The results of RT-13 observations in single-dish mode and VLBI mode for both types of the receivers are presented. The Russian VLBI complex Quasar was improved significantly by construction of three fast RT-13 telescopes with two types of swappable receivers per each station enabling it to join VGOS networks and obtain necessary observation data.
Труды Института прикладной астрономии РАН № 55, с. 36-40 (2020) | Рубрика: 18
Ken V.O. «Overview of RASFX: IAA RAS VLBI Software Correlator» Труды Института прикладной астрономии РАН № 55, с. 41-44 (2020)
The paper describes the implementation of the RASFX correlator based on Graphical Processing Unit (GPU). The main principles, hardware and software solutions for the quasi-real time VLBI data processing with up to 96 Gb/s data rate are described. RASFX is developed for geodetic VLBI observations processing and supported by IAA RAS. The RASFX software is designed to run on GPU-based High Performance Computing (HPC) cluster. At present, the RASFX correlator is mainly used to process local 1-hour broadband S/X sessions; approximately 8000 sessions have been processed. The paper presents a comparison of group delays from the RASFX correlator with group delays obtained from the DiFX correlator output using PIMA software. RASFX is also used in the laboratory and VLBI tests of receiving and recording equipment.
Труды Института прикладной астрономии РАН № 55, с. 41-44 (2020) | Рубрика: 18
Nosov E.V. «Обзор RASFX: Программный коррелятор РСДБ ИПА РАН» Труды Института прикладной астрономии РАН № 55, с. 45-47 (2020)
The data acquisition system for VLBI radio telescopes downconverts, filters and digitizes analog signals coming from the receiving system. During the last ten years, IAA RAS has made great progress in data acquisition systems development: from fully analog to fully digital devices, with a significant improvement in both performance and functionality. This paper gives an overview of the aforementioned systems and the prospects of further development.
Труды Института прикладной астрономии РАН № 55, с. 45-47 (2020) | Рубрика: 18