Бондаренко Ю.Б., Маршалов Д.А., Носов Е.В., Федотов Л.В. «Практика применения многофункциональной системы преобразования сигналов на радиотелескопах комплекса «Квазар-КВО»» Труды Института прикладной астрономии РАН № 57, с. 3-9 (2021)

Новая многофункциональная цифровая система преобразования сигналов (МСПС) была разработана для замены используемых в настоящее время на радиотелескопах комплекса «Квазар-КВО» систем. Применение МСПС дает возможность не только повысить эффективность используемой на радиотелескопе аппаратуры, но и улучшить параметры радиотелескопа, непосредственно влияющие на результаты радиоастрономических наблюдений. Статья посвящена обобщению опыта использования МСПС на радиотелескопах РТ-32 и РТ-13, а также анализу полученных с помощью этой аппаратуры результатов. Возможность использования каналов МСПС для радиометрической регистрации сигналов была исследована на радиотелескопе РТ-32 и подтверждена с использованием прототипа системы. Приведено описание методики испытаний опытного образца МСПС на радиотелескопе РТ-32 и полученные при этих испытаниях результаты. Даны сведения об экспериментальных сеансах РСДБ-наблюдений с участием МСПС на радиотелескопе РТ-13, результаты которых подтвердили совместимость МСПС со штатными отечественными и зарубежными системами. Рассмотрены параметры, методика и результаты использования МСПС при проведении экспериментальных радиолокационных наблюдений Луны. После установки на радиотелескопе РТ-13 в обсерватории «Светлое» в штатном режиме МСПС участвует во всех регулярных плановых РСДБ-наблюдениях. Приведен анализ применения МСПС в таких наблюдениях начиная с сентября 2020 г. Экспериментальные исследования МСПС на радиотелескопах комплекса «Квазар-КВО» и опытная эксплуатация этой системы в обсерватории «Светлое» показали, что по своим параметрам и характеристикам МСПС превосходит использовавшиеся ранее на радиотелескопах комплекса цифровые системы преобразования сигналов Р1002М и широкополосной системы преобразования сигналов. МСПС обеспечивает преобразование сигналов как для широкополосной, так и узкополосной регистрации при РСДБ-наблюдениях, дает возможность проведения радиолокационных наблюдений Луны. Использование МСПС позволяет в перспективе отказаться от отдельных систем регистрации для радиометрических и спектральных наблюдений. МСПС обеспечивает проведение наблюдений в различных режимах без замены аппаратуры и позволяет улучшить получаемые результаты.

Воронов М.А., Воронов С.М. «Возможность выполнения перспективных требований Радионавигационного плана Российской Федерации на трассах Северного морского пути» Труды Института прикладной астрономии РАН № 57, с. 10-15 (2021)

Цель проведения исследований – оценка возможности обеспечения перспективных требований Радионавигационного плана Российской Федерации (РНП) к точности и доступности навигационных определений судов на трассах Северного морского пути (СМП). В ходе исследований осуществлена оценка доступности и точности навигационных определений при использовании: – существующих сигналов системы ГЛОНАСС, технических характеристик ее космического сегмента и функциональных дополнений, а также существующей одночастотной судовой навигационной аппаратуры потребителей (НАП) ГНСС; – перспективных технических характеристик системы ГЛОНАСС и судовой НАП. По результатам теоретических исследований показано, что: – при работе существующей судовой НАП в дифференциальном режиме требования РНП к точности навигационных определений, за исключением требований при плавании в портах, выполняются при существующих характеристиках системы ГЛОНАСС. Однако существующая инфраструктура контрольно-корректирующих станций в акватории СМП и состояние системы дифференциальной коррекции и мониторинга не обеспечивают реализацию дифференциального режима на отдельных участках СМП, включая порты Тикси и Певек; – наиболее полно требования РНП могут быть удовлетворены при реализации перспективных технических характеристик системы ГЛОНАСС. В ходе теоретических исследований предложены направления развития инфраструктуры контрольно-корректирующих станций в акватории СМП и судовой НАП. По результатам исследований сделаны выводы о том, что: – для выполнения перспективных требований РНП к точности навигационных определений необходимо в ходе развития инфраструктуры контрольно-корректирующих станций обеспечить возможности приема информации системы высокоточного определения эфемеридно-временной информации (как по сети Internet, так и по космическому каналу системы дифференциальной коррекции и мониторинга) и ее передачи потребителям, разработать и сертифицировать двухчастотную судовую НАП, использующую сигналы системы ГЛОНАСС с кодовым разделением; – для выполнения требований РНП к доступности навигационных определений в условиях преднамеренного воздействия на систему ГЛОНАСС необходимо создание резервной навигационной системы.

Корнев А.Ф., Кацев Ю.В., Коваль В.В., Оборотов Д.О., Кучма И.Г., Митряев В.А. «Пикосекундный Nd:YAG лазер с широким рабочим температурным диапазоном (–40–+40)°С» Труды Института прикладной астрономии РАН № 57, с. 16-22 (2021)

Пикосекундные лазеры широко используются в различных промышленных и научных приложениях. Одним из таких приложений является высокоточная спутниковая лазерная дальнометрия. Современное состояние высокоточной спутниковой лазерной дальнометрии требует стабильных и надежных лазеров с короткой длительностью импульса, высокой частотой следования импульсов и высоким уровнем устойчивости к условиям окружающей среды для достижения наибольшей точности измерений. В настоящей работе представлены результаты разработки Nd:YAG лазера, построенного по схеме «задающий генератор – регенеративный усилитель – генератор второй гармоники» и предназначенного для прецизионной спутниковой локации. В качестве задающего генератора используется пикосекундный лазерный диод, работающий в режиме модуляции усиления. Регенеративный усилитель основан на двух Nd:YAG активных элементах ∅6×30 мм с торцевой диодной накачкой. В качестве генератора второй гармоники используется кристалл LBO 5×5×10 со II типом фазового синхронизма. Лазер излучает импульсы длительностью 35 пс на длине волны 532 нм с энергией >2.5 мДж и стабильностью <2% (СКО). Эффективность преобразования во вторую гармонику составила до 65%. Частота следования импульсов – 300 Гц, возможна работа на частоте до 1000 Гц. Расходимость излучения составляет 0.3 мрад по уровню интенсивности 1/e₂ при диаметре пучка на выходе лазера 3.4 мм. Главной особенностью разработанной системы является возможность работы при температуре окружающей среды от –40 до +40°C, что достигается за счет следующих технических решений: термостабилизация корпуса лазера при помощи жидкостного контура с использованием чиллера, а также применение системы гибких нагревателей и многослойной теплоизоляции корпуса. Лазер установлен на дальномере «Сажень–ТМ» в обсерватории «Светлое». Короткая длительность импульса, высокая стабильность формы импульса и энергии импульса, а также возможность работы в широком диапазоне температур окружающей среды делают этот лазер востребованным инструментом для высокоточной спутниковой лазерной дальнометрии.

Курдубов С.Л., Скурихина Е.А. «Об оценке точности высокочастотного ряда всемирного времени» Труды Института прикладной астрономии РАН № 57, с. 23-27 (2021)

Рассмотрена проблема оценки точности временных рядов разностей UT1–UTC высокого временного разрешения при условии, что эталонные ряды заданы раз в сутки. Эта задача стала особенно актуальной в связи с появлением наблюдений для определения Всемирного времени несколько раз в сутки на регулярной основе. Для рассматриваемого высокочастотного ряда и эталонного ряда строятся сглаженные ряды путём скользящей интерполяции значений полиномами различных степеней с использованием нескольких значений ряда вокруг интерполируемой точки. Производится гармонический анализ разностей исходных рядов и интерполированных. СКО разностей оригинального и интерполированного рядов предложено в качестве оценки внутренней точности ряда. В статье использован ряд Всемирного времени, полученный в ИПА РАН в результате 1-часовых наблюдений геодезических радиоисточников (квазаров) 13-метровыми быстроповоротными радиоинтероферометрическими антеннами нового поколения (VGOS), на базе «Бадары» – «Зеленчукская». Наблюдения проводились в диапазонах S/X по программе наблюдений R 3–4 раза в сутки. Корреляционная обработка проводилась на корреляторе ИПА РАН RAS FX. Вторичная обработка выполнялась при помощи разработанного в ИПА РАН программного пакета QUASAR. Для анализа оценки точности ряда в статье использовался промежуток с февраля 2019 г. по февраль 2020 г. В качестве эталонного ряда были использованы ряд Международной службы вращения Земли и систем отсчета IERS, а именно ряд ПВЗ срочной службы IERS-finals. Было показано, что построенный в ИПА РАН высокочастотный ряд определений UT1–UTC не имеет долгопериодических разностей с международным рядом IERS-finals. Сглаженный ряд ИПА РАН согласован с рядом IERS-finals на уровне 18 мкс по СКО. Высокочастотные флуктуации ряда частично имеют гармоническую природу и могут быть обусловлены неточностью модели внутрисуточных вариаций ПВЗ.

Пасынок С.Л., Безменов И.В., Игнатенко И.Ю., Иванов В.С., Цыба Е.Н., Жаров В.Е. «Текущие работы ГМЦ ГСВЧ в части определения ПВЗ» Труды Института прикладной астрономии РАН № 57, с. 28-33 (2021)

Работы по оперативному определению ПВЗ в Главном метрологическом центре Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли (ГМЦ ГСВЧ) ведутся с момента создания ФГУП «ВНИИФТРИ» – с 1954 г. Роль ФГУП «ВНИИФТРИ» как ГМЦ ГСВЧ закреплена Постановлением Правительства РФ № 225. Также ФГУП «ВНИИФТРИ» участвует в работе ГСВЧ в качестве источника измерительных данных и Центра обработки и анализа данных. В 2020 г. сводные данные о ПВЗ формировались на основе совместной обработки девяти независимых рядов, полученных в ИПА РАН, АО «ЦНИИмаш» и ГМЦ ГСВЧ. Использование при обработке данных радиоинтерферометра на узлах колокации, созданного ИПА РАН, позволило существенно увеличить точность определения сводных значений Всемирного времени и их прогнозирования. Оперативное формирование сводной информации о ПВЗ в результате совместной обработки всех данных о ПВЗ и оперативная передача бюллетеней потребителям осуществлялись ежесуточно. Также ФГУП «ВНИИФТРИ» вносит вклад в международную и отечественные базы данных посредством передачи навигационных и измерительных данных, которые выполняются во ФГУП «ВНИИФТРИ» и его филиалах, расположенных в городах: Новосибирск, Иркутск, Хабаровск и Петропавловск-Камчатский. В ГМЦ ГСВЧ проводится ежесуточная обработка результатов, полученных спутниковыми и лунными лазерными дальномерами, ГНСС- и РСДБ-измерений с целью определения ПВЗ по отдельным видам измерений. Также в ГМЦ ГСВЧ проводится ряд работ в экспериментальном режиме для совершенствования методов и средств обработки, а также анализа данных измерений различных видов. Ведутся работы по вычислению орбит, поправок часов космических аппаратов, а также обработка данных спутниковых альтиметрических измерений. Работы в части определения ПВЗ проводятся на высоком научно-техническом уровне. Для повышения точности и оперативности определения ПВЗ запланированы работы как по совершенствованию методов и средств обработки/анализа данных измерений, так и по совершенствованию оборудования измерительных пунктов. В целом настоящая статья носит информационный характер и посвящена обзору работ, выполняемых в 2020 г. и начале 2021 г. в ГМЦ ГСВЧ в части определения ПВЗ.

Федотов Л.В. «Совместимость аппаратуры преобразования сигналов на радиотелескопах РТ-13 и РТ-32» Труды Института прикладной астрономии РАН № 57, с. 34-40 (2021)

Радиотелескопы РТ-32 комплекса «Квазар-КВО» оснащены узкополосными (до 32 МГц) многоканальными системами преобразования сигналов, которые были разработаны в начале 2000-х годов и обеспечивали совместимость с аналогичными зарубежными системами. Системы, установленные на новых радиотелескопах РТ-13, существенно отличаются широкой (512 МГц) полосой пропускания цифровых каналов и позволяют компенсировать потери чувствительности радиоинтерферометра из-за сокращения размеров антенн. Современная концепция развития РСДБ (VGOS) предусматривает широкополосное преобразование и регистрацию сигналов, но предполагает совместимость с созданными ранее узкополосными системами. Для унификации аппаратуры РТ-13 в рамках этой концепции необходима совместимость систем преобразования сигналов на радиотелескопах РТ-13 и РТ-32. В течение ряда лет в ИПА РАН проводятся исследования и разработки в направлении обеспечения совместимости отечественных систем преобразования сигналов. Статья посвящена обобщению результатов этих работ, анализу возникших при этом проблем и возможностей их решения. Для совместимости широкополосной и узкополосной аппаратуры преобразования сигналов необходимо в каждом широкополосном канале произвольно выделять узкополосные каналы, аналогичные каналам узкополосной системы. Однако при этом естественно снижается чувствительность радиоинтерферометра из-за меньшего размера антенны РТ-13, что необходимо учитывать при планировании наблюдений. Выделение узкополосных каналов непосредственно на радиотелескопе РТ-13 позволяет в 4 раза сократить поток данных, передаваемых с радиотелескопа на коррелятор, и может осуществляться с помощью специального цифрового преобразователя, разработанного в ИПА РАН. При его создании были успешно решены проблемы устранения искажений сигналов и возможных нарушений синхронизации, связанных с цифровой обработкой широкополосных сигналов в программируемой логической интегральной схеме. Проведенные исследования позволили выявить возможность скачков фазы при полифазной фильтрации сигнала фазовой калибровки и обосновать необходимость корректного выбора частоты следования импульсов этого сигнала, если используется цифровое выделение сигналов в узких полосах из широкополосного сигнала. Результаты исследований на радиотелескопе РТ-13 указанного цифрового преобразователя потоков данных использованы при разработке новой унифицированной многофункциональной цифровой системы преобразования сигналов для радиотелескопов. Она совместима с другими системами радиотелескопов РТ-13 и РТ-32 и обеспечивает проведение РСДБ-наблюдений как с широкополосной, так и с узкополосной регистрацией сигналов. Оснащение такими системами всех радиотелескопов комплекса «Квазар-КВО» позволит в максимальной степени реализовать на них совместимость аппаратуры преобразования сигналов.

Яковлев А.И., Алексеев В.Ф., Медянников Д.О., Жбанов К.К. «Методика расчета допустимого шага дискретизации цифровой модели рельефа в зависимости от степени пересечённости местности» Труды Института прикладной астрономии РАН № 57, с. 41-47 (2021)

Расчёт дискретности моделей рельефа необходим для оптимального расходования информационных ресурсов тех вычислительных средств, в которых используются цифровые модели рельефа. Цель исследования состояла в установлении такого шага дискретизации модели рельефа, который позволил бы восстановить функцию рельефа с требуемой точностью для любого физико-географического района. Для достижения цели исследования решено 2 задачи: выполнено районирование рельефа в зависимости от его сложности, а также рассчитаны возможные значения шага дискретизации моделей рельефа для различных исходных условий. Рассмотрены известные подходы к решению задачи дискретизации функции, в основе которых лежит теорема В.А. Котельникова. Выявлено, что исходными данными для расчёта дискретизации функции являются её статистические характеристики (дисперсия и радиус корреляции). Экспериментально исследованы статистические характеристики различных форм рельефа. Установлено, что дисперсия рельефа подчиняется закону равномерного распределения, а радиус корреляции может изменяться в широких пределах. Выполнен расчёт диапазонов значений дисперсии для всех типов рельефа и назначен возможный интервал значений радиусов корреляции. В результате с использованием известных подходов рассчитаны значения шага дискретизации цифровых моделей рельефа в зависимости от степени пересечённости местности и требуемой точности восстановления функции высоты. Различные подходы дали схожие результаты. На основании расчётных данных предложено установить фиксированный ряд дискретности моделей рельефа (45, 20, 13, 10 и 5 м), соответствующий пяти типам рельефа, которые классифицированы по диапазонам дисперсии.