Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

Труды Института прикладной астрономии РАН № 60. СПб.: ИПА РАН. 2022

 

Аржанников А.А., Глотов В.Д., Митрикас В.В. «Вычисление дифференциальных кодовых задержек и построение карт ионосферы с помощью ГНСС» Труды Института прикладной астрономии РАН № 60, с. 3-11 (2022)

Статья посвящена проблеме расчета карт полного электронного содержания ионосферы (ПЭС, англ. TEC) и калибровке навигационной аппаратуры с помощью измерений ГНСС на этапе эксплуатации. Актуальность темы обусловлена влиянием ионосферных задержек и транслируемых в навигационном кадре межчастотных задержек на точность местоопределения. Кратко представлены три различных способа уточнения дифференциальных кодовых задержек (DCB, англ. differential code biases) космических аппаратов и беззапросных измерительных станций для всех существующих ГНСС, а также методы построения локальных и глобальных карт TEC ионосферы. Представлена оценка точности межчастотных задержек в навигационных кадрах всех ГНСС по данным Информационно-аналитического центра координатно-временного и навигационного обеспечения АО «ЦНИИмаш». Погрешность межчастотной задержки в навигационном кадре ГЛОНАСС значительно выше в сравнении с другими ГНСС (СКО более 0.5 м для ГЛОНАСС и менее 0.1 м для остальных ГНСС). Проведено сравнение четырех вариантов расчета DCBSC космического аппарата ГЛОНАСС, все четыре набора DCBSCDCBSC имеют попарные СКО между собой менее 0.1 м. Также приведена оценка точности расчета глобальных ионосферных карт Информационно-аналитического центра координатно-временного и навигационного обеспечения: ∼1.5 TECu на 1 августа 2021 г. (1 ед. TECu=1016электронов/м2, что соответствует задержке в ∼16 см для L1).

Труды Института прикладной астрономии РАН № 60, с. 3-11 (2022) | Рубрика: 18

 

Безменов И.В., Игнатенко И.Ю., Пасынок С.Л. «Новые методы достижения перспективного уровня точности координатно-временных измерений» Труды Института прикладной астрономии РАН № 60, с. 12-20 (2022)

В рамках GGOS Международной ассоциацией геодезии IAG провозглашена цель достижения миллиметровых точностей определения координат опорных пунктов. Для достижения таких точностей необходимо оборудовать пункты измерений средствами РСДБ, ГНСС и СЛД нового поколения. Поскольку целевые показатели точности находятся на границе возможностей современных средств измерений, необходимо совершенствовать модели и методы предварительной и вторичной обработки измерений. При предварительной обработке измерений возникает задача отбраковки выбросов – результатов грубых измерений. Эта задача тесно связана с проблемой поиска неизвестного тренда (как правило, полиномиального) в измерительных данных. Очевидно, что неверное определение тренда может привести к неправильному детектированию выбросов, и хорошие измерения могут быть отбракованы, а неточные – оставлены, что в конечном итоге отрицательно скажется на точности итогового результата. Другая проблема – это детектирование грубых измерений в данных со снятым трендом. Одной из целей при создании алгоритмов детектирования в этом случае является минимизация количества отбракованных данных. Причем в случае ГНСС-измерений потеря какой-то части данных на предварительном этапе обработки может не оказывать существенного влияния на конечный результат ввиду огромного числа навигационных измерений. Однако при обработке СЛД-измерений важно каждое отдельное измерение. Для решения задачи автоматического детектирования грубых измерений на стадии их предварительной обработки были привлечены алгоритмы, разработанные И.В. Безменовым, С.Л. Пасынком и др. Изначально они были разработаны для отбраковки грубых ГНСС-измерений и показали свою эффективность в сравнении с другими известными методами (меньшее количество вычислительных операций, меньшее число отбракованных точек при одном и том же значении порога отбраковки). В результате применения этих алгоритмов для предварительной обработки лазерных измерений И. Ю. Игнатенко удалось добиться большей точности сформированных нормальных точек при меньшем числе отбракованных данных. Также была показана эффективность предлагаемого алгоритма при предварительной обработке СЛД-измерений в условиях наличия аномальной атмосферной рефракции. Детальное описание некоторых алгоритмов, использованных в данной статье, а также их теоретическое обоснование приведено в Главе 9 «Effective Algorithms for Detection Outliers and Cycle Slip Repair in GNSS Data Measurements» (Bezmenov, 2021), опубликованной в сборнике на английском языке «Satellite Systems: Design, Modeling, Simulation and Analysis».

Труды Института прикладной астрономии РАН № 60, с. 12-20 (2022) | Рубрика: 18

 

Векшин Ю.В., Кен В.О., Миронова С.М., Курдубов С.Л. «Влияние нестабильности задержки сигналов в аппаратуре радиотелескопов на оптимальное время накопления сигнала радиоинтерферометра» Труды Института прикладной астрономии РАН № 60, с. 21-26 (2022)

Точность определения поправок всемирного времени в значительной степени определяется точностью измерения задержки прихода сигнала источника на радиотелескопы, входящие в состав радиоинтерферометра. Погрешность измерения групповой задержки зависит, в том числе, от нестабильности задержки сигналов в аппаратуре радиотелескопов. Результаты оценки нестабильности задержки следует использовать при планировании времени наблюдения источников в сеансах РСДБ. Целью работы является создание методики определения оптимального времени накопления сигнала радиоинтерферометра и её применение при обработке сеансов по определению поправок всемирного времени. Стабильность задержки корреляционного отклика радиоинтерферометра анализируется по записи непрерывного часового сопровождения источника. С помощью расчета отклонения Аллана определяется оптимальное время накопления сигнала, при котором достигается минимальная погрешность определения задержки. Оптимальное время накопления сигнала конкретного источника определяется таким образом, чтобы расчетное СКО задержки было не меньше отклонения аппаратурной нестабильности. В статье представлены результаты измерений стабильности задержки корреляционного отклика радиоинтерферометра на базе радиотелескопов РТ-13 в S-, X-, Ka-диапазонах. Приведены результаты сравнения оценок погрешности определения поправок всемирного времени со штатным и с предложенным оптимальным временем накопления сигналов источников.

Труды Института прикладной астрономии РАН № 60, с. 21-26 (2022) | Рубрика: 18

 

Ипатов А.В., Рахимов И.А., Гренков С.А., Кольцов Н.Е. «Результаты мониторинга мазерного излучения ОН с частотой 1665 МГц в источниках W3, W49, W51 и W75 на радиотелескопе РТ-32 в обсерватории «Светлое»» Труды Института прикладной астрономии РАН № 60, с. 27-38 (2022)

Основной целью данной работы является выявление длительной переменности спектров космического мазерного радиоизлучения межзвездного гидроксила за период 2009–2020 гг. в источниках W3(OH), W49, W51 и W75 на частоте 1665.402 МГц в двух круговых поляризациях, наблюдения которых проводятся в рамках программы Ru-OH на радиотелескопе РТ-32 комплекса «Квазар-КВО» в обсерватории «Светлое» с 2006 г. Считается, что изменения космического мазерного излучения в долговременных масштабах может быть обусловлено вариациями внутренних свойств источников. По этой причине обобщенные данные о переменности отдельных компонент мазерных источников могут представлять интерес для астрофизиков при построении математических моделей космических мазеров и анализа физических условий в областях звездообразования. Методика наблюдений и обработки. Наблюдения мазеров гидроксила проводятся с использованием штатного приемного устройства радиотелескопа РТ-32 диапазона L, видеоконвертеров и БПФ-спектрометра. Регистрация спектров излучения источника сигнала выполняется по методу «On source–Off source» с калибровкой амплитуды потока по стабильному калибровочному источнику радиоизлучения в континууме. Зарегистрированные на заданном интервале времени (∼180–600 с) спектральные профили проходят тщательную визуальную отбраковку на предмет искажения помехами и/или аппаратурными эффектами и последующую статистическую обработку. В результате статистической обработки построены зависимости интенсивности радиоизлучения, которые позволяют выявить тренды к усилению или ослаблению компонент спектральных профилей радиоизлучения, а в отдельных случаях – выявить длительные усиления или ослабления этих компонент во время вспышечной активности источников мазерного излучения. Основные результаты. Проведенные на радиотелескопе РТ-32 в обсерватории «Светлое» регулярные спектральные наблюдения областей источников мазерного излучения OH в W3(OH), W49, W51 и W75 на частоте 1665 МГц позволили отследить и выявить переменность отдельных компонент их излучения на основе однородных данных.

Труды Института прикладной астрономии РАН № 60, с. 27-38 (2022) | Рубрика: 18

 

Карпичев А.С., Зиновьев П.В., Вытнов А.В. «Совместная передача сигналов опорной частоты и шкалы времени по одному оптическому волокну» Труды Института прикладной астрономии РАН № 60, с. 39-43 (2022)

Волоконно-оптические линии передачи занимают все более прочные позиции в вопросах передачи как цифровых, так и аналоговых сигналов различного назначения. В обсерваториях, входящих в состав комплекса «Квазар-КВО», по волоконно-оптическим линиям передачи осуществляется передача гармонического сигнала опорной частоты, а также импульсных сигналов шкалы времени, используемых для синхронизации удаленного оборудования. В настоящее время эти сигналы передаются по независимым линиям связи, в то время как объединение этих систем в одну позволило бы повысить точность калибровки линии передачи. В данной работе представлены экспериментальные результаты по совместной передаче сигналов опорной частоты и шкалы времени по одному оптическому волокну. Объединение оптических сигналов достигнуто при помощи CWDM-мультиплексирования (Coarse Wavelength Division Multiplexing, мультиплексирование с грубым разделением по длине волны), широко используемого в телекоммуникационном оборудовании. В ходе эксперимента на суточном интервале получены данные о поведении сигналов опорной частоты и шкалы времени в линии передачи: при помощи измерителя временных интервалов зафиксировано изменение задержки сигнала шкалы времени в ходе эксперимента; при помощи фазового компаратора измерена нестабильность сигнала опорной частоты, вносимая линией передачи. Результаты, представленные в статье, позволяют сделать вывод, что предлагаемый способ передачи сигналов пригоден для использования в РСДБ-системах нового поколения. При этом появляется возможность измерять в реальном времени задержку распространения сигналов в линии передачи с точностью лучше 100 пс.

Труды Института прикладной астрономии РАН № 60, с. 39-43 (2022) | Рубрика: 18

 

Черников В.С., Хвостов Е.Ю., Чернов В.К. «Охлаждаемый сверхширокополосный квадратурный направленный ответвитель» Труды Института прикладной астрономии РАН № 60, с. 44-48 (2022)

Целью данной работы является разработка сверхширокополосного квадратурного направленного ответвителя, работающего в диапазоне 3–16 ГГц, с возможностью охлаждения до температур ∼10 K для уменьшения активных потерь и использования в составе высокочувствительных радиоастрономических систем. Применение данного устройства в совокупности с облучателем с ортогональными линейными поляризациями позволяет сформировать правую и левую эллиптические поляризации с коэффициентом эллиптичности не более 3 дБ. Методика, используемая при разработке, представляет собой проектирование отдельных секций устройства с помощью справочных данных, анализ полноценного устройства путем электродинамического моделирования и векторный анализ изготовленного макета при температурах ∼300 K и 10 K. При криогенном охлаждении взяты в расчет характеристики СВЧ-тракта измерительного криостатируемого блока. При разработке корпуса учтены негативные факторы, которые могут быть вызваны эффектами теплового сжатия. Использованы соединения со скользящим контактом и специальная форма корпуса. Для плотного прилегания слоев конструкции предусмотрена система отверстий под винты. Выбран материал с близкими значениями коэффициентов температурного расширения по всем направлениям и сопоставимыми со значением данного параметра для меди. Представлены результаты разработки макета сверхширокополосного квадратурного направленного ответвителя с рабочей полосой 3–16 ГГц и возможностью охлаждения до температуры ∼10 K. Из электродинамической модели были найдены параметры топологии устройства и определены оптимальные толщины диэлектрических слоев. В работе приведены результаты измерений характеристик направленного ответвителя при температурах 300 K и 10 K.

Труды Института прикладной астрономии РАН № 60, с. 44-48 (2022) | Рубрика: 18