Кацев Ю.В., Коваль В.В., Корнев А.Ф., Митряев В.А., Рахимов И.А., Смоленцев С.Г. «Модернизация спутникового лазерного дальномера «Сажень-ТМ» в обсерватории «Светлое»» Труды Института прикладной астрономии РАН № 66, с. 3-10 (2023)

В 2011 г. в обсерватории «Светлое» комплекса «Квазар-КВО» для лазерной локации спутников была установлена изготовленная АО «НПК «СПП» квантово-оптическая система (КОС) «Сажень-ТМ», которая с 2012 г. задействована в регулярных наблюдениях по программам международной службы ILRS. В первые же годы был выполнен ряд работ по улучшению эксплуатационных характеристик КОС с учетом специфических метеорологических условий местности, что позволило значительно повысить интенсивность сеансов наблюдений. Однако точность единичных измерений оставалась на прежнем уровне (3–4 см), характерном для всех КОС «Сажень-ТМ», установленных на станциях российской сети лазерной дальнометрии. Такие погрешности измерений уже перестали отвечать современным требованиям, и модернизация КОС этого типа для улучшения ее точностных характеристик стала крайне актуальной. В 2021 г. в обсерватории «Светлое» были спланированы и проведены работы по модернизации КОС «Сажень-ТМ» на основе анализа источников случайной погрешности измерений. С учетом того, что наибольшее влияние на точность измерений оказывает длительность импульса лазера, было принято решение начать модернизацию КОС с замены излучателя. В ходе модернизации выполнены монтаж и сопряжение нового короткоимпульсного лазера со штатной аппаратурой измерения дальности и доработана система измерения дальности КОС путем установки новых блоков высокоточной временной привязки стартового и стопового сигналов. В качестве источника излучения используется пикосекундный Nd:YAG лазер, разработанный в ООО «ЛОС» (г. Санкт-Петербург) совместно с Университетом ИТМО (г. Санкт-Петербург) и отличающийся от старого лазера существенно более коротким импульсом: 35 пс вместо 300 пс. Для обеспечения рабочего температурного диапазона лазера разработана специальная система термостабилизации. Экспериментальные наблюдения, начатые после проведения юстировки нового излучателя и настройки КОС для работы с короткими импульсами, показали существенное улучшение точности измерений. Сравнение с данными наблюдений, выполненных до модернизации КОС, показывает, что для спутников Лагеос-1 и Лагеос-2 произошло повышение точности единичных измерений дальности более чем в 2 раза. На более значительную величину точность улучшилась для низкоорбитальных КА: с 30–35 мм до 8–13 мм. В целом выполненная модернизация привела к улучшению точности измерений лазерного дальномера «Сажень-ТМ» в 2–2.5 раза в зависимости от типа КА. В ходе выполнения данного этапа модернизации также намечены возможные шаги дальнейшей модернизации КОС, при реализации которых может быть достигнута точность измерений дальности на уровне единиц мм. Опыт модернизации КОС «Сажень-ТМ» в обсерватории «Светлое» может быть распространен также на все станции российского сегмента ILRS, оснащенные КОС данного типа.

Гренков С.А., Рахимов И.А., Федотов Л.В. «Регистрация радиоизлучения в спектральных линиях на основе многофункциональной цифровой системы преобразования сигналов» Труды Института прикладной астрономии РАН № 66, с. 11-17 (2023)

Начиная с 2006 г. в обсерватории «Светлое» проводятся наблюдения радиоизлучений в спектральных линиях гидроксила и воды. При этом для регистрации спектров сигналов использовались макетные образцы различной аппаратуры, в том числе основанной на методе калибровки спектров, разработанном в ИПА РАН специально для цифровых спектрометров. В настоящее время все радиотелескопы комплекса «Квазар-КВО» оснащаются новыми многофункциональными цифровыми системами преобразования сигналов (МСПС). На радиотелескопе РТ-32 в обсерватории «Светлое» уже установлена МСПС, которая обеспечивает цифровую обработку сигналов промежуточных частот радиотелескопа в программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС). МСПС может заменить любую систему, отвечающую за преобразование сигналов на радиотелескопе, и за счёт загрузки специализированных прошивок ПЛИС обеспечивает регистрацию сигналов не только при РСДБ, но также при радиометрических и спектральных наблюдениях. Для спектрометрических наблюдений разработаны прошивки ПЛИС с разными полосами регистрации для обеспечения наблюдений мазерных радиоизлучений гидроксила (18 см) и воды (1.35 см). В статье дано описание принципа действия спектрометрических модулей на основе каналов многофункциональной системы, а также разработанного алгоритма и структуры конфигурации ПЛИС. Каждый такой модуль обеспечивает цифровую обработку сигналов с тактовой частотой дискретизации до 4096 МГц в полосе приема до 2 ГГц и позволяет с использованием разработанных прошивок ПЛИС выделять 32768 спектральных компонент с частотным разрешением до ≈61.035 Гц. В программном обеспечении (ПО) и прошивке модуля реализованы цифровая регистрация и измерение мощности радиометрических сигналов, анализ спектров сигналов, а также обнаружение, анализ и исключение помех из спектра сигнала. Многофункциональная система с разработанными прошивками ПЛИС и ПО были испытаны в обсерватории «Светлое» на радиотелескопе РТ-32. Для этого были проведены специальные спектрометрические наблюдения с параллельным использованием МСПС и штатного спектрометра на базе каналов системы преобразования сигналов Р1002М, основные результаты которых приводятся в статье. Испытания показали эффективность применения новой многофункциональной системы преобразования сигналов для спектрометрической регистрации радиоастрономических сигналов. Разработанные прошивки ПЛИС для каналов многофункциональной системы будут использованы в опытных образцах, вводимых в эксплуатацию на радиотелескопах комплекса «Квазар-КВО».

Курдубов С.Л., Сербин А.Б. «Учёт структуры радиоисточника при обработке геодезических РСДБ-наблюдений на примере источника 0014+813» Труды Института прикладной астрономии РАН № 66, с. 18-28 (2023)

Статья посвящена исследованию возможности учёта структуры радиоисточника при обработке данных РСДБ-наблюдений. Определяемая по РСДБ-наблюдениям групповая задержка сигнала от внегалактических радиоисточников между двумя удалёнными радиотелескопами является суммой задержек, обусловленных различными эффектами, в том числе структурой радиоисточника. Многие из источников, входящих в Международную небесную систему отсчета (ICRF), имеют пространственно-протяжённую структуру, поэтому структурную задержку необходимо учитывать при обработке результатов РСДБ-наблюдений. Однако на практике моделирование структурной задержки сталкивается со многими проблемами, одной из которых является изменчивость структуры источника. Метод исследования основан на построении численной модели структурной задержки с использованием формул, приведённых в статье Патрика Шарло. В качестве входных данных использовались FITS-файлы, содержащие карты радиояркости из базы данных за 2018–2019 гг. (http://astrogeo.org/vlbiιmages) и невязки, полученные в результате обработки данных суточных РСДБ-наблюдений на корреляторе DiFX за тот же период времени. При расчётах использовались не пиксели карты радиояркости, содержащейся в FITS-файле, а функции Гаусса, аппроксимирующие карту радиояркости, содержащиеся в том же FITS-файле. Написанная программа позволяет моделировать карты радиояркости путём отбора наиболее ярких структурных элементов карты источника, учёт которых максимально уменьшает СКО невязок. В начале работы была написана программа вычисления структурной задержки сигнала в зависимости от всемирного времени. Для тестирования программы было выполнено сравнение полученной зависимости для радиоисточника NRAO140 (0333+321) с данными из оригинальной статьи. Далее с использованием этой программы были вычислены ионосферно-свободные комбинации структурных задержек в зависимости от звёздного времени. При сравнении полученных задержек для источника 0014+813 с невязками, полученными коррелятором DiFX, была обнаружена схожесть их зависимостей от звездного времени. Так же были вычислены СКО невязок после вычитания из них ионосферно-свободных комбинаций структурных задержек. Было показано, что учёт всех гауссиан модели радиоисточника не приводит к значительному уменьшению СКО для большинства FITS-файлов. Поэтому в программу был добавлен специальный блок, по определенному алгоритму отбирающий гауссианы, учёт которых наилучшим образом уменьшает СКО невязок. Применение данного алгоритма привело к существенному уменьшению СКО невязок при использовании всех FITS-файлов.

Пасынок С.Л. «Апробирование метода исключения медленного тренда из измерений параметров вращения Земли с помощью двойного вейвлет-преобразования» Труды Института прикладной астрономии РАН № 66, с. 29-36 (2023)

При изучении вариаций параметров вращения Земли необходимо корректно исключить из результатов измерений медленный тренд. Как правило, это осуществляется применением соответствующего фильтра или прямого вейвлет-преобразования. Однако результат такой операции зависит от формы фильтра или применяемых базисных функций (в случай вейвлета) и не однозначен. В настоящей статье рассматриваются результаты апробирования одного из методов исключения тренда – метода двойного вейвлет-преобразования, который позволяет исключить медленный тренд (состоящий как из вековой, так и из долгопериодической части) из результатов измерений без значительного искажения формы высокочастотной части исходного сигнала. Этот метод был применен для исключения медленного тренда из наблюдаемых значений параметров вращения Земли (координат земного полюса и вариаций угловой скорости вращения Земли) и последующего уточнения коэффициентов осредненных моделей сезонных вариаций угловой скорости вращения Земли, всемирного времени и движения земного полюса. В качестве измерительных данных использовались данные о параметрах вращения Земли Международной службы вращения Земли и опорных систем. После исключения тренда был проведен анализ остатков с помощью метода наименьших квадратов, в результате которого были уточнены коэффициенты усредненных моделей сезонных составляющих этих вариаций. Качество построенных моделей оценивалось по остаточным невязкам с применением метода быстрого преобразования Фурье. Результаты показали эффективность метода и высокое качество моделей с уточненными коэффициентами.

Самодуров В.А., Тюльбашев С.А., Торопов М.О., Долгушев А.В., Орешко В.В., Логвиненко С.В., Исаев Е.А. «Статистика обнаружений импульсных сигналов в площадке со склонениями от +52 до +56° на частоте 111 МГц» Труды Института прикладной астрономии РАН № 66, с. 37-44 (2023)

Поставлена задача по поиску и статистическому анализу импульсных сигналов во время мониторинговой программы обзора неба на радиотелескопе БСА ФИАН. Основная цель работы – поиск пульсаров и других транзиентов в данных радиотелескопа для новой площадки обзора в полосе склонений +52<δ<+56°. Отработана методика потоковой обработки получаемых данных. Результаты круглосуточного обзора на многолучевой диаграмме БСА ФИАН были последовательно разделены на отрезки по 10 сек. На каждом временном отрезке для каждого интервала наблюдаемых частот определялись основные характерные параметры данных: среднее медианное значение на выделенном отрезке выбранного интервала частот для определенного луча диаграммы, значения максимума и минимума, а также их расположения на временном отрезке, среднеквадратичное уклонение и некоторые другие параметры. Найденные для каждого отрезка параметры данных привязывались к прямому восхождению и записывались в специальные файлы сжатых данных. После чего проводился их статистический анализ в привязке ко времени наблюдения и небесным координатам. Статистическая обработка данных за несколько месяцев (312 суток), записанных в шести частотных каналах с общей полосой 2.5 МГц, показала, что в среднем в каждом из 32 подключенных стационарных лучей наблюдается около 10 импульсов в час. Многие из этих событий взаимосвязаны (проявляют себя сразу в нескольких лучах БСА), и после объединения на один час в среднем обнаруживается 21.4 объединенных события, или примерно одно событие в 3 мин. Всего найдено более 160 тыс. взаимосвязанных событий. При выделении событий, происходящих только в 1–2 соседних лучах радиотелескопа (таковых найдено более 40 тыс.), найдено, что около 55% из них порождены пульсарами (показывают признаки дисперсионных задержек, зависящих от частоты регистрации). Для указанной полосы склонений +52<δ<+56° рассчитана статистика всех импульсных явлений, имеющих признаки дисперсионных задержек, произведен ее анализ. В рамках проведенной работы найдены импульсы от 4 уже известных пульсаров и определены 4 кандидата в новые пульсары.

Трофимов Д.А., Петров С.Д., Чекунов И.В. «Определение азимута по радионаблюдениям геостационарных ИСЗ» Труды Института прикладной астрономии РАН № 66, с. 45-52 (2023)

Работа посвящена проблеме оперативного определения азимута с точностью 1' методом радиоинтерферометрических наблюдений геостационарных спутников Земли для выставки инерциальных навигационных систем. Использование радиоинтерферометрических наблюдений позволит добиться полной метеонезависимости определения азимута. Рассмотрены применяющиеся сейчас методы определения азимута, такие как высокоточная спутниковая навигация, астрономические наблюдения, геодезические и гиротеодолитные измерения. Использующиеся в настоящее время астрономические, геодезические и гиротеодолитные методы определения азимута имеют недостатки, которые не позволяют обеспечить предъявляемые требования. Для решения данной проблемы авторами предложено проводить радиоинтерферометрические наблюдения геостационарных спутников Земли с целью определения азимута. Геостационарные спутники Земли, как правило, являются спутниками связи или телевидения, вследствие чего являются яркими источниками радиоизлучения на небе, и подавить их сигнал гораздо сложнее, чем сигнал ГНСС. Их количество велико (несколько сотен), поэтому с наведением на них не должно возникнуть проблем. Широкое распространение технологий спутниковой связи и телевидения позволит использовать при создании наблюдательной аппаратуры уже апробированные технологические решения. Предварительные расчеты показывают, что получение азимутальной информации с заданной точностью и необходимой оперативностью возможно. Отработаны два способа определения азимута: в условиях известной и неизвестной базы интерферометра. Показано, что метод с известной базой является более быстрым и надежным, без проблем, возникающих в случае применения метода с неизвестной базой. В работе рассмотрены сложности данных методов и предложены перспективы дальнейшего развития.