Тиссен В.М., Толстиков А.С., Шувалов Г.В. «Исследование вариаций в перемещениях северного полюса для повышения точности прогнозов изменений его координат» Труды Института прикладной астрономии РАН № 70, с. 3-12 (2024)

Представлены исследования, касающиеся особенностей перемещения географического северного полюса. Были выявлены главные составляющие этого перемещения, которые условно разделены на три группы. В первую группу включены долгопериодические гармонические компоненты, аппроксимирующие трендовые вариации движения северного полюса. Вторая группа представлена некоторым ограниченным числом незначительных по мощности гармоник с периодами от двух до десяти лет, суперпозицию которых предложено использовать для моделирования квазипериодических вариаций. Третья группа включает наиболее значимые по мощности компоненты, с помощью которых получены модели главных вариаций: свободного чандлеровского и годового периодов. Кроме этого, в графическом виде показана остаточная высокочастотная составляющая движения полюса, имеющая характер белого шума. Особое внимание уделено регулярным вариациям, которые представлены чандлеровским периодом с нестабильными параметрами и годовой волной, природа которой имеет вынужденный характер, и поэтому годовой период носит более стабильный характер в сравнении с другими вариациями. Для аппроксимации перечисленных вариаций предложены гармонические модели, состоящие из групп гармоник подобранных по рассмотренным в статье признакам и критериям. При этом оценка параметров гармонических компонент данных вариаций производилась на различных по продолжительности временных интервалах. Приведен необходимый графический материал, поясняющий характер перечисленных вариаций и суть разработанного авторами метода прогнозирования координат полюса за последние 23 года. Характер вариаций показан в графическом виде на интервале последних 23 лет. К числу интересных результатов выполненных по теме статьи исследований следует отнести полученную модель изменения амплитуды чандлеровского периода за анализируемый период. Так, например, за период с 2006 по 2017 гг. наблюдается постепенное уменьшение амплитуды чандлеровского периода вплоть до нулевого значения, а с 2020 г. по настоящее время происходит аналогичное ее увеличение. Оценка параметров моделей перечисленных вариаций выполнена методами сингулярного спектрального анализа и наименьших квадратов на интервале известных значений координат полюса от 15 до 50 лет в зависимости от типа исследуемой вариации. Практическая реализация предлагаемого метода выразилась в создании программ прогнозирования координат полюса на любые задаваемые сроки. Точность вычисляемых прогнозов с помощью данных программ по оценкам независимых экспертов превышает точность аналогичных прогнозов, выставляемых на сайте Международной службы вращения Земли.

Шамов А.О. «Методы геодезического контроля зеркальных систем радиотелескопов РТ-32, РТ-13» Труды Института прикладной астрономии РАН № 70, с. 13-18 (2024)

Зеркальные системы радиотелескопов РТ-32 и РТ-13 состоят из двух основных элементов: главного зеркала (рефлектора) и вторичного (контррефлектора). От качества их исполнения не в последнюю очередь зависит точность получаемых данных в результате РСДБ-наблюдений. В связи с этим возникает необходимость в проведении работ по оценке геометрических показателей поверхности зеркальных систем радиотелескопов, входящих в состав радиоастрономических обсерваторий комплекса «Квазар-КВО». В процессе проведения данных мероприятий применялись различные методы геодезического контроля. В рамках работ по модернизации отражающей поверхности контррефлектора РТ-32 применялись контактный метод и метод поэтапного сканирования поверхности. Далее для оценки точности отражающей поверхности контррефлектора РТ-32 применялся фотограмметрический метод исследования, который впоследствии использовался в измерениях зеркальной системы РТ-13. В результате наиболее подходящим методом геодезического контроля зеркальных систем радиотелескопов РТ-32, РТ-13 стал фотограмметрический метод исследования. Данное обстоятельство в большей степени связано с высокой точностью получаемого результата в условиях работы на открытом воздухе. Однако стоит отметить, что в случае повышения точности безотражательных лазерных систем метод поэтапного сканирования станет наиболее приемлемым для выполнения данных видов работ. По итогу контрольных измерений было выяснено, что СКО геометрии отражающей поверхности контррефлектора РТ-32 обсерваторий «Светлое», «Зеленчукская», «Бадары» составляет: 0.34, 0.38 и 0.31 мм соответственно, СКО геометрии отражающей поверхности РТ-13 обсерватории «Светлое» следующая: рефлектор – 0.19 мм, контррефлектор – 0.18 мм.

Медведев С.Ю., Мишагин К.Г., Рыжков А.В., Сахаров Б.А., Шварц М.Л. «Особенности формирования достоверной шкалы времени в сетях связи» Труды Института прикладной астрономии РАН № 70, с. 19-24 (2024)

Для обеспечения функционирования современных сетей связи реализуются специальные системы частотной (тактовой) и временной (фазовой) синхронизации, которые, как правило, основаны на использовании приёмников ГНСС. Однако такие системы нельзя считать надежным из-за различных помех, воздействующих на приемники ГНСС и приводящих к полной потере синхронизации. Требуются альтернативные решения для систем частотно-временного обеспечения. Одно из таких решений предлагается в данной работе. В работе анализируются доступные технологии и требования для частотно-временного обеспечения современных систем связи. С помощью численного моделирования и качественных оценок исследуется ожидаемое время автономного хранения шкалы атомных часов для заданной точности. В результате проведенного анализа сделан вывод о том, что перспективным решением проблемы обеспечения надёжности системы частотно-временной синхронизации является применение ведущих сетевых часов на основе прецизионных хранителей времени – квантовых стандартов частоты, корректируемых относительно UTC с достаточно большим периодом при контроле качества принимаемого сигнала. Использование пассивных водородных стандартов частоты позволит осуществлять коррекции приблизительно раз в две недели либо реже при требовании допустимого отклонения шкалы времени от UTC не более 100 нс. Для повышения надежности системы предлагается использовать два стандарта частоты и дополнительное устройство обнаружения помех типа spoofing. Рассмотренная структура системы формирования и коррекции шкалы времени ведущих сетевых часов на основе технологии APNT может лечь в основу будущих когерентных систем частотно-временного обеспечения, которые позволят повысить надёжность формирования единых шкал времени и эталонной частоты для сети связи общего пользования.

Кузнецов В.Б. «Определение параболической орбиты в компланарном (близкомпланарном) случае» Труды Института прикладной астрономии РАН № 70, с. 25-33 (2024)

Предложен алгоритм поиска решения для определения параболической орбиты в компланарном случае: когда плоскость искомой орбиты совпадает с плоскостью движения наблюдателя. Ситуация, когда все действие происходит в одной плоскости (компланарность), затрудняет определение орбиты. Так, в уравнении, связывающем между собой три топоцентрических расстояния, появляются особенности, не позволяющие выразить одно из них через два других. На практике этому случаю соответствуют близпараболические орбиты комет, имеющие очень малый наклон к плоскости эклиптики. В отличие от случая произвольного эксцентриситета, для определения параболической орбиты всегда достаточно трёх наблюдений. Определение параболической орбиты сводится к решению системы алгебраических уравнений для двух безразмерных переменных. Алгоритм поиска решения компланарного случая является модификацией некомпланарного, описанного ранее. Он основывается на поиске минимумов целевой функции методом Нелдера–Мида по симплексу. Основные изменения связаны с переходом к другим переменным. Так, компоненты единичного вектора нормали к плоскости искомой орбиты были заменены на нормированные безразмерные топоцентрические расстояния. Это позволило избежать потери точности из-за малости значений координат ^{Nxs, Nys} и при этом сохранить замкнутость и безразмерность области поиска. Другая важная замена связана с отказом от уравнения, связывающего три топоцентрических расстояния в пользу уравнения, не имеющего особенности в компланарном случае. В качестве примера приведены результаты определения орбиты кометы C/1984 U1 Shoemaker с наклоном орбиты к плоскости эклиптики 179.21°. Показано, что использование обычной программы, предназначенной для некомпланарного случая, не позволяет найти искомую орбиту. Замена переменных, являющихся компонентами вектора нормали к орбите, на безразмерные топоцентрические расстояния позволяет получить решение, которое плохо представляет среднее наблюдение. И, наконец, отказ от использования условия компланарности радиус-векторов орбиты для связи между собой топоцентрических расстояний в пользу алгебраического выражения, не зависящего от наклона орбиты к плоскости эклиптики, позволяет определить орбиту с достаточной точностью.

Безруков И.А., Сальников А.И., Васильев В.В., Вылегжанин А.В. «Оценка производительности современных дисковых накопителей с целью их использования для буферизации и передачи РСДБ-данных» Труды Института прикладной астрономии РАН № 70, с. 34-38 (2024)

В настоящее время в ИПА РАН в трех обсерваториях («Светлое» в Ленобласти, «Зеленчукская» в КЧР, «Бадары» в Бурятии) эксплуатируется 12 систем буферизации и передачи данных, которые включают порядка 250 накопителей на твердых магнитных дисках форм-фактора 3.5''. Основная задача систем буферизации и передачи данных заключается в высокоскоростной регистрации данных наблюдений, временном хранении большого объема данных и оперативной передаче этих данных в центр корреляционной обработки ИПА РАН, а также в международные центры обработки. Существенное увеличение объема данных наблюдений предъявляет высокие требования к надежности и производительности дисковых накопителей систем буферизации и передачи данных. Оценка последней была представлена в статье «Исследование производительности дисковой подсистемы системы буферизации и передачи данных», опубликованной в 2018 г. В соответствии с рекомендациями по результатам проведенных исследований, во всех системах буферизации и передачи данных была проведена установка накопителей SAS и NearLine SAS (NL-SAS) HDD дисков объемом 6 ТБ. Для обеспечения наблюдений с возросшим объемом данных планируется использовать современные дисковые накопители объемом более 6 ТБ на жестких магнитных дисках HDD и твердотельные дисковые накопители SSD. Следует отметить, что объем и надежность дисковых накопителей обоих типов различных производителей в настоящее время существенно выросли. Как отмечается в спецификации производителей, по параметру UER (Unrecoverable Error Rate) SSD-накопители даже надежнее HDD-дисков и проигрывают им только по объему и стоимости. Однако в IT-индустрии последняя грань постепенно стирается. В связи с новыми предложениями производителей дисковых накопителей объемом более 6 ТБ и появлением более совершенного серверного оборудования, а также новых версий операционных и файловых систем, потребовалось провести оценку возможности использования современных дисковых накопителей в системах буферизации и передачи данных. В статье представлены результаты тестирования новых версий дисковых накопителей для системы буферизации и передачи данных, которые обеспечивают как высокую скорость чтения/записи, так и достаточной большой дисковый объем.

Маршалов Д.А., Бердников А.С., Гренков С.А., Федотов Л.В., Шейнман Ю.С., Михайлов А.Г., Устинов А.Б., Рахимов И.А., Исаенко А.В. «Модернизация системы преобразования сигналов радиотелескопа РТ-32 обсерватории "Светлое"» Труды Института прикладной астрономии РАН № 70, с. 39-49 (2024)

С 2011 г. по настоящее время на 32-метровых радиотелескопах (РТ-32) радиоинтерферометрического комплекса «Квазар-КВО» эксплуатируются отечественные системы преобразования сигналов Р1002М. За счет применения цифровой обработки сигналов на видеочастотах (до 32 МГц) система позволила заметно сократить инструментальные потери, возникающие при преобразовании сигналов. Развитие элементной базы и методов обработки сигналов привели к созданию более совершенной многофункциональной системы преобразования сигналов (МСПС), выполняющей обработку сигналов в диапазоне промежуточных частот в цифровом виде. МСПС построена по модульному принципу, имеет широкие возможности по переконфигурированию режимов работы за счет используемых в своем составе программируемых логических интегральных схем, а конструктивное исполнение системы обеспечивает ее размещение на подвижной части антенны. С 2020 г. опытный образец МСПС штатно эксплуатируется на 13-метровом радиотелескопе обсерватории «Светлое» комплекса «Квазар-КВО». В текущем году начаты работы по модернизации системы преобразования сигналов радиотелескопа РТ-32 обсерватории «Светлое» путем перехода от Р1002М к МСПС. Для размещения на антенне РТ-32 потребовалась незначительная модификация аппаратных и расширение программных средств МСПС, а также сопряжение с другими системами и комплексами радиотелескопа. В работе представлены сделанные в системе изменения и текущие результаты работы по модернизации аппаратуры преобразования сигналов на радиотелескопе РТ-32, а также результаты тестовых наблюдений на РТ-32 с использованием МСПС.

Урунова Р.М., Курдубов С.Л. «Анализ свободной нутации ядра Земли на основе обработки РСДБ-наблюдений» Труды Института прикладной астрономии РАН № 70, с. 50-55 (2024)

Целью данной работы является изучение временного ряда поправок к координатам небесного полюса Земли за период 1979–2022 гг., полученных по РСДБ-наблюдениям. Считается, что такой ряд может быть описан эмпирической моделью свободной нутации ядра Земли. Действующие модели свободной нутации ядра Земли основываются на одной частоте, которая соответствует периоду около 430 дней, с переменной фазой и амплитудой. Недостатком данных моделей является то, что ошибка прогноза резко возрастает при вычислении значений поправок за пределами интервала наблюдений, на котором эти модели и были построены. Поэтому было принято решение построить собственную эмпирическую модель, которая позволяла бы предсказывать значения для любого момента времени независимо от интервала, на котором будут определены ее параметры. Исходными данными для этой модели является ряд поправок к координатам небесного полюса, полученный после вторичной обработки РСДБ-наблюдений программным пакетом QUASAR. В процессе исследования был использован спектральный анализ для выделения частотных характеристик изменений координат небесного полюса. Так как полученный временной ряд поправок является неравномерным, то для его анализа была построена периодограмма Ломба–Скаргла. Спектр полученного ряда сравнивался со спектром равномерного временного ряда finals, предоставляемого Международной службой вращения Земли и систем отсчета. Чтобы сравнение спектров равномерного и неравномерного рядов было корректным, была построена периодограмма Ломба–Скаргла также и для равномерного временного ряда, так как она применима в обоих случаях. Полученные спектры мы рассматривали как спектр биения, возникшего при наложении двух гармоник. Частоты этих гармоник были определены из периодограммы. Чтобы определить соответствующие им амплитуды, был применен линейный метод наименьших квадратов, а для уточнения этих значений был применен нелинейный метод наименьших квадратов. В результате мы получили эмпирическую модель свободной нутации ядра Земли, которая включает в себя набор коэффициентов, вычисленных на основе обработанных данных. Полученные гармоники соответствуют периодам – 422 и – 441 день. Полученная модель может быть использована для коррекции предсказанных рядов поправок к координатам небесного полюса.