Кузьмина Н.В., Тарасов С.М., Цодокова В.В. «Компенсация систематической составляющей погрешности автоматизированного астрономического универсала, обусловленной сбоями синхронизации данных» Труды Института прикладной астрономии РАН № 71, с. 3-8 (2024)

Статья посвящена алгоритмической компенсации систематических составляющих погрешностей определения астрономических долгот и азимутов автоматизированным астрономическим универсалом. Рассматриваемое устройство представляет собой оптико-электронный прибор, основными составными частями которого являются: объектив, телевизионная камера, приемник сигналов спутниковых навигационных систем, приводы вертикального и горизонтального наведения, система горизонтирования, блок обработки и управления. Посредством приемника сигналов спутниковых навигационных систем производится определение значений всемирного координированного времени UTC, а также формирование сигналов синхронизации. По сигналам синхронизации телевизионной камерой осуществляется регистрация кадров с изображениями звезд, при этом с каждым сигналом передается значение времени UTC. В результате сбоев в работе аппаратуры (телевизионной, спутниковой) или нарушения логики работы программного обеспечения может возникнуть ошибочная временная привязка зарегистрированного кадра, которая, в первую очередь, повлияет на точность вычисления Гринвичского звездного времени и в итоге приведет к появлению систематических составляющих погрешностей определения астрономических долгот и азимутов, не позволяющих обеспечить требуемые точностные характеристики автоматизированного астрономического универсала. В работе аналитически оценивается влияние погрешностей синхронизации данных на точность определения астрономических долгот и азимутов и предлагается алгоритм обнаружения и компенсации указанных погрешностей. Погрешность определения азимута выявляется по разности результатов астрономических наблюдений, произведенных вблизи плоскости меридиана при двух диаметрально противоположных направлениях визирной оси прибора (к северу и к югу от зенита), а долготы – по разности значений уклонения отвесной линии в плоскости первого вертикала, одно из которых получено в результате астрономических наблюдений в околозенитной области, а второе снято со специальных карт или рассчитано, например, гравиметрическим методом. Кроме того, в работе формулируются требования, выполнение которых необходимо для успешной реализации предложенной алгоритмической компенсации, а также определяется диапазон широт, в котором эти требования могут быть выполнены.

Маршалов Д.А., Гренков С.А., Кольцов Н.Е., Федотов Л.В. «Универсальная цифровая система обработки сигналов для радиотелескопов» Труды Института прикладной астрономии РАН № 71, с. 9-17 (2024)

Для радиоастрономических наблюдений в России используются радиотелескопы с антеннами разного диаметра, в том числе 32- и 13.2-метровые радиотелескопы РТ-32 и РТ-13 комплекса «Квазар-КВО». Эти радиотелескопы оснащены научной аппаратурой, используемой для проведения наблюдений: высокочувствительными радиоастрономическими приемными системами, рассчитанными на разные диапазоны частот и полосы промежуточных частот, системами преобразования, обработки и регистрации сигналов. Для работы в составе радиоинтерферометра со сверхдлинными базами для радиотелескопов РТ-32 разработаны и используются до сих пор узкополосные полуцифровые системы обработки сигналов Р1002М, для РТ-13 применяются широкополосные цифровые системы. Радиометрические и спектральные наблюдения выполняются с использованием специально разработанных цифровых систем регистрации. В ИПА РАН была разработана многофункциональная система преобразования сигналов на основе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) и высокоскоростных аналого-цифровых преобразователей. Это позволило на ее основе создать универсальную цифровую систему обработки сигналов для радиотелескопов. Рабочий диапазон системы в 0–2 ГГц обеспечивает совместимость по диапазонам промежуточных частот, а наличие до 12 широкополосных каналов позволяет независимо обрабатывать сигналы, поступающие с выходов радиоастрономических приемных устройств. Возможность регистрации сигналов в широких полосах 512, 1024 или 2048 МГц повышает чувствительность радиотелескопа, а в случае использования антенн малого диаметра дает возможность сохранить приемлемое для наблюдений отношение сигнал/шум. Режим регистрации 16 независимо перестраиваемых узкополосных (0.5–32 МГц) частотных каналов внутри рабочей полосы частот обеспечивает сопряжение с существующими системами, дает возможность установки специальных настроек и может быть использован при организации наблюдений КА и ИСЗ. Стандартный формат данных и выходной интерфейс 10/40GE дают возможность сопряжения с любыми системами регистрации и буферизации данных. Созданная система способна работать в режимах радиометрической регистрации и спектральных наблюдений. Она подходит для любых радиотелескопов, независимо от размеров антенны и типа радиоприемного оборудования, способна заменить на радиотелескопе всю аппаратуру обработки сигналов и обеспечить их регистрацию данных большинства радиоастрономических наблюдений. Опытные образцы разработанной системы установлены на радиотелескопах РТ-13 и РТ-32 в обсерваториях «Светлое» и «Зеленчукская» и уже участвуют в различных радиоастрономических наблюдениях. В статье подведены итоги создания универсальной цифровой системы для радиотелескопов. Приведены параметры и варианты исполнения системы. Рассмотрены алгоритмы и конфигурация программируемых логических интегральных схем для всех режимов работы системы. Представлены некоторые результаты ее использования на радиотелескопах.

Смирнов С.С., Петров С.Д., Трофимов Д.А., Чекунов И.В. «Определение координат и времени пункта по локальным радиосигналам» Труды Института прикладной астрономии РАН № 71, с. 18-25 (2024)

Работа посвящена альтернативным по отношению к глобальным навигационным спутниковым системам (ГНСС) способам определения координат и времени локального пункта. В настоящее время ГНСС являются практически безальтернативным средством определения координат и времени на транспорте и в беспилотной технике. В то же время ГНСС уязвимы к средствам радиоэлектронной борьбы (РЭБ), которые могут применяться как злоумышленниками или противниками, так и органами обеспечения правопорядка. На основе обзора существующих подходов к решению подобных проблем предложена локальная радионавигационная система, базирующаяся на компактных транспортируемых радиомаяках, которая может быть альтернативой ГНСС. Описаны преимущества подобной локальной радионавигационной системы над другими альтернативными средствами навигации. Основные преимущества заключаются в возможности быстрого развертывания и сворачивания данной системы, за счет массогабаритных характеристик маяков, обеспечивающих их ручную переноску, а также в возможности обеспечения в перспективе селективного доступа за счет быстрой смены несущей частоты по заранее оговоренному правилу. Также подобная быстрая смена частот повышает устойчивость системы к средствам РЭБ, предназначенным как для глушения сигнала, так и для его подмены. Рассмотрены общие принципы построения локальной радионавигационной системы, существующие аналоги. Основная идея заключается в использовании дальномерного псевдослучайного кода, аналогичного кодам, используемых в ГНСС. Данный подход упрощает работу, позволяя использовать уже отработанные алгоритмы. Описана реализация макета локальной радионавигационной системы на основе имеющихся на рынке доступных технических решений. Был выполнен эксперимент по определению координат движущегося объекта, приведены условия выполнения эксперимента и его результаты. На данный момент основная проблема в части аппаратного обеспечения – отсутствие встроенного хранителя времени и частоты, в дальнейшем планируется его включение в состав аппаратуры. Основной проблемой при обработке измерений с целью получения координат являются многочисленные переотражения, вызванные зданиями и деталями рельефа. Возможными решениями данной проблемы может стать использование приемных антенн, аналогичных ГНСС-антеннам с технологией Choke-ring, а также модификация программного обеспечения по обработке сигнала, которая позволит производить фильтрацию переотраженных сигналов.

Гаврилов Д.А., Сахно И.В., Суркис И.Ф. «Перспективы применения радиоинтерферометрических средств для высокоточных траекторных измерений в области геодезических и навигационных систем» Труды Института прикладной астрономии РАН № 71, с. 26-33 (2024)

Одним из возможных путей повышения точности определения орбит космических аппаратов является использование технологии, основанной на РСДБ, которая позволяет ввести в систему уравнений по определению начальных условий вектора состояния космического аппарата высокоточные угломерные (или разностно-дальномерные) измерения и, в конечном итоге, повысить точность навигационно-баллистического обеспечения. Для оценки точности измерений проведены эксперименты по наблюдению КА ГЛОНАСС радиотелескопами РСДБ-комплекса «Квазар-КВО». Обработка наблюдений выполнена двумя методами: кодовые и фазовые задержки получены средствами Matlab в режиме одиночной антенны и разностных сигналов; групповые и фазовые задержки получены штатным Программным коррелятором РСДБ-комплекса «Квазар-КВО». Приведено сравнение результатов. При обработке средствами Matlab короткого (секундного) интервала наблюдений в режиме одиночной антенны получены точности кодовых задержек 400–500 мм и фазовых 0.2–0.3 мм. Следующий эксперимент был более длительным, на 300-секундном скане и секундном периоде накопления средствами Matlab получены точности разностных сигналов 75.1 мм кодовой и 0.5 мм фазовой задержки. Этот же эксперимент обработан Программным коррелятором РСДБ-комплекса, получены групповые задержки с точностью 23.8 мм и фазовые задержки с точностью 0.5 мм. Наблюдается хорошая сходимость между задержками, полученными средствами Matlab и Программным коррелятором. Достигнута высокая инструментальная точность задержек, что позволяет сделать вывод о перспективности и целесообразности дальнейших исследований в области РСДБ-технологий в приложении к траекторным измерениям космического аппарата.

Мовсесян П.В., Щербакова Н.В., Горшков В.Л., Петров С.Д., Трофимов Д.А. «База геодинамических данных для русской платформы» Труды Института прикладной астрономии РАН № 71, с. 34-39 (2024)

Работа посвящена созданию базы геодинамических данных, аккумулирующей данные с ГНСС-станций, входящих в различные сети, как научные, так и коммерческие. База предназначена для исследования геодинамики Русской (Восточно-Европейской) платформы, что ограничивает территориальное расположение станций, входящих в базу. Из-за того что в базе имеются данные о более чем восьмиста станциях, ручная обработка и визуализация всех данных является слишком трудоемкой задачей. База данных, рассматриваемая в работе, создается на основе базы данных, созданной в ГАО РАН, но с применением новых методов хранения, обработки и визуализации данных. Это позволяет значительно упростить процесс визуализации положений станций и их данных, снижая необходимость в трудоемкой ручной обработке. Процесс обработки сырых данных состоит из ГНСС-обработки и последующего анализа ряда получаемых положений станций. Была выполнена автоматизация процессов загрузки данных станций. Автоматизирована обработка ГНСС-наблюдений, хранящихся в базе. За счет более высокой степени автоматизации ожидается упрощение поддержки обработки столь высокого числа станций, что уменьшит задержки между появлением сырых данных и получением их координат и скоростей. Помимо визуализации и обработки данных базы реализована возможность получения текущего состояния таблиц с положениями для самостоятельного анализа в машиночитаемом формате.

Олейников М.И., Широбоков В.В., Додонов С.Н., Шуйгина Н.В. «Разработка отечественного астрофотометрического каталога звезд всего неба в интересах обеспечения оптико-электронных информационных систем» Труды Института прикладной астрономии РАН № 71, с. 40-45 (2024)

Рассмотрены вопросы, связанные с созданием отечественного астрофотометрического каталога звезд всего неба, который необходим для решения задач астроориентации, астронавигации, а также определения блеска естественных и техногенных объектов, находящихся в околоземном космическом пространстве. Современные каталоги звезд должны содержать максимально полную и точную информацию о фотометрических характеристиках звезд, их координатах, а также об их собственных движениях. Астрометрические каталоги периода до GAIA существенно зависели от точности определения ошибок собственных движений звёзд, что приводило к «старению» каталогов и затрудняло их использование в системах астроориентации и астронавигации. Приведен краткий обзор современных каталогов с целью выявления проблем использования существующих астрометрических и фотометрических каталогов звезд. Анализ показал, что основные фотометрические каталоги звезд неоднородны (для разных зон использованы разные телескопы, детекторы и фильтры), страдают от неполноты, требуют сложных пересчетов звездных величин из одной фотометрической системы в другую. Рассмотрены вопросы по созданию и поддержанию отечественного фотометрического и астрометрического каталога звезд всего неба в интересах обеспечения оптико-электронных информационных систем. Определены основные его потребители в части использования данных каталога информационными оптико-электронными системами различного назначения. Определены требования, предъявляемые к таким каталогам, как в части полноты фотометрических данных, так и в части астрометрических данных. Выявлена необходимость создания централизованной системы поддержания такого каталога и доведения до любых заинтересованных потребителей требуемой координатной и фотометрической информации в части фоновой звёздной обстановки, в том числе в ближнем ИК-диапазоне. Сформулированы предложения в направлении работ по созданию сети широкоугольных телескопов, необходимых для поддержки отечественного фотометрического и астрометрического каталога звезд всего неба.