Автореферат: Высокочувствительные криоэлектронные S/X радиометры для астрометрических и геодинамических РСДБ–исследований

Облучатель, входной блок криогенных радиометров с устройствами преобразования сигналов к промежуточной частоте и синхронизируемыми гетеродинами, с устройствами фазовой и амплитудной калибровок, смонтированы в первичном фокусе.

Для успешного функционирования РСДБ пункта «Симеиз» проведены комплексные исследования аппаратуры наблюдательного пункта (НП). Эти исследования можно разделить на две части:

- исследования параметров системы «радиотелескоп-радиометр» в радиометрическом режиме одиночного радиотелескопа;

- исследования параметров аппаратуры НП в режиме РСДБ сети и исследование характеристик аппаратуры в ходе постпроцессорной обработки данных.

Методика измерений и обработки, а также результаты расчетов подробно представлены в работе. Для иллюстрации достигнутых параметров системы приводятся графики зависимости шумовой температуры от угла места источника по результатам суточного сеанса наблюдений.

На основе детального анализа определены вклады основных составляющих в шумовую температуру системы T_СИС для каждого диапазона (таблицa 2).

Таблица 2. Вклады в шумовую температуру системы

Исследования в режиме РСДБ сети содержали определения амплитудной и фазовой стабильности приемной аппаратуры собственно пункта и определение амплитуды и фазы корреляционного отклика для каждой пары антенн сети. Для исследования стабильности аппаратуры пункта на вход радиометра подавался синхронизированный сигнал генератора пикосекундных импульсов, который выделялся в каждом канале. Обсуждены способы использования сигналов фазовой калибровки для оценки качества работы приемников. Полученные характеристики НП «Симеиз» показывают достаточно хорошую стабильность как фазовых, так и амплитудных характеристик аппаратуры пункта.

Измерения положения инструмента проводились путем наблюдения более 50 опорных радиоисточников, координаты которых известны с точностью лучше 1 мс дуги. Определение положения внегалактических источников и их структуры проводились в рамках шестнадцати наблюдательных сессий по различным программам. В каждой сессии принимало участие от шести до двенадцати станций. Размеры баз, образованных станцией «Симеиз» с некоторыми инструментами, а также ошибки измерений приведены в таблице 3.

Таблица 3. Значения модулей векторов баз

Проекции вектора положения станции «Симеиз» и значения расхождений с предыдущими измерениями других авторов, приведены в таблице 4.

Таблица 4. Проекции вектора положения станции «Симеиз»

Проведенные исследования показали, что оснащение станции «Симеиз» высокочувствительной приемной аппаратурой и широкополосной системой записи позволяет проводить высокочувствительные измерения для геодинамических и радиоастрономических исследований. Это открывает широкие возможности для исследования структуры радиоисточников и высокоточных координатных исследований.

Использование параметра SEFD - эквивалентной плотности потока системы «радиотелескоп-радиометр», оказалось очень удобным для характеристики радиотелескопа, поскольку объединяет в себе две характеристики - эффективную площадь и шумовую температуру. Как пример использования SEFD при планировании и обработке эксперимента использованы результаты международного эксперимента по наблюдениям астероида 1991 JX в Евпатории (РТ-70) в диапазоне 3,5 см, когда для калибровки мощности сигнала нами использовались измерения SEFD антенны на разных высотах. Наше участие в комплексной программе исследований астероида 1991 JX заключалось в подготовке приемной аппаратуры и проведении наблюдений, в получении и анализе результатов.

Радиолокационная астрометрия включала высокоточное определение линейных (радиальная скорость и расстояние Земля-астероид) и угловых координат. Достигнута точность 30 м по расстоянию и 0,3 мм/с по скорости. На основе всей совокупности данных уточнена орбита астероида и составлен надежный прогноз его движения. Созданный впервые межконтинентальный астероидный радиолокатор позволил получить ценные сведения о динамике физических характеристиках исследовавшегося объекта и подтвердил высокие характеристики использованной в Евпатории приемной аппаратуры.

Заключение

В этой части диссертации приводятся основные результаты многолетней исследовательской работы. В табл. 5 сведены данные о шумовых температурах и месте установки разработанных нами приемников.

Таблица 5. Шумовые температуры приемников ИПА РАН

Успешный опыт эксплуатации макетного и экспериментального образцов в Симеизе и Евпатории показал правильность заложенных при проектировании технических решений, что дало возможность получить новые научные результаты применяя S/X криорадиометры для решения различных научных задач.

Здесь же представлены и проанализированы сравнительные SEFD характеристики радиотелескопов из состава мировых РСДБ-сетей с антеннами, оснащенными нашими приемниками. В результате этого сравнения автор приходит к выводу, что тщательная разработка и методичное всестороннее исследование криоэлектронных сверхмалошумящих S/X приемников позволили получить аппаратуру, обладающую параметрами на уровне лучших мировых образцов. Далее сформулированы основные выводы работы, ее практическая ценность и положения выносимые на защиту.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

1. Ипатов А.В., Мардышкин В.В. Радиометр диапазона 4 см с шумовой температурой 20 К. - Тезисы докладов XIV конференции «Радиоастрономическая аппаратура, антенны и методы», Ереван, 1982. - Ереван, 1982. - с. 75.

2. Ипатов А.В., Корольков Д.В., Мардышкин В.В. МКС МСМР-575Н - 1,2/4,5 в составе радиометра КР-4. - Тезисы докладов всесоюзной конференции «Микрокриогенная техника-84», Омск, 1984. - Омск, 1984. - с. 132-133.

3. Госачинский А.И., Ипатов А.В., Мардышкин В.В., Михайлов А.Г., Хайров Р.Р., Лебедь В.И. Двухчастотный криорадиометр на длины волн 13 и 3,5 см. - Тезисы докладов XХI конференции «Радиоастрономическая аппаратура, антенны и методы», Ереван 1989. - Ереван, 1989. - с. 139-140.

4. Радиоинтерферометрический комплекс «КВАЗАР-КВО». Высокочувствительный приемный СВЧ-комплекс: Эскизный проект. - ИПА РАН. - ИЕЛГЭ.01.003.01.02.02 ПЗ. - Ленинград, 1988. - 161 с.

5. Ipatov A.V., Ipatova I.A., Mardyshkin V.V. Cryogenic cooled radiometers for QUASAR network. in VLBI Technology: Progress and Future Observational Possibilities (eds. Sasao T., Manabe S., Kameya O., Iniue M.) Terra Scientific Publishing Company, Tokyo, 1994 - p. 200-204.

6. Исследование возможностей создания сверхмалошумящих высокочувствительных криорадиометров диапазона длин волн 21 см, 13 см, 6 см, 3,5 см, 1,35 см («Риастра»): Отчет о НИР - ИПА РАН; инв. №44. - 1992. - 95 с.

7. Ipatova I., Ipatov A., Mardyshkin V. - Cryogenic cooled radiometer for the QUASAR network. URS/IAU Symposium on ULBI technology, abstract September 6-11, 1993, Kyoto, Japan. - Kyoto, 1993. - p. 24.

8. Выбор оптимальной схемы радиометра, разработка отдельных блоков и узлов для создания сверхмалошумящих высокочувствительных криорадиометров диапазонов длин волн 21 см, 13 см, 6 см, 3,5 см, 1,35 см («Риастра»): Отчет о НИР - ИПА РАН; инв. №51. - 1993. - 51 с.

9. Ipatov A., Ipatova I., Ivanov D., Kutuzov A., Mikhailov A., Mardyshkin V. A New S/X-band Receiver for the Simeis VLBI Station. - Proc. 2nd EVN/JIVE Symposium Torun October 21, 1994. - Torun.-p. 113-116.

10. Кларк Т., Босворт Дж., Ванденберг Н., Гордон Д., Химвич Е., Шаффер Д., Витней А., Корей Б., Ниел А., Томас С., Матвеенко Л.И., Мусин Р.Х., Шевченко А.В., Нестеров Н.С., Степанов А.В., Никитин П.С., Ипатов А.В., Иванов Д.В., Мардышкин В.В., Яцкив Я.С., Медведский М.М. Прецизионные измерения положения станции радиоинтерферометрической сети «Симеиз». - Письма в АЖ. - 1995. - Т. 21, №2. - с. 129-131.

11. Разработка и исследование макетного образца комплекса сверхмалошумящего высокочувствительного радиометра дециметрового и сантиметрового диапазона длин волн («Риастра»): Отчет о НИР - ИПА РАН; инв. №53. - 1994. - 45 с.

12. Stepanov, Yatskiv, Finkelstein, Ipatov, Mardyshkin, Matveenko, Clark and ath. Geodetic VLBI from the RT-22 telescope at Simeis. - 6-th General Assembly of WEGENER, St. Petersburg, 20-24 June, 1994. - p. 45-46.

13. Оборудование радиотелескопа диаметром 22 м (РТ-22) Крымской астрофизической обсерватории радиоинтерферометрической системой МК-III для решения задач геодинамики: Эскизный проект - КрАО; Кацивели, 1992. - 40 с.

14. Иванов Д.В., Ипатов А.В., Мардышкин В.В., Петров Л.Ю., Смоленцев С.Г., Вольвач А.Е., Нестеров Н.С. Первые результаты определения положения станции «Симеиз» по РСДБ-наблюдениям в составе международных сетей. - Тезисы докладов XXVI Радиоастрономической конференции, С. Петербург 18-22 сентября 1995. - С. Петербург. - 1995. - с. 230-231.

15. Байкова А.Т., Брагинская М.В., Пятунина Т.Б., Финкельштейн А.М., Ипатов А.В., Мардышкин В.В., Смоленцев С.Г., Нестеров Н.С. Первые результаты картографирования геодезических радиоисточников на глобальной радиоинтерферометрической решетке, включающей станцию «Симеиз». - Тезисы докладов XXVI Радиоастрономической конференции, С. Петербург 18-22 сентября 1995. - С. Петербург. - 1995. - с. 232-233.

16. Зайцев А.Л., Дорощук О.Н., Ипатов А.В., Игнатов С.П., Колюка Ю.Ф., Кривцов А.П., Маргорин О.К., Мардышкин В.В., Молотов Е.П., Остро С.Дж., Петренко А.Г., Ржига О.Н., Шубин В.П., Юманс Д.К. Радиолокация астероида 1991 JX на волне 3,5 см с помощью межконтинентальной системы Голдстоун - Евпатория. - Тезисы докладов XXVI Радиоастрономической конференции, С. Петербург 18-22 сентября 1995. - С. Петербург. - 1995. - с. 238-240.

17. Мардышкин В.В. Приемники диапазонов 13/3,5 см для радиоастрометрии. - Тезисы докладов XXVI Радиоастрономической конференции, С. Петербург 18-22 сентября 1995. - С. Петербург. 1995. - с. 345-347.

18. Ипатов А.В., Ипатова И.А., Иванов Д.В., Мардышкин В.В., Михайлов А.Г. Радиометры для РСДБ станции в Шанхае. - Тезисы докладов XXVI Радиоастрономической конференции, С. Петербург 18-22 сентября 1995. - С. Петербург. - 1995. - с. 348-349.

19. Бычков А.А., Громов А.В., Ипатов А.В., Мардышкин В.В., Смирнов А.В., Хоменко В.П. Микрокриогенная система для криостатирования МШУ радиоастрономических комплексов. - Тезисы докладов XXVI Радиоастрономической конференции, С. Петербург 18-22 сентября 1995. - С. Петербург. - 1995. - с. 351-352.

20. Ипатов А.В., Мардышкин В.В., Михайлов А.Г., Яцык П.А. Автоматизация управления приемным СВЧ комплексом. - Тезисы докладов XXVI Радиоастрономической конференции, С. Петербург 18-22 сентября 1995. - С. Петербург. - 1995. - с. 356-357.

21. Вольвач А.Е., Миронов М.А., Нестеров Н.С., Поздняков М.М., Ипатов А.В., Иванов Д.В., Мардышкин В.В. Характеристики системы радиотелескоп-радиометр в диапазоне 13/3,5 см для РТ-22, Симеиз. - Тезисы докладов XXVI Радиоастрономической конференции, С. Петербург 18-22 сентября 1995. - С. Петербург. - 1995. - с. 356-357.

22. Горновесов С.Ю., Кольцов Н.Е., Мардышкин В.В., Михайлов А.Г. Цифровой измеритель мощности широкополосных сигналов для радиометра. - Тезисы докладов XXVI Радиоастрономической конференции, С. Петербург 18-22 сентября 1995. - С. Петербург. 1995. - с. 387-388

23. Tsvetkov L.I., Nesterov N.S., Pozdnjakov M.M., Mironov M.A., Strepka I.D., Baranov N.V., Ipatov A.V., Ipatova I.A., Ivanov D.V., Kutuzov A.S., Mardyshkin V.V. and Mikhailov A.G. The Simeiz VLBI station: a applied experience of the S/X-band receiver system. - Proceedings of 5th International symposium on recent advances in microwave technology, Kiev, Ukraine September 11-16, 1995. - Kiev, 1995. - p. 654-657.

24. Нестеров Н.С., Матвеенко Л.И., Кларк Т.А., Босворт Дж., Ванденберг Н., Гордон Д., Химвич Е., Шаффер Д., Витней А., Корей Б., Ниел А., Томас С., Копелянский Г.Д., Мусин Р.Х., Шевченко А.В., Вольвач А.Е., Степанов А.В., Никитин П.С., Ипатов А.В., Мардышкин В.В., Иванов Д.В., Яцкив Я.С., Медведский М.М. РСДБ станция Симеиз - новый статус. - Тезисы докладов XXVI Радиоастрономической конференции, С. Петербург 18-22 сентября 1995. - С. Петербург. - 1995. - с. 229-230.