Способ повышения чувствительности многоэлементного линейного интерферометра

 

Способ повышения чувствительности многоэлементного линейного интерферометра за счет накопления сигнала, вне зависимости от направления на источник используют полную полосу антенно-фидерного тракта и дополнительное накопление сигнала производят не во времени, а по частоте без искажения пространственного распределения радиояркости. Технический результат заключается в повышении чувствительности.

Использование: для абсолютной калибровки одномерных многоэлементных интерферометров по радиоизлучению Луны и дискретных источников и для исследования слабоконтрастных образований в короне Солнца. Достоинством предлагаемого метода является то, что для интерферометров с относительно малой эффективной площадью появляется возможность наблюдения слабых сигналов, не регистрируемых обычными методами. Способ может быть использован в различных системах многоэлементных линейных решеток, имеющих достаточно широкополосные антенно-фидерные тракты и используемых для наблюдения источников с широким спектром излучения.

Изобретение относится к радиоастрономии и предназначено для повышения чувствительности линейных многоэлементных решеток.

Известны способы достижения высокой чувствительности радиотелескопов с заполненной апертурой за счет увеличения времени накопления сигнала и расширения полосы принимаемых частот [1]. Однако эти способы прямо не применимы при наблюдениях на интерферометрах: угловые координаты главных лепестков диаграммы направленности (ДН) интерферометров зависят от частоты и расширение полосы принимаемых частот приводит к замытию ДН; при больших размерах интерферометров для увеличения времени накопления технически не возможно реализовать сопровождение наблюдаемого источника с использованием фазового сканирования [2].

Наиболее близким методом повышения чувствительности за счет увеличения времени накопления является использование периодов скольжения наблюдаемого источника вдоль ДН интерферометра, но это возможно только в строго определенные моменты времени и при ограниченных высотах источника [3].

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков прототипа.

Сущность изобретения: способ повышения чувствительности многоэлементного линейного интерферометра заключается в том, что вне зависимости от направления на источник используется полная полоса антенно-фидерного тракта за счет применения многоканального приемного устройства и специальных методов обработки.

Способ реализуется следующим образом. Модуль спектра отклика линейного интерферометра зависит от распределения радиояркости по углу в направлении, перпендикулярном к его "ножевой" ДН [3]. При этом ширина ДН также зависит от ширины полосы частотного канала и для обеспечения высокого углового разрешения она должна быть достаточно узкой, что ограничивает чувствительность инструмента. Предлагается снять это ограничение, соответственно повысить чувствительность путем усреднения информации, зарегистрированной по всем частотным каналам в рабочей полосе радиотелескопа.

При использовании многоканального приемного устройства (анализатора спектра любого типа) однократная запись всех используемых каналов представляет собой одномерное распределение радиояркости по углу в данный момент - частотный скан. Если рассматривать выходной сигнал каждого канала в зависимости от времени, то будем иметь соответствующее числу каналов множество распределений радиояркости, полученные сканированием за счет вращения Земли - временных сканов. Если пренебречь изменением ширины ДН с частотой в данном порядке интерференционной картины, то эти временные сканы будут отличаться лишь сдвигом по времени и периодом. Для обеспечения возможности усреднения временные сканы должны быть выделены по периоду и приведенных к одному временному положению.

Алгоритм усреднения работает следующим образом: прежде всего задается интервал времени, на котором желательно получить усредненные сканы, процедура, непосредственно выполняющая усреднение, определяет список порядков интерференционной картины, соответствующих заданному интервалу времени и, если этот список не пуст, выполняет цикл построения усредненных сканов. Элементами цикла являются: позиционирование в записи на время, соответствующее данному порядку, вычисление длины скана и смещение каждого скана в отсчетах, суммирование отсчетов, соответствующих определенному положению ДН на небесной сфере с учетом вычисленного смещения, вывод скана в заданном формате в заданный выходной файл.

Использование этого метода в одном порядке интерференционной картины позволяет повысить чувствительность в где N - отношение полной полосы к полосе частотного канала. Метод проверен при наблюдениях на Сибирском солнечном радиотелескопе, который представляет собой две ортогональные линейные решетки по 128 антенн каждая [4]. Ширина полосы антенно-фидерного тракта составляет 112 МГц при полосе отдельного канала - 500 кГц. Выигрыш в чувствительности ~ в 15 раз. Метод позволяет уверенно регистрировать радиоизлучение Луны, с использованием наблюдений в одном порядке интерференционной картины (время наблюдения 3-5 мин), и квазара 3C273, с использованием нескольких порядков (около 30 мин).

Источники информации 1. Н. А.Есепкина, Д.В.Корольков, Ю.Н.Парийский, Радиотелескопы и радиометры. - М.: Наука, 1973 г.

2. Г.Б.Гельфейх и др. К вопросу о создании радиогелиографа с высокой разрешающей способностью. Результаты наблюдений и исследований в период МГСС. Сибирь и Дальний Восток. - М.: Наука, 1967, вып. 4, стр. 168-179.

3. Т.А.Тресков. Наблюдения Солнца на линейных интерферометрах с частотным сканированием. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. - М.: Наука, 1983, вып. 64, стр. 188-199.

4. Г.Я.Смольков и др. Сибирский солнечный радиотелескоп. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. - М.: Наука, 1990 г., вып. 91, стр. 146 - 158.

Формула изобретения

Способ повышения чувствительности многоэлементного линейного интерферометра за счет накопления сигнала, отличающийся тем, что вне зависимости от направления на источник используют полную полосу антенно-фидерного тракта и дополнительное накопление сигнала производят не во времени, а по частоте без искажения пространственного распределения радиояркости.