Использование широкополосных цифровых приемников в интерферометрических наблюдениях сети УРАН

Использование широкополосных цифровых приемников в интерферометрических наблюдениях сети УРАН

Предмет и цель работы: Целью работы является повышение эффективности интерферометрических исследований источников космического излучения на декаметровых волнах. Результаты: Для реализации данного подхода разработано программное обеспечение для выделения узких полос из широкополосного сигнала с преоб...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2017
Автори: Шепелев, В.А., Коноваленко, А.А., Литвиненко, О.А., Исаева, Е.А., Ващишин, Р.В.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Радіоастрономічний інститут НАН України 2017
Назва видання:Радиофизика и радиоастрономия
Теми:
Радиоастрономия и астрофизика
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130281
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Использование широкополосных цифровых приемников в интерферометрических наблюдениях сети УРАН / В.А. Шепелев, А.А. Коноваленко, О.А. Литвиненко, Е.А. Исаева, Р.В. Ващишин // Радиофизика и радиоастрономия. — 2017. — Т. 22, № 4. — С. 247-255. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-130281
record_format dspace
spelling irk-123456789-1302812018-02-11T03:02:11Z Использование широкополосных цифровых приемников в интерферометрических наблюдениях сети УРАН Шепелев, В.А. Коноваленко, А.А. Литвиненко, О.А. Исаева, Е.А. Ващишин, Р.В. Радиоастрономия и астрофизика Предмет и цель работы: Целью работы является повышение эффективности интерферометрических исследований источников космического излучения на декаметровых волнах. Результаты: Для реализации данного подхода разработано программное обеспечение для выделения узких полос из широкополосного сигнала с преобразованием форматов хранения данных и метода синхронизации DSPZ к виду, используемому при записи информации в приемниках УРАН. Проведены наблюдения квазара 3С380 на интерферометре УРАН-2 с базой 153 км с одновременной записью сигналов приемниками DSPZ и УРАН. При этом проверены надежность синхронизации данных на пунктах интерферометра, эффективность алгоритма автоматического удаления помех в низкочастотной части декаметрового диапазона, совпадение результатов полученных с помощью DSPZ и УРАН. В работе также проанализирована возможность расширения полосы частотных каналов регистрируемых данных для повышения чувствительности наблюдений. Приведены факторы, ограничивающие ширину полосы на декаметровых волнах, отмечены условия, в которых возможно ее увеличение. Предмет та мета роботи: Метою роботи є підвищення ефективності інтерферометричних досліджень джерел космічного випромінювання на декаметрових хвилях. Результати: Для реалізації даного підходу розроблено програмне забезпечення для виділення вузьких смуг з широкосмугового сигналу з перетворенням форматів збереження даних і методу синхронізації DSPZ до виду, що використовується для запису інформації в приймачах УРАН. Виконано спостереження квазару 3С380 на інтерферометрі УРАН-2 з базою 153 км з одночасним записом сигналів приймачами DSPZ і УРАН. При цьому перевірено надійність синхронізації даних на пунктах інтерферометра, ефективність алгоритму автоматичного видалення перешкод в низькочастотній частині декаметрового діапазону, збіг результатів отриманих за допомогою DSPZ і УРАН. В роботі також проаналізовано можливість розширення смуги частотних каналів для підвищення чутливості спостережень. Наведено фактори, що обмежують ширину смуги на декаметрових хвилях, зазначено умови, за яких можливо її збільшення. Purpose: The goal of the work is improving the efficiency of interferometric studies of cosmic radio sources at decameter waves. Findings: To implement this approach, we developed the software which singles out the narrow bands from a broadband signal and converts data storage formats and synchronization marks used in DSPZ to the form used in URAN receivers for information recording. We have observed the 3C380 quasar using the URAN-2 interferometer with the baseline of 153 km with simultaneous recording of signals with the DSPZ and URAN receivers. The data synchronization reliability at the interferometer sites, the efficiency of the interference removal automatic algorithm in a low-frequency part of the decameter range, the coincidence of the results obtained with the DSPZ and URAN were checked during observations. The paper also analyzed the possibility of expansion of the recorded data bandwidth to improve the sensitivity of observations. We considered the factors limiting the bandwidth at the decameter wavelengths and the conditions in which its expanding is possible are noted. 2017 Article Использование широкополосных цифровых приемников в интерферометрических наблюдениях сети УРАН / В.А. Шепелев, А.А. Коноваленко, О.А. Литвиненко, Е.А. Исаева, Р.В. Ващишин // Радиофизика и радиоастрономия. — 2017. — Т. 22, № 4. — С. 247-255. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1027-9636 PACS: 95.55.Jz, 95.75.Kk DOI: doi.org/10.15407/rpra22.04.247 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130281 520.274; 520.8 ru Радиофизика и радиоастрономия Радіоастрономічний інститут НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Радиоастрономия и астрофизика
Радиоастрономия и астрофизика
spellingShingle Радиоастрономия и астрофизика
Радиоастрономия и астрофизика
Шепелев, В.А.
Коноваленко, А.А.
Литвиненко, О.А.
Исаева, Е.А.
Ващишин, Р.В.
Использование широкополосных цифровых приемников в интерферометрических наблюдениях сети УРАН
Радиофизика и радиоастрономия
description Предмет и цель работы: Целью работы является повышение эффективности интерферометрических исследований источников космического излучения на декаметровых волнах. Результаты: Для реализации данного подхода разработано программное обеспечение для выделения узких полос из широкополосного сигнала с преобразованием форматов хранения данных и метода синхронизации DSPZ к виду, используемому при записи информации в приемниках УРАН. Проведены наблюдения квазара 3С380 на интерферометре УРАН-2 с базой 153 км с одновременной записью сигналов приемниками DSPZ и УРАН. При этом проверены надежность синхронизации данных на пунктах интерферометра, эффективность алгоритма автоматического удаления помех в низкочастотной части декаметрового диапазона, совпадение результатов полученных с помощью DSPZ и УРАН. В работе также проанализирована возможность расширения полосы частотных каналов регистрируемых данных для повышения чувствительности наблюдений. Приведены факторы, ограничивающие ширину полосы на декаметровых волнах, отмечены условия, в которых возможно ее увеличение.
format Article
author Шепелев, В.А.
Коноваленко, А.А.
Литвиненко, О.А.
Исаева, Е.А.
Ващишин, Р.В.
author_facet Шепелев, В.А.
Коноваленко, А.А.
Литвиненко, О.А.
Исаева, Е.А.
Ващишин, Р.В.
author_sort Шепелев, В.А.
title Использование широкополосных цифровых приемников в интерферометрических наблюдениях сети УРАН
title_short Использование широкополосных цифровых приемников в интерферометрических наблюдениях сети УРАН
title_full Использование широкополосных цифровых приемников в интерферометрических наблюдениях сети УРАН
title_fullStr Использование широкополосных цифровых приемников в интерферометрических наблюдениях сети УРАН
title_full_unstemmed Использование широкополосных цифровых приемников в интерферометрических наблюдениях сети УРАН
title_sort использование широкополосных цифровых приемников в интерферометрических наблюдениях сети уран
publisher Радіоастрономічний інститут НАН України
publishDate 2017
topic_facet Радиоастрономия и астрофизика
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130281
citation_txt Использование широкополосных цифровых приемников в интерферометрических наблюдениях сети УРАН / В.А. Шепелев, А.А. Коноваленко, О.А. Литвиненко, Е.А. Исаева, Р.В. Ващишин // Радиофизика и радиоастрономия. — 2017. — Т. 22, № 4. — С. 247-255. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series Радиофизика и радиоастрономия
work_keys_str_mv AT šepelevva ispolʹzovanieširokopolosnyhcifrovyhpriemnikovvinterferometričeskihnablûdeniâhsetiuran
AT konovalenkoaa ispolʹzovanieširokopolosnyhcifrovyhpriemnikovvinterferometričeskihnablûdeniâhsetiuran
AT litvinenkooa ispolʹzovanieširokopolosnyhcifrovyhpriemnikovvinterferometričeskihnablûdeniâhsetiuran
AT isaevaea ispolʹzovanieširokopolosnyhcifrovyhpriemnikovvinterferometričeskihnablûdeniâhsetiuran
AT vaŝišinrv ispolʹzovanieširokopolosnyhcifrovyhpriemnikovvinterferometričeskihnablûdeniâhsetiuran
first_indexed 2025-07-09T13:16:03Z
last_indexed 2025-07-09T13:16:03Z
_version_ 1837175369222848512
fulltext ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 22, № 4, 2017 247 Радиофизика и радиоастрономия. 2017, Т. 22, № 4, c. 247–255 ©  В.  А.  Шепелев,  А.  А.  Коноваленко,  О.  А.  Литвиненко,      Е.  А.  Исаева,  Р.  В.  Ващишин,  2017 ÐÀÄÈÎÀÑÒÐÎÍÎÌÈß È ÀÑÒÐÎÔÈÇÈÊÀ В. А. ШЕПЕЛЕВ 1, А. А. КОНОВАЛЕНКО 1, О. А. ЛИТВИНЕНКО 1, Е. А. ИСАЕВА 1, Р. В. ВАЩИШИН 2 1 Радиоастрономический  институт  НАН  Украины,   ул. Мистецтв, 4, г. Харьков, 61002, Украина   E-mail: shep@ri.kharkov.ua 2 Полтавская  гравиметрическая  обсерватория   Института геофизики им. С. И. Субботина НАН Украины,   ул. Мясоедова, 27/29, г. Полтава, 36029, Украина ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÈÅ ØÈÐÎÊÎÏÎËÎÑÍÛÕ ÖÈÔÐÎÂÛÕ ÏÐÈÅÌÍÈÊΠ ÈÍÒÅÐÔÅÐÎÌÅÒÐÈ×ÅÑÊÈÕ ÍÀÁËÞÄÅÍÈßÕ ÑÅÒÈ ÓÐÀÍ Предмет и цель работы: Целью работы является повышение эффективности интерферометрических исследований источников космического излучения на декаметровых волнах. Методы и методология: Наблюдения в сети интерферометров УРАН проводятся, как правило, на частотах 20 и 25 МГц с регистрируемой шириной полосы 250 кГц. Приемники УРАН обеспечивают эффективную программную фильтрацию помех при записи и устранение избыточности сохраняемой информации. Последующая синхронизация и корреляция данных, вычисление функций видности и определение угловой структуры исследуемых объектов выполня- ется с помощью пакета программ, разработанных для УРАН. Предложено существенно расширить частотный диа- пазон наблюдений и увеличить количество одновременно регистрируемых частотных каналов, используя для записи сигналов цифровые приемники DSPZ. Из записанных в диапазоне частот от 8 до 32 МГц сигналов затем программно может быть выделен ряд более узких полос. Последующая фильтрация узкополосных помех, сокращение разрядности и дальнейшая обработка данных выполняется с помощью программного комплекса УРАН. Результаты:  Для реализации данного подхода разработано программное обеспечение для выделения узких полос из широкополосного сигнала с преобразованием форматов хранения данных и метода синхронизации DSPZ к виду, используемому при записи информации в приемниках УРАН. Проведены наблюдения квазара 3С380 на интерферометре УРАН-2 с базой 153 км с одновременной записью сигналов приемниками DSPZ и УРАН. При этом проверены надеж- ность синхронизации данных на пунктах интерферометра, эффективность алгоритма автоматического удаления помех в низкочастотной части декаметрового диапазона, совпадение результатов полученных с помощью DSPZ и УРАН. В работе также проанализирована возможность расширения полосы частотных каналов регистрируемых данных для повышения чувствительности наблюдений. Приведены факторы, ограничивающие ширину полосы на дека- метровых волнах, отмечены условия, в которых возможно ее увеличение. Заключение: Полученные результаты свидетельствуют об эффективности применения приемников DSPZ для интер- ферометров УРАН. Показана гибкость предложенного подхода, позволяющая увеличить количество частот наблюде- ния для повышения точности определения моделей угловой структуры источников, расширить диапазон частот и повысить чувствительность исследований. Ключевые слова: интерферометр, декаметровый диапазон, цифровой приемник, узкополосные помехи DOI:  https://doi.org/10.15407/rpra22.04.247 УДК  520.274;  520.8 PACS  numbers:  95.55.Jz,                          95.75.Kk 1. Ââåäåíèå В радиоастрономических наблюдениях сигнал на выходе  антенн  определяется  суммой  излучения от наблюдаемого объекта и фонового излучения различной природы. На декаметровых волнах уро- вень этого сигнала определяется галактическим фоном, мощность которого,  как правило,  суще- ственно превышает плотность потока излучения исследуемых дискретных радиоисточников. Лишь некоторые объекты, такие как спорадическое из- лучение Солнца и Юпитера, континуальное излу- чение нескольких наиболее мощных радиогалак- тик и остатков сверхновых, обладают мощностью, 248 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 22, № 4, 2017 В. А. Шепелев и др. превышающей уровень фона на выходе радиоте- лескопов УТР-2 и УРАН Радиоастрономическо- го института НАН Украины. Динамический диа- пазон такой суммы сигналов мал, что могло бы существенно упростить конструирование усили- тельно-приемного тракта радиотелескопов и реги- стрирующей аппаратуры. Однако уровень сигна- лов помех различного вида, особенно в низкочас- тотной части декаметрового диапазона, зачастую существенно  превышает  уровень  космического радиоизлучения, что вынуждает использовать в усилительном тракте антенн и во входных цепях приемных устройств каскады с большим динами- ческим диапазоном,  а  также предъявляет  высо- кие требования к разрядности аналогово-цифро- вых  преобразователей  (АЦП)  регистрирующей аппаратуры. Это, в свою очередь, повышает тре- бования к быстродействию цепей передачи дан- ных и емкости устройств накопления информации. Одним  из  способов  борьбы  с  такой  избыточ- ностью является ограничение полосы регистрируе- мых сигналов. Примером такого подхода служат приемники, разработанные для сети интерферомет- ров УРАН [1]. В них частотный диапазон прини- маемых сигналов декаметрового диапазона огра- ничен  снизу  значением  18  МГц,  чтобы  удалить часть  наиболее  мощных  помех  искусственного происхождения.  После  однократного  преобра- зования частоты полоса принимаемых сигналов с помощью полосового фильтра промежуточной частоты ограничивается до 500 кГц, и такой сиг- нал, содержащий существенно меньшее количе- ство помех и, следовательно, имеющий меньший динамический  диапазон,  подается  на  АЦП. В этом случае достаточно 8-разрядных АЦП, что вместе с довольно узкой полосой оцифровывае- мых сигналов значительно снижает поток регис- трируемых  данных.  Последующая  обработка сигналов, в том числе удаление помех с частот- ным  разрешением  около  100  Гц,  производится программно  в  режиме  реального  времени.  При этой обработке выполняется также дальнейшее ограничение полосы сигналов до 250 кГц и, по- скольку большая часть помех устранена и дина- мический диапазон сигналов предельно мал, про- изводится уменьшение разрядности сигналов до двух  бит  на  отсчет,  что  еще  больше  снижает требования к емкости накопителей. Такое реше- ние, наряду с его простотой и дешевизной, имеет и отрицательные стороны. Используемый прием- ник регистрирует сигналы в довольно узкой поло- се на фиксированной рабочей частоте, и наблю- дения на других частотах должны проводиться последовательно или с использованием дополни- тельных  комплектов  оборудования.  К  тому  же при необходимости расширения полосы прини- маемых сигналов, например для увеличения чув- ствительности, потребуется существенная модер- низация оборудования. Иной подход реализован в цифровых приемни- ках DSPZ [2], которыми в настоящее время ос- нащен  радиотелескоп  УТР-2.  Эти  устройства имеют  широкополосный  тракт,  охватывающий всю принимаемую радиотелескопом полосу сиг- налов от 8 до 32 МГц, и использование 16-разряд- ных АЦП является прямым решением для дос- тижения линейности в условиях большого коли- чества  помех,  присутствующих  в  этой  полосе. Одним из режимов работы этих приемников яв- ляется  т.  н.  “waveform”  –  прямая  запись  оциф- рованных  входных  сигналов.  Хотя  регистрация сигналов в столь широкой полосе с высокой раз- рядностью  существенно  увеличивает  поток  ре- гистрируемых данных и повышает требования к емкости устройств хранения информации, в то же время  этот  режим  работы  приемников  весьма универсален  и  может использоваться  в  различ- ных программах наблюдений, в том числе и для интерферометрических исследований. 2. Çàäà÷è è ìåòîäû Для приемников сети УРАН разработаны комп- лекс  программного обеспечения,  служащий для проведения наблюдений, корреляции полученных записей, определения функций видности, модели- рования угловой структуры источников,  а  также согласованные с ним форматы  данных,  исполь- зуемые при регистрации, обработке и хранении ин- формации. Внедрение приемников DSPZ в интер- ферометрические исследования требует разработ- ки аналогичного программного обеспечения либо адаптации существующего к новым требованиям. Определим вначале цели и способы использова- ния этих приемников. Как  известно,  чувствительность  радиотелес- копа при регистрации континуального излучения определяется шириной полосы принимаемых сиг- налов, и естественно было бы использовать DSPZ для повышения чувствительности. Однако в ра- ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 22, № 4, 2017 249 Использование широкополосных цифровых приемников в интерферометрических наблюдениях сети УРАН диоитнтерферометрии существует ряд ограниче- ний,  накладываемых  на  применимую  полосу. Одним из них является влияние среды распрос- транения сигналов. При распространении радио- волн в ионизованной среде, в дополнение к задер- жке, задаваемой геометрией база–источник, воз- никает зависящая от частоты дифференциальная задержка, определяемая разностью электронной концентрации на путях распространения сигнала от  источника  к  пунктам  интерферометра.  Она определяет  зависящий  от  частоты  сдвиг  фазы между  сигналами  двух  пунктов,  что  вызывает растущую с увеличением полосы декорреляцию принимаемых сигналов. Наличие в ионизованной среде магнитного поля приводит к повороту плос- кости поляризации волны, зависящему от частоты. Разница электронной концентрации на путях рас- пространения дает дифференциальный поворот плоскости поляризации в двух пунктах интерфе- рометра,  который  обычно  учитывается  с  помо- щью ортогональных вибраторов, используемых в радиотелескопах  УРАН.  Однако  его  частотная зависимость приводит к непараллельности век- торов  поля  на  разных  участках  принимаемой полосы  частот  и  уменьшает  значение  функции видности, измеряемое интерферометром. Такие  искажения  особенно  существенны  в декаметровом  диапазоне,  так  как  набег  фазы  в ионизованной  среде  пропорционален  квадрату длины  волны.  Наибольший  вклад  здесь  вносит ионосфера Земли. Оценки, проведенные с помо- щью  действующего  оборудования  УРАН,  пока- зали, что оба этих эффекта могут ограничивать допустимую  ширину  полосы  значением  около 1.5 МГц, которое может увеличиваться при боль- ших флуктуациях электронной концентрации [1]. Отметим, что расширение полосы приемников для интерферометров  УРАН  не  является  особенно актуальным,  так  как  достигнутая  при  полосе 250 кГц чувствительность позволяет исследовать несколько  сотен  радиоисточников  и  довольно часто  ограничивается  эффектом  спутывания. Другим ограничением, накладываемым на по- лосу,  является  геометрия  база–источник.  При изменении частоты наблюдения изменяется дли- на базы интерферометра, выраженная в длинах волн, и, следовательно, период интерференцион- ного колебания. Влияние конечной полосы про- пускания приводит к появлению в выражении для функции видности множителя, называемого от- кликом  по  полосе  пропускания  или  функцией замывания лепестков [3]. Его вид зависит от фор- мы полосы пропускания и для фильтра с прямо- угольной формой определяется выражением  sin ( ) . ( ) s b s b R      Аргумент этого выражения равен относитель- ной ширине полосы  ,   умноженной на раз- мер  источника  ,s   выраженный  в  единицах синтезированного  луча  .b   Чтобы  значение  R было  близким  к  единице,  необходимо,  чтобы ( ) 1.s b     В  соответствии  с  этим  усло- вием на декаметровых волнах допустимая поло- са для протяженных радиоисточников может быть ограничена сотнями килогерц, т. е. значением по- рядка  нынешней  ширины  полосы  приемников УРАН.  В  то  же  время  это  соотношение  легко выполняется  при  исследовании  очень  компакт- ных источников, когда большое значение относи- тельной полосы компенсируется малым относи- тельным  размером  объекта. Таким образом, прямое использование прием- ников  DSPZ  для  интерферометрии  в  широкой полосе ограничено приведенными факторами, хотя некоторое расширение полосы в ряде случаев воз- можно.  Более  важным,  на  наш  взгляд,  является иной  подход  к  применению  этих  приемников. Интерферометрический комплекс УРАН, исполь- зуя многоканальные приемники, работает одно- временно  только  на  двух  выбранных  частотах, а регистрация сигнала в полосе нескольких десят- ков  мегагерц  с  помощью  DSPZ  с  последующим вырезанием ряда более узких полос, допустимых с точки зрения приведенных выше рассуждений, эквивалентна увеличению одновременно исполь- зуемых рабочих частот и, следовательно, повы- шению информативности исследований. Для исследования возможностей использова- ния  DSPZ  в  интерферометрических  наблюде- ниях предложено разработать программное обес- печение,  позволяющее  вырезать  из  широкопо- лосного сигнала, записанного с помощью DSPZ, узкие частотные полосы, соответствующие прием- никам УРАН, и сохранять такие данные в фор- мате,  используемом  программным  обеспече- нием интерферометров. Такой подход позволяет сохранить все предыдущие программные и ме- тодические разработки для УРАН и существен- 250 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 22, № 4, 2017 В. А. Шепелев и др. но ускорить внедрение DSPZ. Кроме того, опи- санная выше методика сокращения избыточнос- ти  данных,  принятая  в  УРАН,  позволит  суще- ственно  уменьшить  емкость  накопителей  для хранения  данных  при  массовых  интерферо- метрических  наблюдениях.  Реализация  такого подхода даст также возможность при необходи- мости расширить полосу регистрации и повысить чувствительность интерферометрических иссле- дований простой модификацией программ обра- ботки вместо существенной переделки приемни- ков  УРАН. 3. Ôîðìàòû äàííûõ DSPZ è ÓÐÀÍ В режиме записи waveform в приемниках DSPZ в выходные файлы *.jds записываются оцифрован- ные сигналы двух каналов без предварительной обработки.  Для  тестирования  приемника  УРАН используются служебные файлы *.itm, которые, как и *.jds, содержат “сырые” данные сигналов двух каналов на каждой из двух рабочих частот, а формат этих файлов близок к формату данных DSPZ. Основные параметры информации, храни- мой в этих форматах, приведены в табл. 1. Несмотря на существенную разницу в полосе принимаемых  сигналов  и  количестве  информа- ции, эти форматы имеют общие черты, которые определяются  необходимостью  точной  синхро- низации записываемой информации и ориентиро- ванностью на использование быстрого преобра- зования  Фурье  при  обработке.  Очевидно,  что переформатирование  файлов  должно  включать переход  от  широкополосного  сигнала  каждого регистрируемого канала к двум сигналам различ- ных  рабочих  частот  с  полосами  по  0.5  МГц, с  частотой  дискретизации  по  времени,  равной 1 МГц. Кроме того, необходимо произвести пони- жение  разрядности  отсчетов  с  16  до  8  байт. В интерферометрии важной процедурой является синхронизация оцифровки данных на разнесенных пунктах.  Для  этой  цели  используют  стандар- ты  времени  и  частоты.  Их  шкалы  времени,  в свою  очередь,  синхронизируются  с  помощью GPS-приемников. В файлах *.jds и *.itm разными способами  осуществляется  временная  привязка отсчетов  к  секундным импульсам.  Поэтому  пе- реформатирование файлов включает переход на другой  способ  временной  привязки  отсчетов. Несколько отличается и сама структура файлов, а  также  содержание  служебной  информации  в шапках *.jds и *.itm файлов. Для выполнения этих преобразований разрабо- тана  программа  dsp_transform.exe,  особеннос- ти  алгоритма  которой  подробно  описаны  в  [4]. Результатом  ее  работы  являются  файлы  *.itm, полностью  совместимые  с  программой  регист- рации данных интерферометров УРАН, которая используется  для  дальнейшей  обработки  полу- ченных после преобразования сигналов и сокра- щения  объема  хранимой  информации.  В  этой программе заложена возможность офлайн обра- ботки *.itm файлов, при которой осуществляется фильтрация, удаление помех, вычисление допол- нительной  информации  (текущей  мощности  и спектра  сигналов)  и  уменьшение  разрядности отсчетов. Итоговые данные сохраняются в весь- ма  экономном  формате  файлов  *.ipr,  который используется  для  хранения  информации  и  сов- местим  с  программным  коррелятором  УРАН. В  дальнейшем  при  массовом  использовании DSPZ для интерферометрических наблюдений воз- можно объединение программ переформатирова- ния и обработки. Возможна также реализация таких преобразований “на лету”, без использования про- межуточных форматов хранения данных. 4. Íàáëþäåíèÿ è îáðàáîòêà Для проверки принципов, заложенных в предло- женном подходе, был проведен ряд эксперимен- тов с использованием приемников DSPZ и раз- работанного программного обеспечения. Осуще- ствлялись запись и описанная выше обработка моделей сигналов различного уровня и степени когерентности, сформированных с помощью шу- мовых генераторов, которые позволили выбрать приемлемые параметры сигналов и усовершен- ствовать программу преобразования форматов. Для окончательной проверки аппаратурно-про- Формат *.jds *.itm Ширина полосы сигнала, МГц 16.5, 33 0.5 Частота дискретизации, МГц 33, 66 1 Разрядность АЦП, бит 16 8 Количество каналов 1, 2 4 Таблица1. Характеристики сигналов, регистрируемых в файлах *.jds и *.itm Параметр ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 22, № 4, 2017 251 Использование широкополосных цифровых приемников в интерферометрических наблюдениях сети УРАН граммного комплекса были проведены наблюде- ния  радиоисточника  3С380  на  интерферометре с длиной базы 153 км, составленном из радиоте- лескопов УТР-2 и УРАН-2. Это один из наибо- лее интенсивных квазаров северного неба с ин- тегральной плотностью потока на декаметровых волнах  около  300  Ян.  В  его  структуре  наблю- даются компактные детали, обеспечивающие на базе УТР-2 – УРАН-2 интерференционный поток более 100 Ян. Для регистрации использовались двухканальные  цифровые  приемники  DSPZ  с частотой дискретизации 33 МГц. Это позволило записывать сигналы в диапазоне от 16 до 32 МГц, который определялся входными фильтрами прием- ников. С их помощью на радиотелескопе УТР-2 отдельно  регистрировались  сигналы  с  выхода антенн север-юг и запад-восток, а на УРАН-2 – информация  с  выходов  двух  антенн  с  ортого- нальными поляризациями. Именно в таком ре- жиме  радиотелескопы  используются  при  про- ведении  интерферометрических  наблюдений. Одновременно сигналы с выходов тех же антенн записывались с помощью приемников УРАН на двух рабочих частотах 20 и 25 МГц с полосой 250 кГц в каждом канале. Целью эксперимента было сравнение данных, полученных с помощью двух  различных  систем  регистрации,  проверка работы системы синхронизации DSPZ при наблю- дениях  на  интерферометре  с  длинной  базой, а  также  демонстрация  получения  интерферен- ционных откликов на наборе частот, отличных от используемых в сети УРАН. Наблюдения были проведены в ноябре 2016 г. в дневное время, так как еще одной из целей эксперимента была про- верка функционирования комплекса в условиях интенсивных помех.  Ниже представлены результаты последующей обработки полученных записей. С помощью про- граммы  dsp_transform.exe  после  преобразования Фурье из полного диапазона зарегистрированных DSPZ сигналов выделена полоса 500 кГц на рабо- чей частоте 18 МГц, где наблюдались достаточно интенсивные узкополосные помехи. Этот участок спектра после обратного преобразования во вре- менную область сохранен в измененном формате. Дальнейшая  обработка  сигналов  проводилась  с помощью  программного  пакета  УРАН. При этой обработке производилось выделение полосы 250 кГц, удаление помех и другие, опи- санные  выше  процедуры.  На  рис.  1  показаны скриншоты программы, соответствующие после- довательным этапам работы алгоритма очистки записей от помех. На рис. 1, а представлен спектр входного сигнала с помехами, на рис. 1, б показан результат  работы  алгоритма,  осуществляющего подавление  сигнала  на  участках  спектра,  пора- женных  помехами,  а  на  рис.  1,  в представлен Рис. 1. Спектры сигналов, демонстрирующие работу ал- горитма очистки от помех: а –входной спектр, б – после удаления помех, в – после восстановления непрерывности спектра 252 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 22, № 4, 2017 В. А. Шепелев и др. спектр сигнала, в котором пустые участки спек- тра,  образовавшиеся после удаления помех,  за- полнены некоррелированным шумом для устра- нения переходных процессов. На горизонтальной оси показаны частоты, соответствующие проме- жуточной частоте приемников УРАН, а на верти- кальной оси –  амплитуды спектральных гармо- ник  A  в  относительных  единицах.  Очищенный от помех сигнал, ввиду его малого динамического диапазона, преобразован к двухбитному формату и записан в файл *.ipr, используемый для хранения записей в УРАН. Напомним, что этот этап обра- ботки выполняется в режиме офлайн после записи сигналов  на  DSPZ,  в  то  время  как  при  работе приемников УРАН устранение помех и преобразо- вание данных производится в момент записи. На  следующем  этапе  с  помощью  програм- много  коррелятора  УРАН  выполнялось  пере- множение сигналов, записанных в двух пунктах интерферометра.  Обрабатывались  как  сигна- лы  DSPZ,  преобразованные  к  формату  УРАН, так  и  собственные  записи  приемников  УРАН. Поскольку приемники УРАН были настроены на частоты 20 и 25 МГц, из широкой полосы сиг- налов, записанных DSPZ, были отфильтрованы полосы шириной 250 кГц с такими же централь- ными частотами. На рис. 2 представлен пример интерференционных колебаний  (сигнал на вы- ходе коррелятора), зарегистрированных при на- блюдении  3С380  на  частоте  25  МГц.  На  двух верхних панелях показаны сигналы, соответст- вующие поляризациям А и Б интерферометра, полученные  с  помощью  приемников  DSPZ, а на двух нижних для сравнения приведены та- кие же данные, полученные из  записей УРАН. Уровни и форма сигналов совпадают с точность до  соотношения  сигнал/шум  записей  и  фазы колебаний. И, наконец, убедившись в идентичности полу- чаемых результатов, продемонстрируем возмож- ность получения данных одновременно на набо- ре  частот  в  диапазоне  регистрации  приемника DSPZ,  что  невозможно  получить  с  помощью приемника  УРАН.  Описанная  выше  процедура выделения  из  записей  DSPZ  полосы  частот  на выбранной рабочей частоте с последующим ус- транением помех  и  сжатием данных  проведена на частотах от 17.5 до 30 МГц с шагом 2.5 МГц. После такой обработки сигналов, записанных на телескопах УТР-2 и УРАН-2, выполнена корре- ляция  данных  и  получены  интерференционные колебания, показанные на рис. 3 для поляризации Б  интерферометра  УРАН. 5. Âûâîäû С целью ускорения внедрения широкополосных цифровых приемников декаметрового диапазона в интерферометрические исследования разрабо- тан набор программ для преобразования их фор- матов данных, позволяющий получить сигналы, идентичные используемым на оборудовании сети УРАН. Такой подход позволил получать данные одновременно  на  большом  количестве  рабочих частот в диапазоне работы DSPZ, используя для обработки  сигналов  программное  обеспечение, разработанное для сети УРАН. Проведены наблю- дения квазара 3С380 с одновременным использо- ванием приемников DSPZ и УРАН, продемонст- рировавшие Рис. 2. Интерференционные колебания для поляризаций А и Б интерферометра УРАН-2, полученные при наблюде- нии 3С380 с использованием приемников DSPZ и УРАН. Рабочая частота 25 МГц. На вертикальной оси указан коэф- фициент корреляции сигналов r в процентах с одинаковым масштабом на всех панелях рисунка ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 22, № 4, 2017 253 Использование широкополосных цифровых приемников в интерферометрических наблюдениях сети УРАН – правильность работы системы синхрониза- ции и ее корректность при преобразовании фор- матов  данных; –  корректную  работу  алгоритма  очистки  от узкополосных помех на низких частотах декамет- рового диапазона, где велика интенсивность ме- шающих сигналов; – идентичность интерференционных колебаний, получаемых  с  помощью  приемников  DSPZ  и УРАН на одинаковых рабочих частотах в полосе 250 кГц; – возможность проведения наблюдений одно- временно на большом наборе рабочих частот для повышения точности определения моделей угло- вой структуры исследуемых источников. Отметим, что наблюдения проводились одно- временно  с  записью  данных  на  оборудовании УРАН. При этом сигналы, подаваемые на широ- кополосные приемники, поступали с выхода  филь- тров, используемых в УРАН для подавления час- тот ниже 16 МГц с целью понижения динамичес- кого  диапазона  сигналов  на  входе  приемников. Это было одной из причин использования DSPZ в  режиме  регистрации  половинного  диапазона частот. В дальнейшем диапазон наблюдений мо- жет  быть  расширен  в  нижней  части  вплоть  до 8  МГц,  что  вполне  возможно,  несмотря  на  тя- желую помеховую обстановку на этих частотах. Перспективным  направлением  является  также расширение полосы принимаемых сигналов, ко- торое, несмотря на приведенные в  статье огра- ничивающие  факторы,  может  оказаться  полез- ным для задач обнаружения слабых компактных радиоисточников, таких как далекие радиогалак- тики и миллисекундные пульсары. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 01. Рашковский С. Л., Белов А. С., Иванов А. С., Лозинс- кий А. Б., Шепелев В. А. Новый аппаратурно-програм- мный  комплекс  УРАН  //  Радиофизика  и  радиоастро- номия. – 2012. – Т. 17, № 3. – С. 207–217. 02. Zakharenko V., Konovalenko A., Zarka P., Ulyanov O., Sidorchuk M., Stepkin S., Koliadin V., Kalinichenko N., Stanislavsky A., Dorovskyy V., Shepelev V., Bubnov I., Yerin S., Melnik V., Koval A., Shevchuk N., Vasylieva I., Mylostna K., Shevtsova A., Skoryk A., Kravtsov I., Vol- vach Y., Plakhov M., Vasilenko N., Vasylkivskyi Y., Vav- riv D., Vinogradov V., Kozhin R., Kravtsov A., Bulakh E., Kuzin A., Vasilyev A., Ryabov V., Reznichenko A., Bor- tsov V., Lisachenko V., Kvasov G., Mukha D., Litvinen- ko G., Brazhenko A., Vashchishin R., Pylaev O., Kosho- vyy V., Lozinsky A., Ivantyshyn O., Rucker H. O., Panchen- ko M., Fischer G., Lecacheux A., Denis L., Coffre A., and Grießmeier  J.-M. Digital  Receivers  for  Low-Frequency Radio  Telescopes  UTR-2,  URAN,  GURT  //  J.  Astron. Instrum.  –  2016.  –  Vol.  5,  Is.  4.  –  id.  1641010.  DOI: 10.1142/S2251171716410105 03.  Томпсон А. Р., Моран Д. М., Свенсон Д. У.  Интерфе- рометрия  и  синтез  в  радиоастрономии.  –  М.:  Физ- матлит, 2003. – 624 с. 04.  Isaeva E. A., Lytvynenko O. A., and Shepelev V. A.  Soft- ware  for  adapting  DSPZ  receivers  to  the  URAN  interfe- rometer  network  //  Odessa  Astronomical  Publications.  – 2017. – Vol. 30. REFERENCES 01. RASHKOVSKIY, S. L., BELOV, A. S.,  IVANOV, A. S., LOZINSKIY,  A.  B.  and  SHEPELEV,  V.  A,  2012. The  URAN’s  new  facilities  and  software.  Radio Phys. Radio Astron.  vol.  17,  no.  3,  pp.  207–217,  (in  Russian). Рис. 3. Интерференционные колебания для поляризации Б интерферометра  УРАН-2,  полученные  при  наблюдении 3С380 на наборе частот в диапазоне регистрации DSPZ от 17.5 до 30 МГц 254 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 22, № 4, 2017 В. А. Шепелев и др. 02. ZAKHARENKO, V., KONOVALENKO, A., ZARKA, P., ULYANOV,  O.,  SIDORCHUK,  M.,  STEPKIN,  S.,  KO- LIADIN, V., KALINICHENKO, N., STANISLAVSKY, A., DOROVSKYY,  V.,  SHEPELEV,  V.,  BUBNOV,  I., YERIN, S., MELNIK, V., KOVAL, A., SHEVCHUK, N., VASYLIEVA,  I.,  MYLOSTNA,  K.,  SHEVTSOVA,  A., SKORYK,  A.,  KRAVTSOV,  I.,  VOLVACH,  Y.,  PLA- KHOV,  M.,  VASILENKO,  N.,  VASYLKIVSKYI,  Y., VAVRIV,  D.,  VINOGRADOV,  V.,  KOZHIN,  R.,  KRAV- TSOV,  A.,  BULAKH,  E.,  KUZIN,  A.,  VASILYEV,  A., RYABOV,  V.,  REZNICHENKO,  A.,  BORTSOV,  V.,  LI- SACHENKO,  V.,  KVASOV,  G.,  MUKHA,  D.,  LIT- VINENKO,  G.,  BRAZHENKO, A.,  VASHCHISHIN,  R., PYLAEV, O., KOSHOVYY, V., LOZINSKY, A., IVANTY- SHYN,  O.,  RUCKER,  H.  O.,  PANCHENKO,  M.,  FIS- CHER,  G.,  LECACHEUX, A.,  DENIS,  L.,  COFFRE, A. and GRIEßMEIER, J.-M., 2016. Digital Receivers for Low- Frequency  Radio  Telescopes  UTR-2,  URAN,  GURT. J. Astron. Instrum. vol. 5, is. 4, id. 1641010. DOI: 10.1142/ S2251171716410105 03.  THOMPSON,  A.  R,  MORAN,  J.  M.  and  SWEN- SON,  G.  W.  JR.  2001. Interferometry and synthesis in radio astronomy, 2nd ed. New York: Wiley. DOI: 10.1002/ 9783527617845 04.  ISAEVA,  E.  A.,  LYTVYNENKO,  O.  A.  and  SHEPE- LEV,  V. A,  2017.  Software  for  adapting  DSPZ  receivers for  the  URAN  interferometer  network.  Odessa Astrono- mical Publications. vol. 30. V. A. Shepelev 1, А. А. Konovalenko 1, O. A. Lytvynenko 1, E. A. Isaeva 1, and R. V. Vashchishin 2 1 Institute of Radio Astronomy, National Academy   of Sciences of Ukraine,   4, Mystetstv St., Kharkiv, 61002, Ukraine 2 Poltava Gravimetric Observatory, S. Subotin Institute   of Geophysics, National Academy of Sciences of Ukraine,   27/29, Miasoiedov St., Poltava, 36029, Ukraine USING THE BROADBAND DIGITAL RECEIVERS IN INTERFEROMETER OBSERVATIONS WITH THE URAN NETWORK Purpose: The goal of the work is improving the efficiency of interferometric studies of cosmic radio sources at decameter waves. Design/methodology/approach: The URAN interferometer network observations are made usually at frequencies of 20 and  25  MHz  with  the  recorded  bandwidth  of  250  kHz. The URAN receivers provide an effective software filtering of interferences and reducing the redundancy of stored informa- tion during the recording. A software package developed for the URAN performs the further data synchronization and cor- relation, calculates the visibility functions, and determines the angular structure of studied objects. We propose to expand significantly the frequency range of observations and increase the number of frequency channels recorded simultaneously using the DSPZ digital receivers for signal recording. A number of narrower bands can then be chosen from the entire frequen- cy range of 8 to 32 MHz of the recorded signals. The further filtering of narrow-band interference, reduction of bit capacity and further data processing are performed with the URAN software package. Findings: To implement this approach, we developed the soft- ware which singles out the narrow bands from a broadband sig- nal and converts data storage formats and synchronization marks used in DSPZ to the form used in URAN receivers for infor- mation recording. We have observed the 3C380 quasar using the URAN-2 interferometer with the baseline of 153 km with simultaneous recording of signals with the DSPZ and URAN receivers. The data synchronization reliability at the interfero- meter sites, the efficiency of the interference removal auto- matic algorithm in a low-frequency part of the decameter ran- ge,  the  coincidence  of  the  results  obtained  with  the  DSPZ and URAN were checked during observations. The paper also analyzed  the  possibility  of  expansion  of  the  recorded  data bandwidth to improve the sensitivity of observations. We con- sidered the factors limiting the bandwidth at the decameter wave- lengths and the conditions in which its expanding is possible are noted. Conclusions: The results obtained demonstrate the effective- ness of using the DSPZ receivers for the URAN interferometers. The flexibility of the proposed approach increase the number of observational frequencies to improve the accuracy of deter- mining the angular structure models of the sources, expand the frequency range of the observations and increase the sensitivity of the studies. Key words: interferometer, decameter range, digital receiver, nar- row-band interference В. О. Шепелєв 1, О. О. Коноваленко 1, О. О. Литвиненко 1, Є. А. Ісаєва 1, Р. В. Ващишин 2 1 Радіоастрономічний інститут НАН України,   вул. Мистецтв, 4, м. Харків, 61002, Україна 2 Полтавська гравіметрична обсерваторія   Інституту геофізики ім. С. І. Суботіна НАН України,   вул. М’ясоєдова, 27/29, м. Полтава, 36029, Україна ВИКОРИСТАННЯ ШИРОКОСМУГОВИХ ЦИФРОВИХ ПРИЙМАЧІВ В ІНТЕРФЕРОМЕТРИЧНИХ СПОСТЕРЕЖЕННЯХ МЕРЕЖІ УРАН Предмет та мета роботи: Метою роботи є підвищення ефективності інтерферометричних досліджень джерел кос- мічного випромінювання на декаметрових хвилях. Методи і методологія: Спостереження в мережі інтерфе- рометрів УРАН виконуються, як правило, на частотах 20 і 25 МГц з реєстрованою шириною смуги 250 кГц. Прий- мачі УРАН забезпечують ефективну програмну фільтрацію завад під час запису та видалення надлишковості збережува- ної інформації. Подальша синхронізація та кореляція даних, обчислення функцій видності та визначення кутової струк- тури досліджуваних об’єктів виконуються за допомогою па- кету програм, розроблених для УРАН. Пропонується істот- но розширити частотний діапазон спостережень і збільшити кількість одночасно зареєстрованих частотних каналів, ви- користовуючи для запису сигналів цифрові приймачі DSPZ. З записаних в діапазоні частот від 8 до 32 МГц сигналів потім ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 22, № 4, 2017 255 Использование широкополосных цифровых приемников в интерферометрических наблюдениях сети УРАН програмно може виділятися низка вужчих смуг. Подальша фільтрація вузькосмугових завад, скорочення розрядності та наступна обробка даних виконується за допомогою про- грамного комплексу УРАН. Результати: Для реалізації даного підходу розроблено про- грамне забезпечення для виділення вузьких смуг з широко- смугового сигналу з перетворенням форматів збереження даних і методу синхронізації DSPZ до виду, що використо- вується для запису інформації в приймачах УРАН. Вико- нано  спостереження  квазару  3С380  на  інтерферометрі УРАН-2 з базою 153 км з одночасним записом сигналів прий- мачами DSPZ і УРАН. При цьому перевірено надійність син- хронізації даних на пунктах інтерферометра, ефективність алгоритму автоматичного видалення перешкод в низькочас- тотній частині декаметрового діапазону, збіг результатів отриманих за допомогою DSPZ і УРАН. В роботі також про- аналізовано можливість розширення смуги частотних каналів для підвищення чутливості спостережень. Наведено факто- ри, що обмежують ширину смуги на декаметрових хвилях, зазначено умови, за яких можливо її збільшення. Висновок: Отримані результати свідчать про ефективність застосування приймачів DSPZ для інтерферометрів УРАН. Показано гнучкість запропонованого підходу, що дозволяє збільшити кількість частот спостереження для підвищення точності визначення моделей кутової структури джерел, розширити діапазон частот спостережень та підвищити чут- ливість досліджень. Ключові слова: інтерферометр, декаметровий діапазон, циф- ровий приймач, вузькосмугові завади Статья поступила в редакцию 02.11.2017

Схожі ресурси