JP3619160B2 - Reflector antenna reception phase calibration device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電波望遠鏡における位相較正装置に関し、特に鏡面変位量を2つの受信ホーンでの位相差から推定する反射鏡アンテナ受信位相較正装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の反射鏡アンテナ受信位相較正装置として、例えば、N.Kawaguchi,T.Sasao,S.Manabe,”Dual Beam VLBI Techniques for Precision Astrometry of VERA Project”,SPIE,March,2000.に示されたものがある。
【0003】
図8は上記の文献に示された従来の反射鏡アンテナ較正装置の概略構成図である。図8において、1は回転対称な主反射鏡、2は主反射鏡1に対向する副反射鏡、3は較正用波源、4a,4bは主反射鏡1の中心を通る主反射鏡鏡軸に対して軸対称に配置された2つの受信ホーン、5a,5bは受信ホーンを介して電波を受信する2つの受信機、6は2つの受信機5a,5bの出力に基づいて電波の位相差を検出するデジタル相互相関器、10は副反射鏡2を支えるステイ、11は主反射鏡1を支持するバックストラクチャ、13は受信機位相モニタである。バックストラクチャ11は、大口径の主反射鏡1を支えるための骨組みであり、主反射鏡1の裏面において、中心から放射状に延びている。ステイ10は一端をバックストラクチャ11に固定され、他端で副反射鏡2を支持している。
【0004】
また、図9は2ビームアンテナによる観測を説明する概念図である。図において、4aは第1の受信ホーン、4bは第2の受信ホーン、5aは第1の受信機、5bは第2の受信機、7aは観測天体、7bは基準天体、8aは観測天体からの電波、8bは基準天体からの電波、9は大気のゆらぎを示す。
【0005】
次に動作について説明する。複数の電波望遠鏡が配置された電波干渉計を用いて天体の位置を高精度に観測するには、個々の電波望遠鏡アンテナにおいて、観測天体からの電波の位相を精度よく測定することが必要である。しかしながら、この測定においては、地球大気によるゆらぎ、鏡面系の変位、受信器変動による誤差が大きく、困難であった。また、自重による鏡面系の変位は仰角によって異なるため、観測天体からの電波の鏡面系の変位による位相誤差は電波望遠鏡の仰角に依存する。
【0006】
この問題を解決するために、図9に示すように、観測天体と同時に基準となる天体を、2ビームを有する電波望遠鏡を用いて同時に観測する手法が提案されている。観測天体からの電波8aと観測天体の近軸に位置する基準天体からの電波8bを同一の鏡面系を介してそれぞれ第1の受信機5a、第2の受信機5bで同時に受信する。この際、観測天体からの電波8aと基準天体からの電波8bは、ほぼ同一の大気ゆらぎ9をもつ領域を通過したと考えることができる。よって観測天体7aからの受信位相に対して、基準天体7bの位相を用いて補正することにより、大気のゆらぎ9による誤差を補正することができる。なお、このような2ビーム観測では個々の天体の位相を観測する必要はなく、通常は2つの天体の位相差を観測することが多い。
【0007】
一方、鏡面系の変位、受信器での変動による誤差については、図10に示すような較正用波源3を配置する手法が提案されている。図10に示すように、主反射鏡1上に配置された 複数の較正用波源3から電波を放射し、その電波を受信ホーン4で受信する。受信された信号の位相は、主反射鏡1、副反射鏡2の変位による位相変化および受信機5の位相変化を含んだものであり、この位相変化量を観測天体の受信位相に対して補正することで、鏡面系の変位、受信機変動による誤差を取り除くことができる。また、この方法は、電波望遠鏡の仰角に応じて鏡面系の変位による誤差を検出できるという効果を有する。
【0008】
なお、鏡面系の変位については、較正用波源位置を反射点とする天体からの信号の経路についてのみ完全な較正ができる。しかし、実際の天体からの位相は、主反射鏡1および副反射鏡2の全ての点で反射した電波を積分した結果得られるものであり、完全な較正を行なうには、主反射鏡1上に多数の項正用波源3を配置する必要がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように構成ざれる反射鏡アンテナ較正装置は、天体からの位相は、主反射鏡1および副反射鏡2の全ての点で反射した電波を積分した結果得られるものであり、完全な較正を行なうには、主反射鏡1上に多数の項正用波源3を配置する必要があるという問題があった。
【0010】
また、2ビーム観測のように、2つの受信ホーンの位相差のみが観測されるような場合に、具体的な補正量を求めることが示されていないという問題があった。
【0011】
この発明は上述のような問題点を解決するためになされたもので、少数の較正用波源を用いて誤差に最も寄与する鏡面変位量を2つの受信ホーンでの位相差から推定する反射鏡アンテナ受信位相較正装置を得ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る反射鏡アンテナ受信位相較正装置は、回転対称な主反射鏡と、主反射鏡に対向する副反射鏡と、主反射鏡中心を通る主反射鏡鏡軸に対して軸対称に配置された2つの受信ホーンと、受信ホーンを介して電波を受信する2つの受信機と、2つの受信機の出力に基づいて電波の位相差を検出するデジタル相互相関器と、副反射鏡を支えるステイと、主反射鏡を支持するために主反射鏡の裏面の所定の部分のみに設けられたバックストラクチャと、複数の較正用波源とを有する反射鏡アンテナ受信位相較正装置において、複数の較正用波源は、主反射鏡上のステイ近傍もしくは裏面にバックストラクチャが配置されている場所に配設されている。
【0013】
また、この発明に係る反射鏡アンテナ受信位相較正装置は、回転対称な主反射鏡と、主反射鏡に対向する副反射鏡と、主反射鏡中心を通る主反射鏡鏡軸に対して軸対称に配置された2つの受信ホーンと、受信ホーンを介して電波を受信する2つの受信機と、2つの受信機の出力に基づいて電波の位相差を検出するデジタル相互相関器と、副反射鏡を支えるステイと、主反射鏡を支持するために主反射鏡の裏面の所定の部分のみに設けられたバックストラクチャと、複数の較正用波源とを有する反射鏡アンテナ受信位相較正装置において、複数の較正用波源は、受信ホーン取付板上に配設されている。
【0014】
また、この発明に係る反射鏡アンテナ受信位相較正装置は、回転対称な主反射鏡と、主反射鏡に対向する副反射鏡と、主反射鏡中心を通る主反射鏡鏡軸に対して軸対称に配置された2つの受信ホーンと、受信ホーンを介して電波を受信する2つの受信機と、2つの受信機の出力に基づいて電波の位相差を検出するデジタル相互相関器と、副反射鏡を支えるステイと、主反射鏡を支持するために主反射鏡の裏面の所定の部分のみに設けられたバックストラクチャと、複数の較正用波源とを有する反射鏡アンテナ受信位相較正装置において、複数の較正用波源は、バックストラクチャに固定され、主反射鏡の所定の位置には、較正用波源から放出される電波を通過させる為の貫通孔が設けられている。
【0015】
また、複数の較正用波源は、条件で、かつ主反射鏡中心を通り2つの受信ホーンと主反射鏡鏡軸を含む面に垂直な面内に配設されている。
【0016】
また、デジタル相互相関器は、較正用波源から放射された電波の位相信号に基づいて、副反射鏡の鏡軸に対して非対称な変位成分を一意に決定する。
【0017】
また、2つの受信機の出力に基づき、電波の位相変動量をモニタする受信機位相モニタをさらに有する。
【0018】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1の反射鏡アンテナ受信位相較正装置の概略構成図である。図1において、1は回転対称な主反射鏡、2は主反射鏡1に対向する副反射鏡、3は較正用波源、4a,4bは主反射鏡1の中心を通る主反射鏡鏡軸に対して軸対称に配置された2つの受信ホーン、5a,5bは受信ホーンを介して電波を受信する2つの受信機、6は2つの受信機5a,5bの出力に基づいて電波の位相差を検出するデジタル相互相関器、10は副反射鏡2を支えるステイ、11は主反射鏡1を支持するバックストラクチャである。バックストラクチャ11は、大口径の主反射鏡1を支えるための骨組みであり、主反射鏡1の裏面において、中心から放射状に延びている。ステイ10は一端をバックストラクチャ11に固定され、他端で副反射鏡2を支持している。また、図中の座標系O−XYZは、副反射鏡2の焦点を原点とし、回転対称な主反射鏡1aの回転軸をZ軸とする座標系を示す。
【0019】
図2はこの発明の実施の形態1を説明するための主反射鏡のZ方向変位時の天体からの位相の変化の概略図である。図2において、1bはZ方向に変位した主反射鏡、8a’は主反射鏡変位前の観測天体からの電波、8a’’は主反射鏡変位後の観測天体からの電波、8b’は主反射鏡変位前の基準天体からの電波、8b’’は主反射鏡変位後の基準天体からの電波を示す。
【0020】
図3はこの発明の実施の形態1を説明するための主反射鏡がたわみを持つ場合の天体からの位相の変化の概略図である。図3において、1cはたわんだ主反射鏡を示す。図4はこの発明の実施の形態1を説明するための副反射鏡が変位した場合の天体からの位相の変化の概略図である。
【0021】
図1、図2及び図3において、第1の受信ホーン4a及び第2の受信ホーン4bは、図1に示す座標系において、XZ面内に位置し、Z軸に対して対称な位置に配置されている。また、較正用波源3は、主反射鏡1上のステイ10の近傍、あるいは、ステイ10とバックストラクチャ11の固定点の、仰角によって変位しない位置に複数配置されている。
【0022】
次に動作について説明する。図1に示す反射鏡アンテナ較正装置において、図1に示すように、主反射鏡1上に配置された 複数の較正用波源3から電波を放射し、その電波を第1の受信ホーン4aおよび第2の受信ホーン4bで受信する。受信された信号に基づいて、デジタル相互相関器6により、第1の受信ホーン4aおよび第2の受信ホーン4bの信号の位相差を検出する。
【0023】
この検出された位相差は、デジタル相互相関器6により、それに相当する光路長の差として出力される。このときの光路長差をΔLoiとすると、この光路長差は回転対称な主反射鏡1aの変位、副反射鏡2の変位および第1の受信機5a、第2の受信機5bの位相変動量による影響を含む量である。しかしながら、較正用波源3は仰角によって変位しない主反射鏡上に配置されているため、回転対称な主反射鏡1aの変位の影響は小さい。よってΔLoiに含まれる変動量の要因は、副反射鏡2の変位および第1の受信機5a、第2の受信機5bの位相変動量によるものである。よって副反射鏡2の変位量をδs、第1の受信機7a、第2の受信機7bの位相変動量をδrecとすると、
【0024】
【数1】

Figure 0003619160
【0025】
と表される。さらに、第1の受信機5a、第2の受信機5bのそれぞれの位相変動量が等しいものとすると、δrecは0と考えてよい。よって、複数の較正用波源からの電波により観測されたΔLoiより、関数Fを決定することにより副反射鏡変位量を求めることができる。副反射鏡変位量を知ることができれば、例えば幾何光学法により副反射鏡変位時の観測天体からの電波の位相に及ぼす影響を計算することができるため、補正量を決定できる。
【0026】
本構成における較正用波源の位置は、主反射鏡の変位による影響を受けない。しかし、観測天体からの電波の位相については、主反射鏡の変位によって誤差を生じる。一方、主反射鏡の変位は、図2及び図3に示すように、仰角に応じて主反射鏡のz方向の変位とたわみが大きくなる傾向にある。この場合、主反射鏡変位前の観測天体からの電波8a’と主反射鏡変位後の観測天体からの電波8a’’の位相すなわち光路長の差と、主反射鏡変位前の基準天体からの電波8b’と主反射鏡変位後の基準天体からの電波8b’’の光路長の差は対称性を考慮するとほぼ等しいと考えることができる。よって、実際の観測量である観測天体からの電波8aと基準天体からの電波8bの位相差には上記の変形は影響を及ぼさないことがわかる。
【0027】
一方、副反射鏡の変位は図4に示すように、重力の影響を考えると、x軸方向の変位が支配的であることがわかる。図4において、観測天体からの電波8aは副反射鏡が変位する前にはM→Sを通り第1の受信ホーン4aに達するが、副反射鏡変位後にはM→S’となり、変位によって光路長は増加する。一方基準天体からの電波8bは副反射鏡変位によって光路はM→SからM→S’と変化し、逆に光路長は短くなる。よって両者の位相差は副反射鏡変位によって大きな誤差を有することがわかる。
【0028】
このように、本実施の形態の発明に係る反射鏡アンテナ受信位相較正装置は、回転対称な主反射鏡1と、主反射鏡1に対向する副反射鏡2と、主反射鏡1中心を通る主反射鏡鏡軸に対して軸対称に配置された2つの受信ホーン4a,4bと、受信ホーン4a,4bを介して電波を受信する2つの受信機5a,5bと、2つの受信機5a,5bの出力に基づいて電波の位相差を検出するデジタル相互相関器6と、副反射鏡2を支えるステイ10と、主反射鏡1を支持するために主反射鏡1の裏面の所定の部分のみに設けられたバックストラクチャ11と、複数の較正用波源3とを有する反射鏡アンテナ受信位相較正装置において、複数の較正用波源3は、主反射鏡1上のステイ10近傍もしくは裏面にバックストラクチャ11が配置されている場所に配設されている。そのため、主反射鏡1上の変位の影響を受けない位置に較正用波源3を設置することにより、支配的な誤差である副反射鏡2の変位量を推定し、天体観測時の補正値を求めることができるという効果を有する。
【0029】
実施の形態2.
図5はこの発明の実施の形態2の反射鏡アンテナ受信位相較正装置の概略構成図である。図5において、実施の形態1の図1と同じ番号を付したものは図1と同じはたらきをする。また図5において、座標系O−XYZは図1の座標系と同様のものである。
【0030】
図5において、第1の受信ホーン4a及び第2の受信ホーン4bは、図5に示す座標系において、XZ面内に位置し、Z軸に対して対称な位置に配置されている。また、2つの較正用波源3は主反射鏡上のステイ10の近傍、もしくはバックストラクチャ11の交点の、仰角によって変位しない位置で、かつYZ面内のN1、N2に配置されている。さらに、実施の形態1と同様に、第1の受信機5a、第2の受信機5bのそれぞれの位相変動量が等しいものとして、δrecは0と考えている。
【0031】
図5に示すように、較正用波源3がYZ面内に配置されている場合、例えばN1の位置に配置されている較正用波源3を考えると、第1の受信ホーン、第2の受信ホーンに至る途中での副反射鏡2との交点S1,S1は、対称性よりX座標の符号が異なるのみで同じ値をとる。このような対称性を用いることにより、実施の形態1で述べたような、副反射鏡2のZ軸に対して非対称な変位であるX軸方向の変位ΔX、および副反射鏡2の中心を通りY軸に平行な軸まわりの副反射鏡2の回転量ΔθYSについて以下の式が成り立つ。
【0032】
【数2】
Figure 0003619160
【0033】
上式においてiは1,2の値をとり、N1,N2の位置に配置された較正用波源3を示している。また、Ai,Bi,Ciは、以下の式で表される。
【0034】
【数3】
Figure 0003619160
【0035】
上式において、(xi,yi,zi)は、較正用波源3より第1の受信ホーンに至るまでの変位前の副反射鏡2との交点SiAの座標を示し、(nxi,nyi,nzi)はそれらの点上での副反射鏡2の単位法線ベクトルを示す。また、giは較正用波源3より放射した電波を第1の受信ホーン、Bで受信した場合の光路長差ΔLoiより求められる量であり、較正用波源3より副反射鏡2上での交点SiAに向かう光線の単位方向ベクトルをe1,iA、反射後の単位方向ベクトルをe2,iA、さらに副反射鏡が変位しない場合の光路長差ΔLfiとすると
【0036】
【数4】
Figure 0003619160
【0037】
で表される量である。副反射鏡が変位しない場合の光路長差ΔLfiは計算値を用いて求めることができる。また、鏡面系を天頂方向に向けたときのΔLoiは、上記の副反射鏡のX軸方向の変位ΔX、および副反射鏡2の中心を通りY軸に平行な軸まわりの副反射鏡2の回転量ΔθYSといったZ軸に対して非対称な成分を含まない値であり、その値をもってΔLfiとすることもできる。
【0038】
上式を連立させて解くことにより、副反射鏡2のX軸方向の変位ΔX、および副反射鏡2の中心を通りY軸に平行な軸まわりの副反射鏡2の回転量ΔθYSを一意に決定することができる。副反射鏡変位量を知ることができれば、例えば幾何光学法により副反射鏡変位時の観測天体からの電波の位相に及ぼす影響を計算することができるため、補正量を決定できる。
【0039】
このように、本実施の形態の発明に係る反射鏡アンテナ受信位相較正装置においては、複数の較正用波源3は、主反射鏡中心を通り2つの受信ホーンと主反射鏡鏡軸を含む面に垂直な面内に配設されている。そのため、主反射鏡1上の変位の影響を受けない位置に較正用波源3を設置することにより、支配的な誤差である副反射鏡2の変位量を推定し、天体観測時の補正値を求めることができるという効果を有する。
【0040】
また、デジタル相互相関器6は、較正用波源3から放射された電波の位相信号に基づいて、副反射鏡2の鏡軸に対して非対称な変位成分を一意に決定する。そのため、2つの較正用波源3を設置するのみで支配的な誤差である副反射鏡の変位量である副反射鏡2のX軸方向の変位、および副反射鏡2の中心を通りY軸に平行な軸まわりの副反射鏡2の回転量を一意に決定することができるという効果を有する。
【0041】
実施の形態3.
図6はこの発明の実施の形態3の反射鏡アンテナ受信位相較正装置の要部の斜視図である。図6において、実施の形態1の図1と同じ番号を付したものは図1と同じはたらきをする。図6において、12は受信機取付板である。
【0042】
上述の実施の形態1及び2においては、較正用波源3を主反射鏡1上に配置しているが、本実施の形態においては、この較正用波源3を受信ホーン4a,4bが設置されている受信ホーン取付板上12に設置している。
【0043】
このように、本実施の形態の発明に係る反射鏡アンテナ受信位相較正装置は、回転対称な主反射鏡1と、主反射鏡1に対向する副反射鏡2と、主反射鏡1中心を通る主反射鏡鏡軸に対して軸対称に配置された2つの受信ホーン4a,4bと、受信ホーン4a,4bを介して電波を受信する2つの受信機5a,5bと、2つの受信機5a,5bの出力に基づいて電波の位相差を検出するデジタル相互相関器6と、副反射鏡2を支えるステイ10と、主反射鏡1を支持するために主反射鏡1の裏面の所定の部分のみに設けられたバックストラクチャ11と、複数の較正用波源3とを有する反射鏡アンテナ受信位相較正装置において、複数の較正用波源は、受信ホーン取付板上12に配設されている。そのため、主反射鏡1の仰角による変形の影響を受けることがない。また、特に実施の形態2において、第1の受信ホーン4a及び第2の受信ホーン4bと較正用波源3の位置関係を限定しているが、本実施の形態においては、同一の板の上に設置しているために、仰角の変化によって重力により第1の受信ホーン4a及び第2の受信ホーン4bや較正用波源3が変位しても独立に変位することなく、第1の受信ホーン4a及び第2の受信ホーン4bと較正用波源3の位置関係は保たれたまま変位するという効果を有する。
【0044】
実施の形態4.
図7はこの発明の実施の形態4の反射鏡アンテナ受信位相較正装置の要部の断面図である。図7において、実施の形態1の図1と同じ番号を付したものは図1と同じはたらきをする。
【0045】
上述の実施の形態1及び2においては、較正用波源3を直接バックストラクチャ11に取付け、主反射鏡1に穴(貫通孔)を空けることにより電波を放射できるような構成としている。
【0046】
このように、本実施の形態の発明に係る反射鏡アンテナ受信位相較正装置は、回転対称な主反射鏡1と、主反射鏡1に対向する副反射鏡2と、主反射鏡1中心を通る主反射鏡鏡軸に対して軸対称に配置された2つの受信ホーン4a,4bと、受信ホーン4a,4bを介して電波を受信する2つの受信機5a,5bと、2つの受信機5a,5bの出力に基づいて電波の位相差を検出するデジタル相互相関器6と、副反射鏡2を支えるステイ10と、主反射鏡1を支持するために主反射鏡1の裏面の所定の部分のみに設けられたバックストラクチャ11と、複数の較正用波源3とを有する反射鏡アンテナ受信位相較正装置において、複数の較正用波源は、バックストラクチャ11に固定され、主反射鏡1の所定の位置には、較正用波源3から放出される電波を通過させる為の貫通孔が設けられている。そのため、主反射鏡1の仰角による変形の影響を受けることがより小さくなり、推定において誤差要因となる較正用波源3の変位を抑えることができるという効果を有する。
【0047】
実施の形態5.
図8はこの発明の実施の形態5の反射鏡アンテナ受信位相較正装置の概略構成図である。図8において、実施の形態1の図1と同じ番号を付したものは図1と同じはたらきをする。また図8において、13は受信機位相モニタである。
【0048】
上述の実施の形態1乃至4においては、受信機5a,5bによる位相変動量はともに等しいとして、観測量には影響を及ぼさないとしている。しかしながら、実際には同一の特性を示すことは難しい。よって受信機5a,5bによる位相変動量を、受信機位相モニタ13でモニタすることにより、受信機5a,5bによる位相変動量を補正値として用いる。
【0049】
このように、本実施の形態の発明に係る反射鏡アンテナ受信位相較正装置は、2つの受信機5a,5bの出力に基づき、電波の位相変動量をモニタする受信機位相モニタ13を有する。そのため、受信機5a,5bの位相変動も切り分けて補正として用いることができるという効果を有する。
【0050】
【発明の効果】
この発明に係る反射鏡アンテナ受信位相較正装置は、回転対称な主反射鏡と、主反射鏡に対向する副反射鏡と、主反射鏡中心を通る主反射鏡鏡軸に対して軸対称に配置された2つの受信ホーンと、受信ホーンを介して電波を受信する2つの受信機と、2つの受信機の出力に基づいて電波の位相差を検出するデジタル相互相関器と、副反射鏡を支えるステイと、主反射鏡を支持するために主反射鏡の裏面の所定の部分のみに設けられたバックストラクチャと、複数の較正用波源とを有する反射鏡アンテナ受信位相較正装置において、複数の較正用波源は、主反射鏡上のステイ近傍もしくは裏面にバックストラクチャが配置されている場所に配設されている。そのため、主反射鏡上の変位の影響を受けない位置に較正用波源を設置することにより、支配的な誤差である副反射鏡の変位量を推定し、天体観測時の補正値を求めることができるという効果を有する。
【0051】
また、この発明に係る反射鏡アンテナ受信位相較正装置は、回転対称な主反射鏡と、主反射鏡に対向する副反射鏡と、主反射鏡中心を通る主反射鏡鏡軸に対して軸対称に配置された2つの受信ホーンと、受信ホーンを介して電波を受信する2つの受信機と、2つの受信機の出力に基づいて電波の位相差を検出するデジタル相互相関器と、副反射鏡を支えるステイと、主反射鏡を支持するために主反射鏡の裏面の所定の部分のみに設けられたバックストラクチャと、複数の較正用波源とを有する反射鏡アンテナ受信位相較正装置において、複数の較正用波源は、受信ホーン取付板上に配設されている。そのため、主反射鏡の仰角による変形の影響を受けることがない。
【0052】
また、この発明に係る反射鏡アンテナ受信位相較正装置は、回転対称な主反射鏡と、主反射鏡に対向する副反射鏡と、主反射鏡中心を通る主反射鏡鏡軸に対して軸対称に配置された2つの受信ホーンと、受信ホーンを介して電波を受信する2つの受信機と、2つの受信機の出力に基づいて電波の位相差を検出するデジタル相互相関器と、副反射鏡を支えるステイと、主反射鏡を支持するために主反射鏡の裏面の所定の部分のみに設けられたバックストラクチャと、複数の較正用波源とを有する反射鏡アンテナ受信位相較正装置において、複数の較正用波源は、バックストラクチャに固定され、主反射鏡の所定の位置には、較正用波源から放出される電波を通過させる為の貫通孔が設けられている。そのため、主反射鏡の仰角による変形の影響を受けることがより小さくなり、推定において誤差要因となる較正用波源3の変位を抑えることができるという効果を有する。
【0053】
また、複数の較正用波源は、条件で、かつ主反射鏡中心を通り2つの受信ホーンと主反射鏡鏡軸を含む面に垂直な面内に配設されている。そのため、主反射鏡上の変位の影響を受けない位置に較正用波源を設置することにより、支配的な誤差である副反射鏡の変位量を推定し、天体観測時の補正値を求めることができるという効果を有する。
【0054】
また、デジタル相互相関器は、較正用波源から放射された電波の位相信号に基づいて、副反射鏡の鏡軸に対して非対称な変位成分を一意に決定する。そのため、支配的な誤差である副反射鏡の変位量である副反射鏡のX軸方向の変位、および副反射鏡の中心を通りY軸に平行な軸まわりの副反射鏡2の回転量を一意に決定することができるという効果を有する。
【0055】
また、2つの受信機の出力に基づき、電波の位相変動量をモニタする受信機位相モニタをさらに有する。そのため、受信機の位相変動も切り分けて補正として用いることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1の反射鏡アンテナ受信位相較正装置の概略構成図である。
【図2】この発明の実施の形態1を説明するための主反射鏡のZ方向変位時の天体からの位相の変化の概略図である。
【図3】この発明の実施の形態1を説明するための主反射鏡がたわみを持つ場合の天体からの位相の変化の概略図である。
【図4】この発明の実施の形態1を説明するための副反射鏡が変位した場合の天体からの位相の変化の概略図である。
【図5】この発明の実施の形態2の反射鏡アンテナ受信位相較正装置の概略構成図である。
【図6】この発明の実施の形態3の反射鏡アンテナ受信位相較正装置の要部の斜視図である。
【図7】この発明の実施の形態4の反射鏡アンテナ受信位相較正装置の要部の断面図である。
【図8】この発明の実施の形態5の反射鏡アンテナ受信位相較正装置の概略構成図である。
【図9】従来の2ビームアンテナによる観測を説明する概念図である。
【図10】従来の較正用波源を配置する手法を説明する説明図である。
【符号の説明】
1 主反射鏡、1a 回転対称な主反射鏡、1b Z方向に変位した主反射鏡、1c たわんだ主反射鏡、2 副反射鏡、2a 変位した副反射鏡、3 較正用波源、4 受信ホーン、4a 第1の受信ホーン、4b 第2の受信ホーン、5 受信機、5a 第1の受信機、5b 第2の受信機、6 デジタル相互相関器、7a 観測天体、7b 基準天体、8a 観測天体からの電波、8a’ 主反射鏡変位前の観測天体からの電波、8a’’ 主反射鏡変位後の観測天体からの電波、8b 基準天体からの電波、8b’ 主反射鏡変位前の基準天体からの電波、8b’’ 主反射鏡変位後の基準天体からの電波、9 大気のゆらぎ、10 ステイ、11 バックストラクチャ、12 受信ホーン取付板、13 受信機位相モニタ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a phase calibration apparatus for a radio telescope, for example, and more particularly to a reflector antenna reception phase calibration apparatus that estimates a mirror displacement amount from a phase difference between two reception horns.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this kind of reflector antenna reception phase calibration device, for example, N.I. Kawaguchi, T .; Sasao, S .; Manabe, “Dual Beam VLBI Technologies for Precision Astrometry of VERA Project”, SPIE, March, 2000. There is something shown in.
[0003]
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a conventional reflector antenna calibration apparatus disclosed in the above-mentioned document. In FIG. 8, 1 is a rotationally symmetric main reflecting mirror, 2 is a sub-reflecting mirror facing the main reflecting mirror 1, 3 is a calibration wave source, 4a and 4b are on the main reflecting mirror axis passing through the center of the main reflecting mirror 1. Two receiving horns 5a and 5b arranged symmetrically with respect to the axis are two receivers for receiving radio waves via the receiving horns, and 6 is a phase difference of radio waves based on the outputs of the two receivers 5a and 5b. A digital cross-correlator for detection, 10 is a stay for supporting the sub-reflecting mirror 2, 11 is a back structure for supporting the main reflecting mirror 1, and 13 is a receiver phase monitor. The back structure 11 is a framework for supporting the large-diameter main reflecting mirror 1 and extends radially from the center on the back surface of the main reflecting mirror 1. The stay 10 has one end fixed to the back structure 11 and the other end supporting the sub-reflecting mirror 2.
[0004]
FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining observation with a two-beam antenna. In the figure, 4a is a first receiving horn, 4b is a second receiving horn, 5a is a first receiver, 5b is a second receiver, 7a is an observation object, 7b is a reference object, and 8a is an observation object. , 8b is a radio wave from the reference celestial body, and 9 is a fluctuation of the atmosphere.
[0005]
Next, the operation will be described. In order to observe the position of celestial bodies with high accuracy using a radio interferometer with multiple radio telescopes, it is necessary to accurately measure the phase of the radio waves from the observation celestial bodies at each radio telescope antenna. . However, this measurement has been difficult due to fluctuations due to the earth's atmosphere, displacement of the specular system, and errors due to receiver fluctuations. Further, since the displacement of the mirror system due to its own weight varies depending on the elevation angle, the phase error due to the displacement of the mirror system of the radio wave from the observation object depends on the elevation angle of the radio telescope.
[0006]
In order to solve this problem, as shown in FIG. 9, there has been proposed a method of simultaneously observing a reference celestial object simultaneously with an observation celestial object using a radio telescope having two beams. The first receiver 5a and the second receiver 5b simultaneously receive the radio wave 8a from the observation celestial body and the radio wave 8b from the reference celestial body located on the paraxial axis of the observation celestial body through the same mirror system. At this time, it can be considered that the radio wave 8 a from the observation celestial body and the radio wave 8 b from the reference celestial body have passed through a region having substantially the same atmospheric fluctuation 9. Therefore, by correcting the reception phase from the observation celestial body 7a using the phase of the reference celestial body 7b, an error due to atmospheric fluctuation 9 can be corrected. In such two-beam observation, it is not necessary to observe the phase of each celestial body, and usually the phase difference between two celestial bodies is often observed.
[0007]
On the other hand, a method of arranging a calibration wave source 3 as shown in FIG. 10 has been proposed for errors due to the displacement of the mirror surface system and fluctuations at the receiver. As shown in FIG. 10, radio waves are emitted from a plurality of calibration wave sources 3 arranged on the main reflecting mirror 1, and the radio waves are received by the receiving horn 4. The phase of the received signal includes the phase change caused by the displacement of the main reflecting mirror 1 and the sub-reflecting mirror 2 and the phase change of the receiver 5, and this phase change amount is corrected with respect to the receiving phase of the observation object. By doing so, errors due to mirror surface displacement and receiver fluctuations can be removed. In addition, this method has an effect that an error due to the displacement of the mirror system can be detected according to the elevation angle of the radio telescope.
[0008]
As for the displacement of the mirror surface system, complete calibration can be performed only for the signal path from the celestial body with the calibration wave source position as the reflection point. However, the phase from the actual celestial body is obtained as a result of integrating the radio waves reflected at all points of the main reflector 1 and the sub-reflector 2. For complete calibration, the phase on the main reflector 1 It is necessary to arrange a number of term corrective wave sources 3 at the same position.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the reflector antenna calibration apparatus configured as described above, the phase from the celestial body is obtained as a result of integrating the radio waves reflected at all points of the main reflector 1 and the sub-reflector 2 and is completely calibrated. In order to perform the above, there is a problem that it is necessary to arrange a number of term corrective wave sources 3 on the main reflecting mirror 1.
[0010]
Further, when only the phase difference between the two receiving horns is observed as in the case of the two-beam observation, there is a problem that a specific correction amount is not obtained.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and uses a small number of calibration wave sources to estimate a mirror displacement that most contributes to an error from a phase difference between two receiving horns. An object is to obtain a reception phase calibration apparatus.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The reflector antenna reception phase calibration apparatus according to the present invention is arranged symmetrically about the main reflector mirror axis passing through the center of the main reflector, the sub-reflector facing the main reflector, the sub-reflector facing the main reflector Supports two received horns, two receivers that receive radio waves via the receiving horns, a digital cross-correlator that detects the phase difference of radio waves based on the outputs of the two receivers, and a sub-reflector A reflector antenna reception phase calibration apparatus having a stay, a back structure provided only on a predetermined portion of the back surface of the main reflector to support the main reflector, and a plurality of calibration wave sources, The wave source is disposed at a place where the back structure is disposed in the vicinity of the stay or on the back surface of the main reflecting mirror.
[0013]
The reflector antenna reception phase calibration apparatus according to the present invention is rotationally symmetric with respect to the main reflector, the sub-reflector facing the main reflector, and the axis of the main reflector passing through the center of the main reflector. Two receiving horns arranged in the receiver, two receivers for receiving radio waves via the receiving horns, a digital cross-correlator for detecting a phase difference of radio waves based on outputs of the two receivers, and a sub-reflector A reflector antenna reception phase calibration apparatus having a stay supporting the main reflector, a back structure provided only on a predetermined portion of the back surface of the main reflector to support the main reflector, and a plurality of calibration wave sources. The calibration wave source is disposed on the receiving horn mounting plate.
[0014]
The reflector antenna reception phase calibration apparatus according to the present invention is rotationally symmetric with respect to the main reflector, the sub-reflector facing the main reflector, and the axis of the main reflector passing through the center of the main reflector. Two receiving horns arranged in the receiver, two receivers for receiving radio waves via the receiving horns, a digital cross-correlator for detecting a phase difference of radio waves based on outputs of the two receivers, and a sub-reflector A reflector antenna reception phase calibration apparatus having a stay supporting the main reflector, a back structure provided only on a predetermined portion of the back surface of the main reflector to support the main reflector, and a plurality of calibration wave sources. The calibration wave source is fixed to the back structure, and a through-hole for allowing radio waves emitted from the calibration wave source to pass through is provided at a predetermined position of the main reflector.
[0015]
Further, the plurality of calibration wave sources are arranged in a plane perpendicular to a plane including the two receiving horns and the main mirror axis along the condition and passing through the center of the main mirror.
[0016]
The digital cross-correlator uniquely determines an asymmetric displacement component with respect to the mirror axis of the sub-reflecting mirror based on the phase signal of the radio wave radiated from the calibration wave source.
[0017]
In addition, a receiver phase monitor is further provided for monitoring the amount of radio wave phase fluctuation based on the outputs of the two receivers.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a reflector antenna reception phase calibration apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 1 is a rotationally symmetric main reflecting mirror, 2 is a sub-reflecting mirror facing the main reflecting mirror 1, 3 is a calibration wave source, 4a and 4b are on the main reflecting mirror axis passing through the center of the main reflecting mirror 1. Two receiving horns 5a and 5b arranged symmetrically with respect to the axis are two receivers for receiving radio waves via the receiving horns, and 6 is a phase difference of radio waves based on the outputs of the two receivers 5a and 5b. A digital cross-correlator for detection 10 is a stay for supporting the sub-reflecting mirror 2, and 11 is a back structure for supporting the main reflecting mirror 1. The back structure 11 is a framework for supporting the large-diameter main reflecting mirror 1 and extends radially from the center on the back surface of the main reflecting mirror 1. The stay 10 has one end fixed to the back structure 11 and the other end supporting the sub-reflecting mirror 2. A coordinate system O-XYZ in the drawing indicates a coordinate system in which the focal point of the sub-reflecting mirror 2 is the origin and the rotation axis of the rotationally symmetric main reflecting mirror 1a is the Z axis.
[0019]
FIG. 2 is a schematic diagram of a phase change from the celestial body when the main reflecting mirror is displaced in the Z direction for explaining the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, 1b is the main reflector displaced in the Z direction, 8a 'is the radio wave from the observation object before displacement of the main reflector, 8a''is the radio wave from the observation object after displacement of the main reflector, and 8b' is the main wave. Radio waves from the reference celestial body before displacement of the reflecting mirror, 8b ″, indicates radio waves from the reference celestial body after displacement of the main reflector.
[0020]
FIG. 3 is a schematic diagram of a phase change from a celestial body when the main reflecting mirror has a deflection for explaining the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, reference numeral 1c denotes a bent main reflecting mirror. FIG. 4 is a schematic diagram of a change in phase from the celestial body when the sub-reflecting mirror is displaced for explaining the first embodiment of the present invention.
[0021]
1, FIG. 2 and FIG. 3, the first receiving horn 4a and the second receiving horn 4b are located in the XZ plane in the coordinate system shown in FIG. Has been. A plurality of calibration wave sources 3 are arranged in the vicinity of the stay 10 on the main reflecting mirror 1 or at positions where the stay 10 and the back structure 11 are not displaced depending on the elevation angle.
[0022]
Next, the operation will be described. In the reflecting mirror antenna calibration apparatus shown in FIG. 1, as shown in FIG. 1, radio waves are radiated from a plurality of calibration wave sources 3 arranged on the main reflecting mirror 1, and the radio waves are radiated from the first receiving horn 4a and the first receiving horn 4a. 2 reception horn 4b. Based on the received signal, the digital cross-correlator 6 detects the phase difference between the signals of the first receiving horn 4a and the second receiving horn 4b.
[0023]
The detected phase difference is output by the digital cross-correlator 6 as a corresponding difference in optical path length. If the optical path length difference at this time is ΔLoi, the optical path length difference is the rotationally symmetric displacement of the main reflecting mirror 1a, the displacement of the sub-reflecting mirror 2, and the phase fluctuation amount of the first receiver 5a and the second receiver 5b. This amount includes the effects of However, since the calibration wave source 3 is disposed on the main reflecting mirror that is not displaced by the elevation angle, the influence of the displacement of the rotationally symmetric main reflecting mirror 1a is small. Therefore, the factor of the fluctuation amount included in ΔLoi is due to the displacement of the sub-reflecting mirror 2 and the phase fluctuation amount of the first receiver 5a and the second receiver 5b. Therefore, when the displacement amount of the sub-reflecting mirror 2 is δs and the phase fluctuation amounts of the first receiver 7a and the second receiver 7b are δrec,
[0024]
[Expression 1]
Figure 0003619160
[0025]
It is expressed. Furthermore, if the phase fluctuation amounts of the first receiver 5a and the second receiver 5b are equal, δrec may be considered to be zero. Therefore, the sub-reflector displacement amount can be obtained by determining the function F from ΔLoi observed by radio waves from a plurality of calibration wave sources. If the amount of displacement of the sub-reflector can be known, for example, the influence on the phase of the radio wave from the observation object at the time of displacement of the sub-reflector can be calculated by the geometric optical method, so that the amount of correction can be determined.
[0026]
The position of the calibration wave source in this configuration is not affected by the displacement of the main reflector. However, an error occurs in the phase of the radio wave from the observation object due to the displacement of the main reflecting mirror. On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 3, the displacement of the main reflecting mirror tends to increase the displacement and deflection of the main reflecting mirror in the z direction according to the elevation angle. In this case, the difference between the phase of the radio wave 8a ′ from the observation object before displacement of the main reflector and the radio wave 8a ″ from the observation object after displacement of the main reflector, that is, the optical path length, and the difference from the reference object before displacement of the main reflector. It can be considered that the difference in optical path length between the radio wave 8b ′ and the radio wave 8b ″ from the reference celestial body after displacement of the main reflector is substantially equal in consideration of symmetry. Therefore, it can be seen that the above deformation does not affect the phase difference between the radio wave 8a from the observation celestial body and the radio wave 8b from the reference celestial body, which are actual observation quantities.
[0027]
On the other hand, as shown in FIG. 4, it is understood that the displacement of the sub-reflecting mirror is dominant in the x-axis direction considering the influence of gravity. In FIG. 4, the radio wave 8a from the observation celestial body is M before the sub-reflector is displaced. A → S A , And reaches the first receiving horn 4a. A → S ' A Thus, the optical path length increases due to the displacement. On the other hand, the radio wave 8b from the reference celestial body has an optical path M due to the sub-reflector displacement. B → S B To M B → S ' B On the contrary, the optical path length becomes shorter. Therefore, it can be seen that the phase difference between the two has a large error due to the sub-reflector displacement.
[0028]
Thus, the reflector antenna reception phase calibration apparatus according to the invention of the present embodiment passes through the rotationally symmetric main reflector 1, the sub-reflector 2 facing the main reflector 1, and the center of the main reflector 1. Two receiving horns 4a and 4b arranged symmetrically with respect to the main reflector mirror axis, two receivers 5a and 5b for receiving radio waves via the receiving horns 4a and 4b, and two receivers 5a, The digital cross-correlator 6 that detects the phase difference of the radio wave based on the output of 5b, the stay 10 that supports the sub-reflecting mirror 2, and only a predetermined portion of the back surface of the main reflecting mirror 1 to support the main reflecting mirror 1 In the reflector antenna reception phase calibration apparatus having the back structure 11 provided in the plurality of calibration wave sources 3 and the plurality of calibration wave sources 3, the plurality of calibration wave sources 3 are arranged in the vicinity of the stay 10 on the main reflector 1 or on the back surface. Is placed It is arranged in place. Therefore, by installing the calibration wave source 3 at a position not affected by the displacement on the main reflector 1, the amount of displacement of the sub-reflector 2 that is the dominant error is estimated, and the correction value at the time of astronomical observation is calculated. It has an effect that it can be obtained.
[0029]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a reflector antenna reception phase calibration apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 1 of the first embodiment function the same as in FIG. In FIG. 5, a coordinate system O-XYZ is the same as the coordinate system of FIG.
[0030]
In FIG. 5, the first receiving horn 4a and the second receiving horn 4b are located in the XZ plane in the coordinate system shown in FIG. Further, the two calibration wave sources 3 are arranged in the vicinity of the stay 10 on the main reflecting mirror or at the intersection of the back structure 11 at positions N1 and N2 in the YZ plane at positions not displaced by the elevation angle. Further, as in the first embodiment, δrec is considered to be 0 on the assumption that the phase fluctuation amounts of the first receiver 5a and the second receiver 5b are equal.
[0031]
As shown in FIG. 5, when the calibration wave source 3 is arranged in the YZ plane, for example, when considering the calibration wave source 3 arranged at the position of N1, the first reception horn and the second reception horn. Intersection S1 with the sub-reflecting mirror 2 on the way to A , S1 B Take the same value only in the sign of the X coordinate due to symmetry. By using such symmetry, the displacement ΔX in the X-axis direction that is asymmetrical displacement with respect to the Z-axis of the sub-reflecting mirror 2 as described in the first embodiment. S , And the rotation amount Δθ of the sub-reflecting mirror 2 around the axis parallel to the Y axis through the center of the sub-reflecting mirror 2 YS The following equation holds.
[0032]
[Expression 2]
Figure 0003619160
[0033]
In the above equation, i has values of 1 and 2, and indicates the calibration wave source 3 arranged at the positions of N1 and N2. Ai, Bi, and Ci are expressed by the following equations.
[0034]
[Equation 3]
Figure 0003619160
[0035]
In the above equation, (xi, yi, zi) is an intersection S with the sub-reflecting mirror 2 before displacement from the calibration wave source 3 to the first receiving horn. iA The coordinates of (n xi , N yi , N zi ) Indicates the unit normal vector of the sub-reflector 2 on these points. Further, gi is an amount obtained from the optical path length difference ΔLoi when the radio wave radiated from the calibration wave source 3 is received by the first receiving horn B, and the intersection S on the sub-reflector 2 from the calibration wave source 3. iA The unit direction vector of the ray going to 1, iA , The unit direction vector after reflection is e 2, iA Furthermore, if the optical path length difference ΔLfi when the sub-reflector is not displaced is
[0036]
[Expression 4]
Figure 0003619160
[0037]
It is the quantity represented by. The optical path length difference ΔLfi when the sub-reflecting mirror is not displaced can be obtained using the calculated value. Further, ΔLoi when the mirror surface system is directed in the zenith direction is the displacement ΔX in the X-axis direction of the sub-reflecting mirror. S , And the rotation amount Δθ of the sub-reflecting mirror 2 around the axis parallel to the Y axis through the center of the sub-reflecting mirror 2 YS The value does not include a component that is asymmetric with respect to the Z axis, and the value can be used as ΔLfi.
[0038]
Displacement ΔX in the X-axis direction of the sub-reflecting mirror 2 by solving the above equations simultaneously S , And the rotation amount Δθ of the sub-reflecting mirror 2 around the axis parallel to the Y axis through the center of the sub-reflecting mirror 2 YS Can be uniquely determined. If the amount of displacement of the sub-reflector can be known, for example, the influence on the phase of the radio wave from the observation object at the time of displacement of the sub-reflector can be calculated by the geometric optical method, so that the amount of correction can be determined.
[0039]
As described above, in the reflector antenna reception phase calibration apparatus according to the invention of the present embodiment, the plurality of calibration wave sources 3 pass through the center of the main reflector on the surface including the two reception horns and the main reflector axis. It is arranged in a vertical plane. Therefore, by installing the calibration wave source 3 at a position not affected by the displacement on the main reflector 1, the amount of displacement of the sub-reflector 2 that is the dominant error is estimated, and the correction value at the time of astronomical observation is calculated. It has an effect that it can be obtained.
[0040]
The digital cross-correlator 6 uniquely determines an asymmetric displacement component with respect to the mirror axis of the sub-reflecting mirror 2 based on the phase signal of the radio wave radiated from the calibration wave source 3. Therefore, only by installing two calibration wave sources 3, the displacement in the X-axis direction of the sub-reflecting mirror 2, which is the dominant error, which is a dominant error, and the Y-axis passing through the center of the sub-reflecting mirror 2. This has the effect that the amount of rotation of the sub-reflecting mirror 2 around the parallel axis can be uniquely determined.
[0041]
Embodiment 3 FIG.
6 is a perspective view of a main part of a reflector antenna reception phase calibration apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 6, the same reference numerals as those in FIG. 1 of the first embodiment function the same as in FIG. In FIG. 6, 12 is a receiver mounting plate.
[0042]
In the first and second embodiments described above, the calibration wave source 3 is disposed on the main reflector 1, but in this embodiment, the calibration wave source 3 is provided with receiving horns 4a and 4b. It is installed on the receiving horn mounting plate 12.
[0043]
Thus, the reflector antenna reception phase calibration apparatus according to the invention of the present embodiment passes through the rotationally symmetric main reflector 1, the sub-reflector 2 facing the main reflector 1, and the center of the main reflector 1. Two receiving horns 4a and 4b arranged symmetrically with respect to the main reflector mirror axis, two receivers 5a and 5b for receiving radio waves via the receiving horns 4a and 4b, and two receivers 5a, The digital cross-correlator 6 that detects the phase difference of the radio wave based on the output of 5b, the stay 10 that supports the sub-reflecting mirror 2, and only a predetermined portion of the back surface of the main reflecting mirror 1 to support the main reflecting mirror 1 In the reflector antenna reception phase calibration apparatus having the back structure 11 and the plurality of calibration wave sources 3, the plurality of calibration wave sources are arranged on the reception horn mounting plate 12. Therefore, the main reflector 1 is not affected by deformation due to the elevation angle. Further, in particular, in the second embodiment, the positional relationship between the first receiving horn 4a and the second receiving horn 4b and the calibration wave source 3 is limited, but in this embodiment, on the same plate. Since the first receiving horn 4a and the second receiving horn 4b and the calibration wave source 3 are displaced by gravity due to a change in elevation angle, the first receiving horn 4a and the calibration receiving source 4a are not displaced independently. The positional relationship between the second receiving horn 4b and the calibration wave source 3 has the effect of being displaced while being maintained.
[0044]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part of a reflector antenna reception phase calibration apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 7, the same reference numerals as those in FIG. 1 of the first embodiment function the same as in FIG.
[0045]
In the above-described first and second embodiments, the calibration wave source 3 is directly attached to the back structure 11 and a radio wave can be emitted by making a hole (through hole) in the main reflecting mirror 1.
[0046]
Thus, the reflector antenna reception phase calibration apparatus according to the invention of the present embodiment passes through the rotationally symmetric main reflector 1, the sub-reflector 2 facing the main reflector 1, and the center of the main reflector 1. Two receiving horns 4a and 4b arranged symmetrically with respect to the main reflector mirror axis, two receivers 5a and 5b for receiving radio waves via the receiving horns 4a and 4b, and two receivers 5a, The digital cross-correlator 6 that detects the phase difference of the radio wave based on the output of 5b, the stay 10 that supports the sub-reflecting mirror 2, and only a predetermined portion of the back surface of the main reflecting mirror 1 to support the main reflecting mirror In the reflector antenna reception phase calibration apparatus having the back structure 11 and the plurality of calibration wave sources 3, the plurality of calibration wave sources are fixed to the back structure 11 and placed at predetermined positions on the main reflector 1. Is emitted from the calibration wave source 3 Through holes for passing the radio wave is provided. Therefore, the influence of the deformation due to the elevation angle of the main reflecting mirror 1 becomes smaller, and the displacement of the calibration wave source 3 that causes an error in estimation can be suppressed.
[0047]
Embodiment 5. FIG.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a reflector antenna reception phase calibration apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. In FIG. 8, the same reference numerals as those in FIG. 1 of the first embodiment function the same as in FIG. In FIG. 8, reference numeral 13 denotes a receiver phase monitor.
[0048]
In the first to fourth embodiments described above, the amount of phase fluctuation by the receivers 5a and 5b is assumed to be the same, and the observation amount is not affected. However, in practice, it is difficult to show the same characteristics. Therefore, the amount of phase fluctuation caused by the receivers 5a and 5b is used as a correction value by monitoring the amount of phase fluctuation caused by the receivers 5a and 5b with the receiver phase monitor 13.
[0049]
As described above, the reflector antenna reception phase calibration device according to the invention of the present embodiment has the receiver phase monitor 13 that monitors the phase fluctuation amount of the radio wave based on the outputs of the two receivers 5a and 5b. Therefore, the phase fluctuations of the receivers 5a and 5b can be separated and used as correction.
[0050]
【The invention's effect】
The reflector antenna reception phase calibration apparatus according to the present invention is arranged symmetrically about the main reflector mirror axis passing through the center of the main reflector, the sub-reflector facing the main reflector, the sub-reflector facing the main reflector Supports two received horns, two receivers that receive radio waves via the receiving horns, a digital cross-correlator that detects the phase difference of radio waves based on the outputs of the two receivers, and a sub-reflector A reflector antenna reception phase calibration apparatus having a stay, a back structure provided only on a predetermined portion of the back surface of the main reflector to support the main reflector, and a plurality of calibration wave sources, The wave source is disposed at a place where the back structure is disposed in the vicinity of the stay or on the back surface of the main reflecting mirror. Therefore, by installing a calibration wave source at a position that is not affected by the displacement on the main reflector, it is possible to estimate the displacement of the sub-reflector, which is the dominant error, and obtain a correction value during astronomical observation. It has the effect of being able to.
[0051]
The reflector antenna reception phase calibration apparatus according to the present invention is rotationally symmetric with respect to the main reflector, the sub-reflector facing the main reflector, and the axis of the main reflector passing through the center of the main reflector. Two receiving horns arranged in the receiver, two receivers for receiving radio waves via the receiving horns, a digital cross-correlator for detecting a phase difference of radio waves based on outputs of the two receivers, and a sub-reflector A reflector antenna reception phase calibration apparatus having a stay supporting the main reflector, a back structure provided only on a predetermined portion of the back surface of the main reflector to support the main reflector, and a plurality of calibration wave sources. The calibration wave source is disposed on the receiving horn mounting plate. Therefore, there is no influence of deformation due to the elevation angle of the main reflecting mirror.
[0052]
The reflector antenna reception phase calibration apparatus according to the present invention is rotationally symmetric with respect to the main reflector, the sub-reflector facing the main reflector, and the axis of the main reflector passing through the center of the main reflector. Two receiving horns arranged in the receiver, two receivers for receiving radio waves via the receiving horns, a digital cross-correlator for detecting a phase difference of radio waves based on outputs of the two receivers, and a sub-reflector A reflector antenna reception phase calibration apparatus having a stay supporting the main reflector, a back structure provided only on a predetermined portion of the back surface of the main reflector to support the main reflector, and a plurality of calibration wave sources. The calibration wave source is fixed to the back structure, and a through-hole for allowing radio waves emitted from the calibration wave source to pass through is provided at a predetermined position of the main reflector. Therefore, the influence of the deformation due to the elevation angle of the main reflecting mirror becomes smaller, and the displacement of the calibration wave source 3 that causes an error in estimation can be suppressed.
[0053]
Further, the plurality of calibration wave sources are arranged in a plane perpendicular to a plane including the two receiving horns and the main mirror axis along the condition and passing through the center of the main mirror. Therefore, by installing a calibration wave source at a position that is not affected by the displacement on the main reflector, it is possible to estimate the displacement of the sub-reflector, which is the dominant error, and obtain a correction value during astronomical observation. It has the effect of being able to.
[0054]
The digital cross-correlator uniquely determines an asymmetric displacement component with respect to the mirror axis of the sub-reflecting mirror based on the phase signal of the radio wave radiated from the calibration wave source. Therefore, the displacement in the X-axis direction of the sub-reflecting mirror, which is the displacement amount of the sub-reflecting mirror, which is a dominant error, and the amount of rotation of the sub-reflecting mirror 2 around the axis passing through the center of the sub-reflecting mirror and parallel to the Y-axis It has the effect that it can be determined uniquely.
[0055]
In addition, a receiver phase monitor is further provided for monitoring the amount of radio wave phase fluctuation based on the outputs of the two receivers. For this reason, the phase variation of the receiver can be separated and used as a correction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a reflector antenna reception phase calibration apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a phase change from a celestial body when the main reflecting mirror is displaced in the Z direction for explaining the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a schematic diagram of a phase change from a celestial body when the main reflecting mirror has a deflection for explaining the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram of a phase change from a celestial body when the sub-reflecting mirror is displaced for explaining the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a reflector antenna reception phase calibration apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view of a main part of a reflector antenna reception phase calibration apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part of a reflector antenna reception phase calibration apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a reflector antenna reception phase calibration apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating observation with a conventional two-beam antenna.
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a conventional method of arranging a calibration wave source.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main reflecting mirror, 1a Rotating symmetrical main reflecting mirror, 1b Main reflecting mirror displaced in Z direction, 1c Deflected main reflecting mirror, 2 Sub reflecting mirror, 2a Displaced sub reflecting mirror, 3 Calibration wave source, 4 Reception horn 4a first receiving horn, 4b second receiving horn, 5 receiver, 5a first receiver, 5b second receiver, 6 digital cross-correlator, 7a observation object, 7b reference object, 8a observation object 8a 'Radio wave from observation object before displacement of main reflector, 8a''Radio wave from observation object after displacement of main reflector, 8b Radio wave from reference object, 8b' Reference object before displacement of main reflector 8b '' Radio wave from the reference celestial body after displacement of the main reflector, 9 Air fluctuation, 10 Stay, 11 Back structure, 12 Receiver horn mounting plate, 13 Receiver phase monitor.

Claims (6)

回転対称な主反射鏡と、前記主反射鏡に対向する副反射鏡と、前記主反射鏡中心を通る主反射鏡鏡軸に対して軸対称に配置された2つの受信ホーンと、前記受信ホーンを介して電波を受信する2つの受信機と、前記2つの受信機の出力に基づいて前記電波の位相差を検出するデジタル相互相関器と、前記副反射鏡を支えるステイと、前記主反射鏡を支持するために該主反射鏡の裏面の所定の部分のみに設けられたバックストラクチャと、複数の較正用波源とを有する反射鏡アンテナ受信位相較正装置において、
前記複数の較正用波源は、前記主反射鏡上の前記ステイ近傍もしくは裏面に前記バックストラクチャが配置されている場所に配設されている
ことを特徴とする反射鏡アンテナ受信位相較正装置。
A rotationally symmetric main reflecting mirror, a sub-reflecting mirror facing the main reflecting mirror, two receiving horns arranged in axial symmetry with respect to a main reflecting mirror axis passing through the center of the main reflecting mirror, and the receiving horn Two receivers for receiving radio waves via the two receivers, a digital cross-correlator for detecting a phase difference of the radio waves based on outputs of the two receivers, a stay for supporting the sub-reflecting mirror, and the main reflecting mirror In a reflector antenna reception phase calibration apparatus having a back structure provided only in a predetermined part of the back surface of the main reflector to support the plurality of calibration wave sources,
The reflector antenna reception phase calibration device, wherein the plurality of calibration wave sources are disposed at a place where the back structure is disposed near or on the back surface of the stay on the main reflector.
回転対称な主反射鏡と、前記主反射鏡に対向する副反射鏡と、前記主反射鏡中心を通る主反射鏡鏡軸に対して軸対称に配置された2つの受信ホーンと、前記受信ホーンを介して電波を受信する2つの受信機と、前記2つの受信機の出力に基づいて前記電波の位相差を検出するデジタル相互相関器と、前記副反射鏡を支えるステイと、前記主反射鏡を支持するために該主反射鏡の裏面の所定の部分のみに設けられたバックストラクチャと、複数の較正用波源とを有する反射鏡アンテナ受信位相較正装置において、
前記複数の較正用波源は、受信ホーン取付板上に配設されている
ことを特徴とする反射鏡アンテナ受信位相較正装置。
A rotationally symmetric main reflecting mirror, a sub-reflecting mirror facing the main reflecting mirror, two receiving horns arranged in axial symmetry with respect to a main reflecting mirror axis passing through the center of the main reflecting mirror, and the receiving horn Two receivers for receiving radio waves via the two receivers, a digital cross-correlator for detecting a phase difference of the radio waves based on outputs of the two receivers, a stay for supporting the sub-reflecting mirror, and the main reflecting mirror In a reflector antenna reception phase calibration apparatus having a back structure provided only in a predetermined part of the back surface of the main reflector to support the plurality of calibration wave sources,
The reflector antenna reception phase calibration apparatus, wherein the plurality of calibration wave sources are arranged on a reception horn mounting plate.
回転対称な主反射鏡と、前記主反射鏡に対向する副反射鏡と、前記主反射鏡中心を通る主反射鏡鏡軸に対して軸対称に配置された2つの受信ホーンと、前記受信ホーンを介して電波を受信する2つの受信機と、前記2つの受信機の出力に基づいて前記電波の位相差を検出するデジタル相互相関器と、前記副反射鏡を支えるステイと、前記主反射鏡を支持するために該主反射鏡の裏面の所定の部分のみに設けられたバックストラクチャと、複数の較正用波源とを有する反射鏡アンテナ受信位相較正装置において、
前記複数の較正用波源は、前記バックストラクチャに固定され、前記主反射鏡の所定の位置には、該較正用波源から放出される電波を通過させる為の貫通孔が設けられている
ことを特徴とする反射鏡アンテナ受信位相較正装置。
A rotationally symmetric main reflecting mirror, a sub-reflecting mirror facing the main reflecting mirror, two receiving horns arranged in axial symmetry with respect to a main reflecting mirror axis passing through the center of the main reflecting mirror, and the receiving horn Two receivers for receiving radio waves via the two receivers, a digital cross-correlator for detecting a phase difference of the radio waves based on outputs of the two receivers, a stay for supporting the sub-reflecting mirror, and the main reflecting mirror In a reflector antenna reception phase calibration apparatus having a back structure provided only in a predetermined part of the back surface of the main reflector to support the plurality of calibration wave sources,
The plurality of calibration wave sources are fixed to the back structure, and a through-hole for allowing radio waves emitted from the calibration wave source to pass through is provided at a predetermined position of the main reflecting mirror. Reflector antenna reception phase calibration device.
前記複数の較正用波源は、前記条件で、かつ前記主反射鏡中心を通り前記2つの受信ホーンと前記主反射鏡鏡軸を含む面に垂直な面内に配設されている
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の反射鏡アンテナ受信位相較正装置。
The plurality of calibration wave sources are disposed in a plane perpendicular to a plane including the two receiving horns and the main reflecting mirror axis through the main reflecting mirror center under the above conditions. The reflector antenna reception phase calibration apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記デジタル相互相関器は、前記較正用波源から放射された電波の位相信号に基づいて、前記副反射鏡の鏡軸に対して非対称な変位成分を一意に決定する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の反射鏡アンテナ受信位相較正装置。
2. The digital cross-correlator uniquely determines an asymmetric displacement component with respect to the mirror axis of the sub-reflecting mirror based on a phase signal of a radio wave radiated from the calibration wave source. 5. The reflector antenna reception phase calibration device according to any one of 1 to 4.
前記2つの受信機の出力に基づき、前記電波の位相変動量をモニタする受信機位相モニタをさらに有する
ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の反射鏡アンテナ受信位相較正装置。
6. The reflector antenna reception phase calibration device according to claim 1, further comprising a receiver phase monitor that monitors a phase fluctuation amount of the radio wave based on outputs of the two receivers.
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