Изобретение относится к радиоастрономии и предназначено для получения радиоизображения Солнца, не искаженного ошибками фазового распределения сигналов по апертуре двумерного интерферометра, которые приводят к ухудшению формы диаграммы направленности инструмента и несимметричному росту боковых лепестков. The invention relates to radio astronomy and is intended to obtain a radio image of the Sun, not distorted by errors in the phase distribution of signals over the aperture of a two-dimensional interferometer, which lead to a deterioration in the shape of the radiation pattern of the instrument and the asymmetric growth of the side lobes.
Известен способ получения фазового распределения сигналов многоэлементной решетки последовательной регистрацией суммарных откликов от двух соседних антенн за период интерференционной картины (Криссинель Б.Б. "Методы фазирования остронаправленных решеток СВЧ-диапазона" - В кн. "Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца" - М., Наука, 1977, вып. 42, с. 142). В дальнейшем в этом способе анализируют фазы откликов, сравнивая их с фазой 1-ой гармоники изображения с противоположного плеча крестообразного интерферометра. A known method of obtaining the phase distribution of signals of a multi-element array by sequentially recording the total responses from two adjacent antennas for the period of the interference pattern (Krissinel BB "Methods of phasing of highly directional microwave arrays" - In the book "Research on geomagnetism, aeronomy and solar physics" - M., Nauka, 1977, issue 42, p. 142). Further, in this method, the response phases are analyzed, comparing them with the phase of the 1st harmonic of the image from the opposite arm of the cross-shaped interferometer.
Недостатками этого способа являются длительность получения фазового распределения по всей апертуре (2-3 минуты для одной пары антенн), что приводит к увеличению общего времени до 13-14 часов. Это, в конечном итоге, приводит к потере наиболее оптимального наблюдательного времени, а также используются дополнительные СВЧ-устройства для модуляции измеряемой пары и запирания остальных антенн и отдельная приемно-регистрирующая система. Кроме этого, известному способу свойственно наличие систематической ошибки из-за изменения центра тяжести радиоизлучения Солнца с течением времени (в том числе вследствие изменения активности Солнца). The disadvantages of this method are the duration of the phase distribution over the entire aperture (2-3 minutes for one pair of antennas), which leads to an increase in the total time to 13-14 hours. This, ultimately, leads to the loss of the most optimal observational time, and additional microwave devices are used to modulate the measured pair and lock the remaining antennas and a separate receiving and recording system. In addition, the known method is characterized by the presence of a systematic error due to a change in the center of gravity of the radio emission of the Sun over time (including due to a change in the activity of the Sun).
Целью настоящего изобретения является сокращение времени получения фазового распределения сигналов по апертуре крестообразного интерферометра до 20-30 минут, что приводит к существенному повышению эффективности использования инструмента. Кроме того, предлагаемый способ не требует дополнительных СВЧ-устройств и отдельной приемной аппаратуры, а также устраняет систематические ошибки, связанные с изменением центра тяжести радиоизлучения Солнца с течением времени. The aim of the present invention is to reduce the time to obtain the phase distribution of signals along the aperture of the cross-shaped interferometer to 20-30 minutes, which leads to a significant increase in the efficiency of use of the instrument. In addition, the proposed method does not require additional microwave devices and separate receiving equipment, and also eliminates systematic errors associated with a change in the center of gravity of the solar radiation over time.
Сущность изобретения: по предлагаемому способу на интерферометре регистрируют изображение Солнца, выбирают на нем локальный источник с размером порядка или меньше ширины диаграммы направленности инструмента, получают пространственный спектр этого источника, затем из этого спектра получают искомое фазовое распределение. Для осуществления предложенного способа используют известные радиотехнические средства, а именно крестообразный интерферометр с базами 623 на 623 м - Сибирский солнечный радиотелескоп - ССРТ (Смольков Г.Я. и др. "Сибирский солнечный радиотелескоп", В кн. "Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца" - М., Наука, 1990, вып.91, с.146). The essence of the invention: according to the proposed method, an image of the Sun is recorded on an interferometer, a local source with a size of the order of or less than the width of the radiation pattern of the instrument is selected on it, a spatial spectrum of this source is obtained, then the desired phase distribution is obtained from this spectrum. To implement the proposed method using well-known radio engineering means, namely a cross-shaped interferometer with bases of 623 by 623 m — the Siberian Solar Radio Telescope — SSRT (Smolkov G.Ya. et al. Siberian Solar Radio Telescope, in the book “Research on geomagnetism, aeronomy and physics of the Sun "- M., Nauka, 1990, issue 91, p.146).
Способ реализуется следующим образом. Регистрируют радиоизображение Солнца, производят выбор локального источника, получают пространственный спектр изображения этого источника, затем с помощью Фурье-преобразования полученных данных определяют фазовое распределение сигналов интерферометров. Спектр изображения строится в системе координат направляющих косинусов крестообразного интерферометра. В этом случае фазовые искажения в антенно-фидерном тракте проявляются параллельно осям координат спектра пространственных частот соответствующих интерферометров ССРТ (Восток-Запад, Север-Юг). Малые угловые размеры локального источника необходимы, чтобы в спектре пространственных частот этого источника присутствовали значимые отклики на частотах не меньших, чем наивысшая пространственная частота интерферометра. При этом регистрация производится в Т-образном режиме инструмента (Гречнев В. В. , Тресков Т. А. "Зависимость отклика интерферометра ССРТ от условий наблюдений и параметров приемной системы", В кн. "Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца" - Новосибирск,. Наука, 1994, вып. 102, с.232). В этом режиме исключаются взаимные влияния противоположных плеч инструмента. В спектре от них появляются компоненты на одной частоте, но с разными знаками мнимой части. Длительность реализации определяется необходимым соотношением сигнал-шум при слабых источниках, соответственно уменьшением ошибок измерений. При 20-30 минутной записи это соотношение улучшается в 3 раза по сравнению с отношением сигнал-шум для изображения, полученного за один период интерференционной картины интерферометра. Способ основан на известных в радиоастрономии соотношениях - измеренный пространственный спектр источника равен произведению Фурье-образа диаграммы направленности инструмента и Фурье-образа изображения источника, а диаграмма направленности определяется Фурье-преобразованием амплитудно-фазового распределения по апертуре инструмента. The method is implemented as follows. The radio image of the Sun is recorded, a local source is selected, the spatial spectrum of the image of this source is obtained, then the phase distribution of the interferometer signals is determined using the Fourier transform of the obtained data. The image spectrum is built in the coordinate system of the guiding cosines of the cruciform interferometer. In this case, phase distortions in the antenna-feeder path appear parallel to the coordinate axes of the spatial frequency spectrum of the corresponding SSRT interferometers (East-West, North-South). The small angular dimensions of the local source are necessary so that the spectrum of the spatial frequencies of this source contains significant responses at frequencies no less than the highest spatial frequency of the interferometer. In this case, registration is performed in the T-shaped mode of the instrument (Grechnev V.V., Treskov T.A. “Dependence of the response of the SSRT interferometer on the observation conditions and parameters of the receiving system”, in the book “Research on geomagnetism, aeronomy and solar physics” - Novosibirsk, Nauka, 1994, issue 102, p. 232). In this mode, the mutual influence of the opposite arms of the tool is eliminated. In the spectrum from them appear components at the same frequency, but with different signs of the imaginary part. Duration of implementation is determined by the necessary signal-to-noise ratio for weak sources, respectively, by a decrease in measurement errors. With a 20-30 minute recording, this ratio improves by 3 times compared with the signal-to-noise ratio for the image obtained during one period of the interference pattern of the interferometer. The method is based on the relations known in radio astronomy - the measured spatial spectrum of the source is equal to the product of the Fourier transform of the instrument radiation pattern and the Fourier transform of the source image, and the radiation pattern is determined by the Fourier transform of the amplitude-phase distribution over the instrument aperture.
Эффективность описанного способа проверена успешным использованием при получении двумерных карт на ССРТ, представляющем собой 256-элементный крестообразный интерферометр, работающий на частоте 5730 МГц (Смольков и др.). Использование этого способа - свести среднеквадратичные погрешности фазового распределения сигналов по апертуре к 5-6 градусам, что эквивалентно 1 мм на базах по 623 м. Это, в свою очередь, уменьшает ошибки анализа структуры изображений активных областей и вспышек на Солнце. The effectiveness of the described method was verified by successful use in obtaining two-dimensional cards on the SSRT, which is a 256-element cross-shaped interferometer operating at a frequency of 5730 MHz (Smolkov and others). Using this method is to reduce the root-mean-square errors of the phase distribution of signals along the aperture to 5-6 degrees, which is equivalent to 1 mm on the bases of 623 m. This, in turn, reduces the errors in the analysis of the image structure of active regions and solar flares.
Источники информации
1. Криссинель Б.Б. "Методы фазирования остронаправленных решеток СВЧ-диапазона" - В кн. "Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца" - М., Наука, 1977, вып. 42, с.142.Sources of information
1. Chrissinel BB "Methods of phasing sharply directed microwave arrays" - In the book. "Research on geomagnetism, aeronomy and solar physics" - M., Nauka, 1977, no. 42, p.142.
2. Гречнев В.В., Тресков Т.А. "Зависимость отклика интерферометра ССРТ от условий наблюдений и параметров приемной системы". В кн. "Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца" -Новосибирск, Наука, 1994, вып. 102, с.232. 2. Grechnev V.V., Treskov T.A. "Dependence of the response of the SSRT interferometer on the observation conditions and the parameters of the receiving system." In the book. "Research on geomagnetism, aeronomy and solar physics" -Novosibirsk, Nauka, 1994, no. 102, p. 232.
3. Смольков Г. Я. и др. "Сибирский солнечный радиотелескоп", В кн. "Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца" - М., Наука, 1990, вып. 91, с.146. 3. Smolkov G. Ya. Et al. "Siberian Solar Radio Telescope", In the book. "Research on geomagnetism, aeronomy and solar physics" - M., Nauka, 1990, no. 91, p. 146.