Введение к работе
Актуальность работы. Актуальность любой научно-технической работы по созданию экспериментальной базы и обеспечению необходимых условий проведения исследований непосредственно определяется актуальностью конкретных научных задач.
Предлагаемая система автоматизации предназначена для обеспечения радиоастрономических наблюдений межпланетных мерцаний космических радиоисточников. Межпланетные мерцания представляют собой амплитудную модуляцию радиоволн за счет дифракционных и интерференционных эффектов возникающих при прохождении радиоизлучения через неоднородную межпланетную плазму. При этом на Земле наблюдается дифракционная картина, движущаяся относительно наблюдателя со скоростью, примерно равной скорости солнечного ветра. Наблюдатель регистрирует мерцания - быстрые изменения интенсивности радиоисточника. Этот эффект мерцаний радиоисточников подобен видимому в ночном небе мерцанию звезд.
В научном плане наблюдения межпланетных мерцаний используются в двух направлениях. Первое направление нацелено на исследование солнечного ветра - околосолнечной и межпланетной плазмы. Второе применение наблюдений межпланетных мерцаний направлено на исследование самих мерцающих радиоисточников, используя знания о межпланетной плазме и о характеристиках вызываемых ею мерцаний наблюдаемых радиоисточников.
Исследования межпланетной плазмы посредством наблюдений межпланетных мерцаний в своем развитии претерпели несколько этапов. На первом этапе сразу после открытия эффектов мерцаний радиоизлучения космических источников очень малых угловых размеров было необходимо
изучить характеристики межпланетных мерцаний, реализовать их как метод исследования солнечного ветра и получить этим методом первую самую обитую информацию о межпланетной среде. Объем наблюдательной информации на этом этапе исследований был относительно невелик и вполне выдерживал возможности ручной обработки данных наблюдений. К следующему этапу условно можно отнести период активного внедрения радиоастрономического метода мерцаний в исследования средних характеристик межпланетной плазмы: измерения величины и направления скорости солнечного ветра по многопунктовым наблюдениям межпланетных мерцаний; измерения временных спектров мерцаний и оценка по ним пространственных характеристик неоднородностей электронной плотности, ответственных за эффекты мерцаний; изучение временных и пространственных зависимостей средних характеристик солнечного ветра и т.д. При этом объем наблюдательной информации, накапливаемой на бумажной или магнитной ленте, возрос настолько, что для ее обработки все шире стала применяться вычислительная техника того периода. Следующий этап исследований, включающий в себя и настоящее время, связан с дальнейшим совершенствованием радиотелескопов и, прежде всего, повышением чувствительности и увеличением скорости перестановки диаграммы направленности. Это позволило перейти от изучения средних характеристик к детальным исследованиям межпланетной плазмы одновременно в пределах всей видимой области неба. Разработанный и реализованный на Пущинской радиоастрономической обсерватории АКЦ ФИАН (ПРАО АКЦ ФИАН) метод картографирования индексов мерцаний посредством наблюдений межпланетных мерцаний сотен радиоисточников в день позволяет получать ежедневные радиоизображения межпланетной плазмы и тем самым изучать динамику солнечного ветра в пределах видимой
области внутренней гелиосферы. Одной из уникальных возможностей метода картографирования межпланетной плазмы является выявление распространяющихся от Солнца крупномасштабных возмущений и, в частности, межпланетных ударных волн генерируемых солнечными вспышками. В научном отношении такие исследования особенно актуальны для решения проблем солнечно земной физики. Возможность выяплять межпланетные ударные волны, следить за их распространением от Солнца; оценивать геометрию, скорость и напрашіение движения фронта волн открывает путь практическому применению метода картографирования для предсказания геофизических возмущений, вызванных активными процессами на Солнце. Очевидно, что эти исследования вообще немыслимы без автоматизации наблюдений на базе современной вычислительной техники, как в силу большого объема наблюдательной информации, так и большого объема операций управления процессом проведения наблюдений. Еще более жесткие требования в этом отношении возникают при проведении таких наблюдений в целях прогнозирования геофизических возмущений, в силу необходимости оперативного получения результатов наблюдений.
Второе направление наблюдений межпланетных мерцаний - применение их для исследования радиоисточников очень малых угловых размеров, составляющих доли угловых секунд. Для этого используется модель солнечного ветра, построенная по средним характеристикам величины и направления скорости солнечного ветра, а также по величине флуктуации неоднородностей электронной плотности. То есть, используются те характеристики, которые исследуются в первом направлении. При этом можно исследовать как уже известные источники, так и ставить задачу обнаружения новых радиоисточников. Классический интерферометрический метод получения высокого углового разрешения связан с большими
материальными затратами и сложностью всех этапов наблюдений и обработки. Мерцания же, в принципе, связаны с "точечными" источниками, т.е. на неоднородностях межпланетной плазмы флуктуирует (мерцает) излучение радиоисточникоБ очень малых угловых размеров, порядка одной угловой секунды-и меньше. Причем, наблюдения межпланетных мерцаний наиболее эффективны именно в метровом диапазоне волк, где интерферометрический метод наблюдений встречает большие трудности.
Одна из актуальных задач - это обзор неба мерцающих источников. Дело в том, что обзоров неба протяженных источников очень много, а обзор неба мерцающих источников ранее сделан всего один и с чувствительностью приблизительно на порядок уступающей чувствительности антенны БСА (Большая Синфазная Антенна) ФИАН. Для обзора неба (на многолучевой диаграмме направленности БСА) необходимо иметь возможность одновременного съема информации по многим каналам в реальном режиме времени. Такой обзор мерцающих источников имеет вареные космологические приложения, которые связаны с подсчетом мерцающих источников, с поиском крупномасштабных неоднородностей Вселенной, с выяснением природы мерцающих источников и многие другие.
Целью работы и основными задачами исследования являются создание на основе современных ЭВМ типа IBM технической системы и математического обеспечения для автоматического управления процессом наблюдений межпланетных мерцаний; сбора и оперативной обработки наблюдательных данных, их накопления и последующей полной обработки результатов наблюдений.
Научная новизна работы. Впервые в СССР была выбрана идеология, отработана схема полной автоматизации антенно-аппаратурного комплекса радиотелескопов типа антенных решеток БСЛ и РВК-151 (радиоастрономическая антенна на 151 МГц из элементов «волновой канал») на основе ЭВМ с платформой Intel х86. Предложенная схема автоматизации была реализована в виде системы полной автоматизации наблюдений и обработки наблюдений межпланетных мерцаний источников, которая включает управление антенно-аппаратурным комплексом радиотелескопов БСА и РВК-151, оперативную обработку текущей информации в режиме реального времени, накопление и хранение первичной информации.
Практическая г/енность работы заключается в расширении наблюдательных возможностей радиотелескопов метровых волн БСА и РВК-151 за счет использования ЭВМ типа IBM PC. Разработанная идеология построения системы автоматизации может быть использована также на других радиотелескопах.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:
21-й Всесоюзной конференции по радиоастрономической аппаратуре (Ереван, 1989);
25-й радиоастрономической конференции (Пущине, 1993);
26-й радиоастрономической конференции (Санкт-Петербург, 1995);
2-й открытой городской научной конференции молодых ученых (Пушино, 1997);
27-й радиоастрономической конференции (Санкт-Петербург, 1997);
а также на семинарах и научных сессиях ПРЛО АКЦ ФИАН, АКЦ ФИАН и опубликованы в 16 печатных работах. Результаты внедрены на радиотелескопах БСА и РВК Пущинской радиоастрономической обсерватории АКЦ ФИАН и обеспечивают наблюдения межпланетных мерцаний с 1991г.
Структура и объем duccepmaifuu. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации составляет 93 страницы, включая список литературы из 86 библиографических ссылок, 5 таблиц и 20 рисунков.
На защиту выносятся следующие результаты:
1. Выбор идеологии и отработка схемы полной автоматизации антенно-
аппаратурного комплекса радиотелескопов типа антенных решеток (БСА и
РВК-151) на основе ЭВМ с платформой Intelx86.
2. Создание системы полной автоматизации всего процесса наблюдений
межпланетных мерцаний космических радиоисточников, которая включает
управление антенно-аппаратурным комплексом радиотелескопов БСА и РВК-
151, оперативную обработку текущей информации в режиме реального
времени, накопление и хранение первичной информации.
3. Создание программного обеспечения по управлению антенно-
аппаратурным комплексом, сбору, хранению и оперативной обработке
информации по наблюдениям мерцающих источников.