Введение к работе
Актуальность,
Одной из наиболее существенных особенностей Солниа является
изменчивость развивающихся в его атмосфере пространственных структур и процессов. Влияние солнечной активности на околоземное пространство предопределяет интерес к явлениям в атмосфере Солнца, особенно к их ярким проявлениям п пиде активных обпастей и солнечных вспышек. Это прзполяет получать уникальные данные о возмущениях электромагнитного поля Земли, обеспечивающие прогнозы состояния радиосвязи, погоды и безопасности космических полетов.
Сибирский солнечный радиотелескоп (ССРТ) предназначен для систематических исследований Солнца на волне 5.7 ГГц. Основными задачами ССРТ являются:
-
обзор и патруль состояния и развития солнечной активности;
-
изучение структуры античных областей на уровне, соответствующем генерации радиоизлучения на выбранной рабочей длине волны в короне на фоне солнечного диска;
-
изучение динамики активных областей п течение различных промежутков времени;
-
выявление наиболее испышечнопродуктионых активных областей, способных генерировать мощные вспышки;
-
изучение вспышечных процессов в активных областях;
-
наблюдение быстропротекающих процессов в солнечной короне с целью изучения механизмов первичного энергевыделения по аспышеч-ных областях.
В настоящее время а мире работает ряд больших радиоастрономических инструментов, предназначенных для изучения солнечной активности в различных диапазонах волн - РАТАН-б(И) (Россия)* VLA (СІПЛ), радиогелиограф Нобсяма (Япония) и др. Особенностью ССРТ является
то, что радиоизображение формируется с помощью веерной диаграммы направленности. Параллельный прием сигналов отдельных лучей производится многочястотным приемным устройством. При этом сигнал на выходе приемного устройства пропорционален яркостной температуре, усредненной по участку солнечной поверхности, угловое положение которого совпадает с направлением лучз диаграммы направленности. Временная развертка радиоизображения производится за счет вращения Земли.
Из рассмотрения задач, для решения которых построен ССРТ следует, что для этого необходимо создать рад автоматизированных комплексов, предназначенных для реализации различных режимов работы радиотелескопа. Эти комплексы должны быть построены по единой идеологии, быть совместимыми как на программном так и на аппаратном уровнях. В то же время в их основу должна быть заложена возможность модернизации и адаптации к новым условиям наблюдений и новым задачам.
Разнородность задач, решаемых на радиотелескопе, привела к созданию ряда приемных устройств с различными характеристиками. Например, количество каналов разных приемников изменяется от единиц до нескольких сотен, различны динамические диапазоны, коэффициенты усиления, постоянные времени и др.
Получение качественных данных в большой степени зависит от амплитудно-фазовых характеристик антенно-фидерной системы ССРТ. Для фазовой настройки антенной решетки радиотелескопа применяется метод фазирования По радиоизлучению Сспнцй. В процессе наблюдений требуется оперативный контроль состояния фазовой юстировки и выравнивание электрических длин протяженных волноводных трактов. Процедура контроля амплитудно-фазового распределения достаточно продолжительна и трудоемка. Необходимость сокращения затрат труда, улучше-
ния оперативности и точности Измерений обусловили создание системы автоматизации контроля параметров антеино-фидерного тракта.
Возможность наблюдений Солнца на ССРТ с достаточным пространственным разрешением позволили использовать инструмент для исследований быстропротекагощих процессов в солнечной атмосфере, что вызывает в последнее время повышенный интерес. Общепринято, что исследование наиболее коротких по длительности гчкроволновых уярче-ний проливает свет на элементарные процессы энерговыделения во вспышечных областях. Несмотря на большое количество наблюдений с шестидесятых годов определенность с их теоретическим объяснением до сих пор не достигнута. Наблюдения проводятся на многих крупных радиотелескопах, опубликован ряд статей, описываюшиг методики наблюдений, делаются попытки построения теорети гских моделей. Однако существует ряд технических трудностей связанных с выполнением таких исследований ограничения по временному и пространственному разрешению, недостаточная чувствительность приемной аппаратуры, нерегулярность работы по этой программе. Наблюдения на ССРТ субсекундных ы;плесков, выполненные в последние годы при помощи акустоопти-ческого приемника, показали эффективность использования этого радиотелескопа для выполнения таких исследований. В тоже время возник ряд вопросов, особенно касающихся временных параметров всплесков. В ряде случаев их длительность оказалась сравнима с дискретом регистрации - около 56 мс или меньше. Для получения более полной информации о всплесках длительностью менее 56 мс возникла необходимость создания новой системы регистрации с лучшими параметрами.
Исходя из выше сказанного, усилия автора были направлены на создание таких автоматизированных комплексов, которые позволили бы выполнять регистрацию сигналов с выходов различных приемных устройств радиотелескопа, проводить диа гностику состояния антенной си
стемьг, оперативно представлять наблюдательные данные экспериментаторам в удобном для них виде, как в процессе наблюдений, так и после их проведения.
Цель работы:
Работа выполнена з интересах решения фундаментальных задач современной физики Солнца и солнечно-земных связей:
синоптического изучения солнечной активности;
исследования активных областей и jcnbiaieK;
выявления наиболее вспышеу непродуктивных активных областей, способных генерировать мощные вспышки;
исследований тонкой (масштаба 1 с) и сверхтонкой временной структуры (менее 1 с) радиовсплесков с высоким пространственным разрешением.
Для этого решены следующие инструментальные и методические задачи:
-
разработка базового автоматизированного комплекса регистрации сигналов с выходов мн ^очастотного приемного устройства;
-
создание автоматизированной системы контроля параметров антенно-фидерного тракта ССРТ, позволяющей в процессе наблюдений получать данные о амплитудном и фазовом распределении сигнала по апертуре антенной решетки радиотелескопа;
-
разработка методики наблюдений и программно-аппаратного обеспечения системы регистрации быстрых процессов, позволяющих проводить наблюдения всплесков с длительностями от нескольких десятков миллг "екунд;
-
внедрение созданных автоматизированных комплт'::оч ч *оце-,с мониторинга солнечной активности;
5. проведение регулярных наблюдений субсекундных всплесков с целью получения информации сб их пространственно-временных характеристиках.
Научная новизна работы,
« Создана автоматизированная система сбора информации, позволившая в течении ряда лет проводить наблюдения на радиотелескопе, организовать регулягше исследования активных областей на Солнце с высоким временным и пространственным разрешением.
Выполнен анализ задач контроля параметров рчтенно-фидерного
тракта ССРТ, разработана и внедрена сист. і автоматизации, позво
лившая оперативно получать информацию об амплитудном и фазо
вом распределении сигнала по апертуре антенной решетки. В резуль
тате работы этой системы повысилось качество получаемых наблюда
тельных данных.
в На основе анализа данных, полученных ранее, определеньт параметры системы регистрации быстрых процессов, реализация которой Позволила проводить наблюдения с временным дискретом до 14 мс. Реализовано программное обеспечение наблюдений и обработки данных. Разработана методика калибровки и контроля работоспособности многочастотггаго приемного устройства.
Проведены наблюдения на ССРТ субсекундных всплесков в диапазоне
5.7 ГГц с временным разрешением 14 мс. Показано, что с помощью
системы регистрации быстрых процессов возможна регистрация
ьсплесков с длительностью от нескольких десятков мшишеекунд, про
веден анализ временных параметров всплесков.
Получены уникальные данные, позволившие провести оценки пространственно-временных параметров источников субсекундных микроволновых всплесков.
Научное и практическое значение.
Практическое значение работы заключается в использовании разработанных автором методик и программно-аппаратных средств для регулярных наблюдений солнечной активности на ССРТ.
Комплекс сбора информации с выходов многочастотного приемного устройства постоянно эксплуатируется на ССРТ в течений ряда лет, непрерывно модернизируется при вводе новых режимов и смене поколения вычислительной техники.
Внедрение автоматизированной системы контроля параметров ан-теино-фидерного тракта позволило значительно сократить трудозатраты по получению амплитудно-фазового распределения сигнала по апертуре антенной решетки ССРТ.
Опыт, полученный при разработке выше названных -истем, получил дальнейшее развитие при проектировании системы регистрации быстрых процессов. Были учтены такие важные принципы как модульность и открытость, что особенно важно для систем автоматизации научных экспериментов. Разработанное программное обеспечение позволило наглядно представлять получаемь.г данные в процессе наблюдений.
Использование в системе регистрации быстрых процессов современной ЭВМ, оснащенной развитыми средствами хранения и представления данных, существенно повысило надежность работы системы и ин-формативносгь получаемых данных. Проведенные наблюдения позволили получить информацию о временных параметрах субсекундных всллесков.
На защиту выносятся:
результаты создания комплекса для регистрации сигналов с пыходов многочастотного приемного устройства ССРТ;
методика построения и результаты создания автоматизированной системы контроля параметров антенио-фндерного тракта ССРТ для получения в процессе наблюдений данных об амплитудном и фазовом распределении сигнала по апертуре антенны радиотелескопа;
результаты разработки системы регистрации быстрых процессов, позволяющей проводить наблюдения всплесков с временным разрешением до 14 мс;
Методика и результаты наблюдении субсекундных микроволновых всплесков в диапазоне 5.7 ГГц и первые результаты их анализа.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на XIV Конференции молодых европейских радиоастрономов (Зеленчукская, 1984), на XIV.XVII.XXI - Всесоюзных радиоастрономических конференциях (Ереван, 1982, 1985, 1989гг.), XXYI Радиоастрономической конференции (Санкт-Петербург, 1995г.), IY и V Всесоюзных симпозиумах по модульным информационно-вычислительным системам (Иркутск 1983. Кишинев 1985), на общегородском семинаре ' Применение средств вычислительной техники в измерительной технике" (Ленинград, 1989), Work shop on "Coronal Magnetic Energy Releases" ( Caputh, Germany, 1994), Sixth Annual Conference oti Astronomical Data Analysis Software and Systems (Olnrlottesville, USA, 1996), на конференциях и семинярях ИСЗФ.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано І 3 печатных работ.
Структура и объем диссертации.
