Введение к работе
Актуальность темы. Эффективный способи* дистанционного исследования свойстэ различных Физических объектов является изучение их радиотаппового излечения в диапазоне киллинетро-вых волн ( ММ8 ). Флуктуационная составляющая интенсивности принимаемого при подобных наблюдениях радиотеплового сигнала обычно обусловлена либо изменением ' параметров собственно объекта, либо вариациями паглоцения миллиметровых волн на пгти распространения и, эоойяе говоря, при соответствующей методике наблюдения и обработки данных эти Эффекты могут быть достаточно надежно разделены. Особая роль мэлкомасптаб-ных быстрых Флуктуации интенсивности принимаемого сигнала обусловлена тем, что они характеризуют тонкую структуру процессов, происходящих как э объекте исследования, так и на пути распространения радиоволн.
В частности, экспериментальные исследования Флуктуация поглощения и собственного излучения атмосферы в диапазоне миллиметровых волн позволяют оценить ее влияние на характеристики линий связи , систем радиолокации и радионавигации , определить предельную чувствительность наземных радиотелескопов , а такає представляют интерес с точки зрения репе-ния ряда задач «иэики атмосферы ( например , при ее дистанционном зондировании ) . При изучении ае параметров радиотеплового излучония внеатмосферных источников Флуктуации логлоаеиия в атмосфере являются в ряде случаев источником достаточно сильной нестационарное и могут вызвать заметные погреаности в оценке искомых характеристик.
- о -
Радиопульсации относятся к числу наименее исследованных видоа солнечной ахтивности, хотя имеется ДОООЛЬНО ЭСШИрНЫЯ материал по тооретическом: и экспериментальному исследованию влгктгацми радиоизлучения Солнца. Оснооная ч-сть известны-экспериментальных результатов относится к пульсациям радио-излучєжия s диапазоне от сантиметрі juk до метровых волн , обусловленным различного рода плазменными неустойчиоостями, модуляцией паранетроа плазмы или наличием волновых движений в солнечной* атн«5с«ерд. В то ке время, диапазон коротких миллиметровых волн представляет значительный интерес для диагностики плазмі^ активных областей , поскольку оаласть миллиметрового из.іїчонйя располагается слизко к области первичного выделения энергии* Систематические данные по исследованию радиоп.-льезций в гтои диапазоне отсутствуют, поэтому весьма интересным представляется наблюдение областей Солнца, в которых могут существовать корокальные источники миллиметрового излучения. Оценка параметров "рапиопульсаций имеет и чисто практический интерес, поскольку ик наличие когет оказать влияние на точность радиастроноиических измерительных инструментов, а частности, радиосекстана.
Задачи исследования «луктуация интенсивности ралиотел-лового излучения тесно связаны и с применением радиометров D системах пассивной радиотеплолокации диапазона миллиметровых волн для оенаруаения и определения параметров авихения радиоконтрастных оеъэхтоэ. Перспективность таких систем ОйУ-словлена сравнительно малыми размерами остронаправленых антенн и хорооей 1 в отличие от соответствуючих систем инфракрасного диапазона 1 устойчивостью к изменениям метеоусловия при правильном выборе рабочей длины волны.
- 5 -Возможное і обнаругения радиоконтрастных объектов на местности сканируюиими радиотеплолокаторами определяются s обаем случае различием пространственных спэктроэ объекта и она, а для повыаония вероятности правильного обнаружения иногда чожет быть использована дополнительная информация о динамике изменения этих спектров эо времени. Поэтому экспериментальное исследование временных и пространственных характеристик вариация радиояркости подстилающих поверхностей является безусловно актуальным.
Опубликованный к Нйстолаому времени наблюдательный материал з указанных областях относится преимуиественно к луктуациям на временных интервалах более і кинуты, в то время как быстрые «луктуации в диапазоне ( 0,1-10 >Гц практически не исследовались.
Успешное исследование подобных Флуктуации возможно только при наличии радиометрической аппаратуры с высокими чувствительностью, температурным и временным разреаениями. Кроне того, повыаение временного разреооиия приводит к резкому увеличению потока данных, поэтому дґ|я, сбора и обработки информации целесообразно применение иикро-ЭВИ. На момент Начала работ созланиа такого комплекса, разработка алгоритмов и программ сбора и обработки данный также являлись актуальной задачей.
Цель данной работы - создание автоматизированного радиометрического комплекса с непрерывным наблюдением сигнала, обладающего высоким'; чувствительность» ('"'О, 1К ) , темпера-турным {-^10 ) и врененным 1~"0,01С ) разреиенияни и получение экспериментальных оценок статистических и спектральных параметров вариаций поглоаения ММБ в атмосфере , луктуаций-
- - s -
интенсивности радиоизлучения Солнца и радиояркости иорскоп поверхности , в такго исследование возможности испсльзоаьния радиометров «ля определек ія углового направления и скорости двикении paonoKOHTpacTV4x ойьвктов.
Научная новизна работы. Предложен метод расчета и получены выражения для чувствительности автоматического нулевого радиометра ( АКР ) с учетом нестабк* ностн Еталонного генератора вунй,' вуйсноны условия устойчивости АНР. Выработаны трейов^ния*' к структуре к апгсритмак обработки д=нных применительно к радиометрический меследооакиян еыстрых Флуктуации радиотеолового излучении. Разработана и реализована методика радиоастрономического исследования *л?ктуациоккых погреаностей наведения крупных зеркальных антенн нилликетро-вого диапазона длин волн. Впервые экспериментально получены оценки статистических и спектральных характеристик быстрых, (0,1~12)Гц, флуктуации поглощения МНЕ а атмосфера, интенсив-ностя радиоизлучония различны» областей Солнца к радиояр-кости морской поворкности.
Научная и практическая ценность работы. 1, Предлохены новые технические ревения, на основе которых разработан автоматический нулевой явухкаиальныя радиометр диапазона волн ( 3 - 4 ) ин , оеладаюаии высокими чувствительность» { 0,06 К при 'С =1С ), температурным м врононнш" разрешениям» (»-10 и 0,01С соответственно ), а такие высско( < не ХУ2 10 % ) линейность» s вироком , і 300 - 5О00 Ж , диапазоне антенных температур. Такой набор.паранетроз позволяет получать новыэ данные по экспериментальному исследований имкропульсацмя интенсивности радиотаплооого излученш различных oskiOCTou .
-
Рассчиганкыа то результатам наблюдение оценки спектральных и статистических характеристик быстрых *луктгации погло-вония ММВ е атмос«аре, интенсивности радиоизлучения различных областей Сопниа и радиояркости пороков поверхности могут быть использованы при уточнении существующих моделей соответствующих объектов, а г<*кяе для определения Эффективности систем радиотепполокации.
-
Предложен и апробмрооан нсып метод исследования »л> ктуэ-иионных опибок наведокия антонн с одновремг чным анализом радиоастрономического сигнала и показаний датчиков вибраций. Метод позволяет оценить резупьтирующеа воздействие вибраций на положение диаграммы направленности антенны, локализовать источники наиболее сильных вибрация, а такхе разработать способы снижения влияния вибраций на точность наведення антонн.
-
Экспериментально доказана з»4ективкость применения двгх-канальных раднопетроа для определения угловых скорости и направления движения радиоконтрастных объектов .
Личнып оклад автора. Автоматический, нулевой радиометр диапазона волн <3-4)мн был разработан в отд. 180 ,1ПФ АН СССР коллективом автороэ (33. Конструкция корпуса СВЧ-блока и СВЧ-тракт, выполненные на сверяразнерных волноводах, разработаны Ю;В. Лебским и Ю.М. Заеытооым. Высоковольтный источник питания лампы обратной золим создан A.M. йтанюком и А.Ф. Андрияновым, во*, остальные блоки АНР ( 60 ) разработаны аа-тором представляемой диссертации. Вклад азтора з разработку комплекса автоматизации составляет около 90S , а в разработку программного оовслечония для проседеиия наблюдений и обработки данных - S5S . Наблюдения проводились на радиотв-
- 8 -ласкопе РТ-22 КрАО Л.И. Цветкгэын vi автором . В задачи автора схопили аппаратурное обеспечение измерений ( 100 ) и участив в со&єрвєнстаован и методик наблюдений и исследования лонех инструментального происхождения I 50 1. Вклад автора в обработку данных иаапюг чиня составляет около 958 . На защиту выносятся;
разработка автоматического нулевого радної зтра ( ЛНР ) диапазона волн ( 3"- 4 ) ни , оеладавнего непрерывное-ьк> регистрации ctVua/i^, высокими чувствительносгк» , температурный и"«ременным разрооонляни , а также эысокой линейность» в вироком диапазоне антенных температур ;
теоретически, расчет чуостоительностн АНР и анализ условия его устойчивости как системы абторегулироаакия ;
разракотка автонатизироеанноя системи управления радиометрическим комплексом, сбора я обработки данных на сазе микро-ЭВМ, а также методики', алгоритмов м програми проведения наблюдений и оценки статистический и спектральных параметров «пуктуаций интенсивности радиотепгозаго излучения . радиокартирования я обнаружения радиоконтрастных ойъоктое ;
экспериментально полученныо оценки спектральних и статистических характеристик «луктуацил поглоиония в аткос*ере на временных интервала» ( 20 - 3000 )С с разреыеииом ( 0,04--6 ) С {
»кспорияснтально получении» оценки спектральных и статистических параметров «лукгуэций мнтонсивиости радиотепло-вого излучения различных областей Солнца в частотном диапа-эон I 6*10 - 12 ) Гц ;
католика синхронных измерений радиоастрономическим и пряный способами параметров «луктуаиионныя оаиаок наведения
- 8 -крупных эаркалы лх антенн, а такяе результаты исследования влияния на такие оаибки вибрация и раскачивания контрре»лек-тора радиотелескопа РТ - 22 КрАО ;
- создание мобильного и Эффективного аппаратурного комплекса для исследования пространственных и временных Флуктуации радиояркости подстилающих поверхностей ; экспериментально полученные оценки параметров Флуктуация' радиояркости морской поверхности, а также зависимость их от высоты и направления распространения волн по отношению к лучу зр-?ния и поляризации принимаемого излучєьия.
Апробация работы. Изложенные в диссертации результаты оесуядались на семинарах ИПФ АН СССР, докладывались на 17 Всесоюзной конференции по радиоастрономической аппаратуре ( Ереван, 1985 ), 22 Всесоюзной хон»еренции « Радиотелескопы и интерферометры * ( Ереван, 1990 ), 20 Всесоюзной конференции по радиофизическим исследованиям Солнечной системы { Симферополь,1' 88 ),
Состав и обьеи работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Она содержит 113 страниц основного текста , 27 рисунков , 5 таблиц , список литер- тгры на 7 страницах - 49 наименования включая 9 публикация автора.
