Автоматизированные методы проведения и обработки радиометрических наблюдений на радиотелескопах рсдб-комплекса квазар-кво

Выделяется стабильность результатов наблюдения опорных радиоисточников методом плавного сканирования, который обладает большей степенью независимости от точности наведения антенны радиотелескопа по сравнению с наблюдениями методами класса On-Off (Отводы или Рэтрак). Это делает плавное сканирование приоритетным при прецизионных наблюдениях.

Проведена классификация видов наблюдательных программ по взаиморасположению исследуемых и опорных источников. Отмечается важность нахождения вблизи каждого исследуемого радиоисточника опорного для точного определения потока первых, во время прецизионных наблюдений. Данная классификация положена в основу алгоритмов разработанного автором программного обеспечения автоматизации подготовки радиометрических наблюдений, что показано во второй главе диссертации.

Во второй главе рассматриваются программные системы, дополняющие аппаратуру радиотелескопов РТ-22 ФИАН, РАТАН-600, 100-метровых радиотелескопов Эффельсберга и Грин-Бэнк и служащие для подготовки, проведения и обработки радиометрических наблюдений. Программное обеспечение для радиометрических наблюдений разрабатывалось главным образом индивидуально для каждого конкретного радиотелескопа и для решения конкретной задачи. В отдельных случаях использовались сторонние пакеты обработки, например AIPS++, но и они требовали доработки и адоптации под заданный инструмент. По затраченному времени такая работа часто была почти равносильна разработке собственных программ.

Учитывая совокупный опыт рассмотренных обсерваторий по реализации структуры организации автоматических радиометрических наблюдений, для комплекса «Квазар-КВО» была сформирована собственная целостная цепочка программного обеспечения для подготовки (Sched Maker), проведения (FS), обработки (Class Visual), хранения и анализа радиометрических наблюдений — база данных радиометрических наблюдений (рис.1).

В третьей главе рассматривается программа Sched Maker для подготовки автоматических радиометрических наблюдений на радиотелескопах комплекса «Квазар-КВО». Автоматизация проведения радиометрического наблюдения с помощью FS требует наличия специального управляющего файла, состоящего из команд на языке SNAP (Standard Notation for Astronomy Procedures). Программы интерферометрических сеансов на языке SNAP формируются с помощью стандартизованных пакетов планирования: NASA SKED (планирование геодезических экспериментов) и NRAO SCHED (планирование астрофизических экспериментов). Подобных пакетов, специализированных под FS, для подготовки радиометрических наблюдений нет.

Эта проблема на радиотелескопах комплекса «Квазар-КВО» была решена автором реализацией программы Sched Maker. В программе объединены все необходимые функции, которые прежде были рассредоточены в различных программах, несвязанных логически друг с другом, и не специализирующихся непосредственно на радиометрии. К основным необходимым функциям относятся: расчет таблицы видимости по списку источников; составление расписания суточного наблюдения; автоматическое формирование управляющего файла, позволяющего проводить наблюдения в автоматическом режиме; перекодировка управляющего файла в формат UNIX-текст, совместимого с FS.

В главе рассматривается новый алгоритм сортировки источников: Приоритет – Тип – Количество сетов (ПТК), разработанный автором для автоматизации составления суточного расписания наблюдения. (В этой работе автор определяет термин сет как отдельное, непрерывное (длительностью 1060 минут) наблюдение одного источника, содержащее записи данных некоторого количества наведений на источник и схода с него.) Алгоритм ПТК учитывает приоритетность одних источников над другими. Это ведёт к наблюдению первых в наиболее оптимальное для них время и именно столько раз в сутки, сколько задаётся. Разбиение источников на типы («исследуемый» — «опорный» и «простой») помогает программе в процессе формирования расписания располагать «исследуемый» источник рядом по времени с «опорным». Алгоритм ПТК является особенно важным дополнением к программе в связи с постоянным проведением наблюдений, содержащих в суточном сеансе от 20-ти до 70-ти сетов, что делает ручное составление расписания недопустимым.

Программа Sched Maker значительно ускоряет процесс составления управляющего файла радиометрических наблюдений, сводя к минимуму возможность допущения ошибки. Разработанные и реализованные в Sched Maker специализированные алгоритмы успешно обеспечивают решение задач подготовки наблюдения и используются в отечественных радиоастрономических исследовательских программах.

Программа Sched Maker обеспечила автоматизацию подготовки радиометрических наблюдений по уровню, сравнимому с существующим в РСДБ-наблюдениях.

В четвёртой главе диссертации описывается разработанный автором пакет программ>

Приводятся алгоритмы и процедуры для исключения различных помех и шумовых трендов из записи принимаемого радиосигнала. Для обработки наблюдений On-Off (Отводы и Рэтрак) разработан метод «Анализатор», реализующий эффект накопления сигнала источника. Согласно данному методу сначала на каждом цикле On-Off вычисляется разность участка записи на источнике (On) и вне источника (Off), представляющего собой один цикл наблюдения. В результате получаем так называемые разностные записи сигналов на каждом цикле. Их накопление по каждому отсчету и последующее вычисление среднего даёт окончательный результат первичной обработки методом «Анализатор».

В разделе обработки наблюдений плавным сканированием детально рассматривается алгоритм программного обнаружения отдельных сканов внутри файла наблюдения. Исходный текст реализации этого алгоритма на языке пакета IDL Research Systems представлен в Приложении 2 диссертации. Также описываются алгоритмы вычета тренда сигнала атмосферы, накопления сканов, методика аппроксимации «среднего» скана функцией Гаусса.

Задача построения двух- и трёхмерных карт радиояркости источников по результатам наблюдений растровым сканированием решается с помощью оригинального алгоритма обработки, реализованного в пакете>

Совмещение алгоритмов обработки различных радиометрических наблюдений в едином программном пакете>

В пятой главе представлены результаты радиометрического мониторинга тесных двойных систем с 2002 по 2006 год на радиотелескопах комплекса «Квазар-КВО», полученные с использованием программного обеспечения, разработанного автором. Данное программное обеспечение позволяет сформировать службу радиометрии ИПА РАН: вести регулярные наблюдения, своевременно представлять результаты, вести архивы и проводить анализ по всему ряду имеющихся наблюдений радиоисточников на радиотелескопах ИПА РАН в обсерваториях «Светлое», «Зеленчукская» и «Бадары».

Благодаря длинным рядам данных по программе мониторинга тесных двойных систем (порядка 30-ти источников) была многократно зафиксирована вспышечная активность источников Algol и AD Leo. В работе представлены кривые блеска этих источников. В рамках программы мониторинга также наблюдался радиоисточник HR1099 — самый близкий (29 пс) и яркий из двойных систем класса RS CVn. Автором обнаружены многочисленные вспышки радиоизлучения HR1099, по потоку в 5–10 раз превышающие уровень спокойного состояния, и проведены подробные наблюдения их спада (рис. 3).

Программа Sched Maker значительно ускоряет процесс составления управляющего файла радиометрических наблюдений, сводя к минимуму возможность допущения ошибки. Разработанные и реализованные в Sched Maker специализированные алгоритмы успешно обеспечивают решение задач подготовки наблюдения и используются в отечественных радиоастрономических исследовательских программах.

В Заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации.

В конце диссертации приведён список использованной Литературы.

Приложение 1 содержит исходный текст процедуры автоматического составления расписания радиометрического наблюдения (программная реализация метода ПТК), с кратким пояснением отдельных команд.

В Приложении 2 представлен исходный текст процедуры обнаружения отдельных плавных сканов внутри сета наблюдения.

Основные результаты диссертации опубликованы в статьях:

Результаты работы отражены также в следующих тезисах конференций:

Ряд результатов представлен также в отчётах по НИР:

Издание осуществлено с оригинал-макета,
подготовленного к печати
в Институте прикладной астрономии РАН

Подписано к печати 1.09.2007.

Формат 6084 1/16. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 16.8. Тип. зак. № 
Тираж 110.

ЗАО «Полиграфическое предприятие» № 3
191104, Санкт-Петербург, Литейный пр., д. 55.

ИПА РАН, 191187 С.-Петербург, наб. Кутузова, д. 10