Сравнение радиоинтерферометров с аналоговыми и цифровыми системами выделения регистрируемых сигналов

Введение. Радиотелескопами комплексов радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ) обычно регистрируются несколько сигналов с относительно узкими (до 32 МГц) полосами, которые выделяются видеоконверторами из аналогового шумового сигнала промежуточной частоты (ПЧ) с полосами до 1 ГГц. При обработке данных применяется синтез полосы частот. На новых небольших радиотелескопах (например, РТ-13) оцифровываются широкополосные сигналы ПЧ. Возможность подключения радиотелескопа РТ-13 к РСДБ-комплексу "Квазар-КВО" и к международным РСДБ-сетям обеспечивает модуль цифрового выделения узкополосных сигналов, разработанный в 2019 г.

Цель работы. Определение точности измерения интерферометрической групповой задержки сигнала радиоинтерферометром с цифровым модулем выделения регистрируемых сигналов и сравнение чувствительностей интерферометров с аналоговыми и с цифровыми системами выделения сигналов.

Материалы и методы. Рассчитываются потери чувствительности интерферометров с разными системами выделения регистрируемых сигналов. Сравниваются точности многоканального интерферометра с синтезом полосы частот и интерферометра, регистрирующего цифровые широкополосные сигналы ПЧ без синтеза полосы. Результаты подтверждаются РСДБ-наблюдениями в обсерваториях комплекса "Квазар-КВО".

Результаты. При замене аналоговой системы выделения сигналов на цифровую потери чувствительности интерферометра немного снижаются. Точность измерения интерферометрической групповой задержки не меняется. Точность повышается при синтезе полосы частот, значительно превышающей ширину полосы ПЧ, и при цифровой регистрации широкополосных сигналов ПЧ. Определены условия и минимальные синтезируемые полосы, при которых точность интерферометра с регистрацией узкополосных сигналов может быть выше точности интерферометра с регистрацией широкополосных сигналов ПЧ.

Заключение. Решена задача совмещения радиотелескопов РТ-13 с РСДБ-сетями, где регистрируются сигналы видеочастот. Показана эффективность установки на радиотелескопах цифровых систем преобразования сигналов.

1. Petrachenko W. T. VLBI Data Acquisition and Recorder Systems: a Summary and Comparison // IVS 2000 General Meeting Proc. Greenbelt, USA: Goddart spase flight center, 2000. P. 76–85. NASA/CP-2000-209893. URL: https://ivscc.gsfc.nasa.gov/publications/gm2000/petrachenko2.pdf (дата обращения 07.03.2020)

2. Finkelstein A., Ipatov A., Smolentsev S. The Network "Quasar": 2008–2011 // Measuring the Future: Proc. of the Fifth IVS General Meeting. SPb, 3–6 March 2008. M.: Nauka, 2008. P. 39–46.

3. Цифровая радиоинтерферометрическая система преобразования сигналов / С. А. Гренков, Е. В. Носов, Н. Е. Кольцов, Л. В. Федотов // Приборы и техника эксперимента. 2010. № 5. С. 60–66.

4. Russian VLBI network "Quasar": Current status and outlook / N. Shuygina, D. Ivanov, A. Ipatov, I. Gayazov, D. Marshalov, A. Melnikov, S. Kurdubov, M. Vasilyev, G. Ilin, E. Skurikhina, I. Surkis, V. Mardyshkin, A. Mikhailov, A. Salnikov, A. Vytnov, I. Rakhimov, A. Dyakov, V. Olifirov // Geodesy and Geodynamics. 2019. Vol. 10, iss. 2. P. 150–156. doi: 10.1016/j.geog.2018.09.008

5. VLBI Data Interchange Format (VDIF) / A. Whitney, M. Kettenis, C. Phillips, M. Sekido // IVS 2010 General Meeting Proc. "VLBI2010: From Vision to Reality". Hobart, Australia, Febr. 7–14 2010. Greenbelt, USA: Goddart spase flight center, 2010. P. 192–196. NASA/CP-2010-215864.

6. Whitney A. R. The VLBI Standard Interface Hardware (VSI-H) Interface Specification. URL: https://vlbi.org/wpcontent/uploads/2019/03/VSI_H_paper_for_IVS_TOW.pdf (дата обращения: 11.03.2020).

7. Жаров А. Е. Основы радиоастрометрии. М.: Изд-во Московского университета. 2011. 280 с.

8. Радиоинтерферометрический коррелятор для комплекса "Квазар-КВО" / И. Ф. Суркис, В. Ф. Зимовский, В. А. Шантырь, А. Е. Мельников // Приборы и техника эксперимента. 2011. № 1. С. 91–99.

9. Thompson A. R., Moran J., Swenson Jr. G. W. Interferometry and Synthesis in Radio Astronomy. 3rd Ed. Springer Open, 2017. 872 p. doi: 10.1007/978-3-319-44431-4

10. New Observing Modes for the DBBC3 / G. Tuccari, W. Alef, S. Dornbusch, R. Haas, K.-A. Johansson, H. Rottmann, A. Roy, M. Wunderlich // IVS 2018 General Meeting Proc. "Global Geodesy and the Role of VGOS – Fundamental to Sustainable Development". Longyearbyen, Norway, 3–8 July 2018. Greenbelt, USA: Goddart spase flight center, 2018. P. 47–49. NASA/CP-2019-219039.

11. Кольцов Н. Е., Гренков С. А., Федотов Д. В. Цифровые радиоастрономические системы регистрации сигналов. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2019. 155 с.

12. Ипатов А. В. Радиоинтерферометр нового поколения для фундаментальных и прикладных исследований // Успехи физических наук. 2013. Т. 183, № 7. С. 769–777. doi: 10.3367/UFNr.0183.201307i.0769

13. Многофункциональный цифровой преобразователь радиоастрономических сигналов с полосой до 512 МГц / Е. В. Носов, Н. Е. Кольцов, Л. В. Федотов, С. А. Гренков // Приборы и техника эксперимента. 2017. № 2. С. 49–56. doi: 10.7868/S0032816217010256

14. Гренков С. А., Кольцов Н. Е. Спектрально-селективный модуль радиометра с защитой от радиопомех // Изв. вузов. Радиофизика. 2015. Т. 58, № 7. С. 769–777.

15. Радиоинтерферометрический коррелятор на графических процессорах / И. Ф. Суркис, В. Ф. Зимовский, В. О. Кен, Я. Л. Курдубова, В. Ю. Мишин, Н. А. Миштина, В. А. Шантырь // Приборы и техника эксперимента. 2018. № 6. С. 8–16. doi: 10.1134/S0032816218060150

16. Пат. RU 176177 U1. МПК H03D 7/00 (2006.01). Система преобразования и регистрации широкополосных сигналов для радиоастрономического интерферометра / Л. В. Федотов, Н. Е. Кольцов // Опубл. 11.01.2018. Бюл. № 2.

17. BRAND: a Very Wide-Band Receiver for the EVN / G. Tuccari, W. Alef, M. Pantaleev, J. Flygare, J. A. Lopez Perez, J. A. Lopez Fernandez, G. W. Schoonderbeek, V. Bezrukovs // Proc. of the 23rd European VLBI Group for Geodesy and Astrometry Working Meeting, Gothenburg, Sweeden, May 2017. Molndal, Sweeden: Billes Tryckeri AB. 2017. P. 81–83.

18. An Overview of the Japanese GALA-V Wideband VLBI System / S. Mamoru, T. Kazuhiro, U. Hideki, K. Tetsuro, T. Masanori, M. Yuka, K. Eiji, T. Hiroshi, H. Shingo, I. Ryuichi, K. Yasuhiro, H. Yuko, W. Kenichi, S. Tomonari, K. Junichi, T. Kenjiro, N. Kunitaka, T. Rumi, O. Yoshihiro, A. Tetsuro, I. Takatoshi // IVS 2016 General Meeting Proc. "New Horizons with VGOS". Johannesburg, South Africa, March 13–17, 2016. Greenbelt, USA: Goddart spase flight center, 2016. P. 25–33. NASA/CP-2016-219016.

19. Трехдиапазонная приемная система для радиотелескопов с малыми антеннами / Д. В. Иванов, В. В. Мардышкин, А. С. Лавров, А. А. Евстигнеев // Труды ИПА РАН. 2013. Вып. 27. С. 197–203.

20. Whitney A. The Mark 5B VLBI Data System. // Proc. of the 7th Symp. of the European VLBI Network on New Developments in VLBI Science and Technology. Toledo, October, 12–15 2004. Madrid: Observatorio Astronómico Nacional de España, 2004. P. 251–252.

21. Кольцов Н. Е., Гренков С. А. Цифровые видеоконверторы для радиоастрономических систем преобразования сигналов. // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2017. Вып. 5. С. 19–27.

22. Пат. RU 181253 U1. МПК Н03D 7/00, H04B 1/16 (2006.01). Цифровой гетеродин на программируемой логической интегральной схеме / С. А. Гренков, Н. Е. Кольцов // Опубл. 06.07.2018. Бюл. № 19.

23. Пат. RU 188320 U1. МПК Н04J 14/00, H04B 1/00, H04B 17/00, H04Q 1/20 (2006.01). Цифровое устройство выделения узкополосных сигналов из широкополосного / С. А. Гренков, Н. Е. Кольцов, Л. В. Федотов // Опубл. 08.04.2019. Бюл. № 10.

24. Extending “Quasar” VLBI-Network: VGOS-compatible Radio Telescope in Svetloe / E. Nosov, D. Ivanov, A. Ipatov, V. Mardyshkin, D. Marshalov, A. Mikhailov, I. Rakhimov, A. Salnikov, A. Vytnov // IVS 2018 General Meeting Proc. "Global Geodesy and the Role of VGOS – Fundamental to Sustainable Development". Longyearbyen, Norway, 3–8 July 2018. Greenbelt, USA: Goddart spase flight center, 2018. P. 12–16. NASA/CP–2019-219039.