Разделы

Система радиометрической регистрации сигналов космических радиоизлучений с селекцией радиопомех

Система радиометрической регистрации построена на основе персонального компьютера и двухканального измерительного радиометрического модуля. Он подключается к выходам радиоастрономических приемных устройств (РПУ) и может подавать на модулирующие входы этих устройств импульсы модуляции при работе радиометра в модуляционном режиме.

Спектрально-селективный радиометрический модуль

Экспериментальный образец радиометрического регистрирующего модуля собран в лабораторных условиях на базе платы Neptune V5-VSX фирмы TEK Microsystems, на которой установлены два аналого-цифровых преобразователя (АЦП) типа АТ84АS008, работающие на частотах до 2,2 ГГц, два 4-канальных демультиплексора АТ84СS001 и две программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) ХС5VSX95T. Это позволяет сформировать каналы цифровой обработки сигналов промежуточных частот (ПЧ), поступающих с двух выходов радиоастрономических приемных устройств (РПУ).

Универсальная плата цифровой обработки сигналов Neptune V5: общий вид (слева) и схема (справа)

Принимаемые сигналы поступают на входы АЦП через усилители ПЧ с фильтрами, ограничивающими полосу приема Δf=0,5F, где F – частота считывания цифровых выборок сигнала. В данном образце устанавливаются частоты считывания F=2048 МГц или 1024 МГц. При F=2048 МГц включается полоса пропускания усилителя ПЧ 100–1024 МГц, соответствующая базовой полосе пропускания РПУ радиотелескопов комплекса «Квазар-КВО», а при F=1024 МГц – полоса 512–1024 МГц или 100–512 МГц. При таком наборе полос пропускания входного усилителя ПЧ обеспечивается возможность подключения спектрально-селективного модуля к РПУ любого диапазона длин волн.

Сигнал частоты считывания F вырабатывается макетным образцом генератора тактовых сигналов 2048 МГц. Он синхронизируется сигналом опорной частоты 5 МГц, поступающим от системы частотно-временной синхронизации радиотелескопа.

Макетные образцы генератора тактовых сигналов (слева) и формирователя импульсов модуляции (справа)

В каждом канале радиометрического модуля ПЛИС вычисляет и накапливает спектры сигнала, после чего они передаются устройством управления на основе микропроцессора Microblaze в компьютер через SFP-порт по сети Ethernet. Все процедуры по исключению спектральных компонентов на частотах радиопомех и по вычислению и регистрации шумовой температуры Ts принимаемого сигнала выполняются компьютером. Для этого в интерфейсном окне управляющей программы модуля предусмотрено 2 поля, в одном из которых регистрируются спектры принимаемых сигналов и помех, а в другом – результаты радиометрических измерений шумовой температуры или мощности исследуемого сигнала.

Интерфейсное окно программы управления спектрально-селективным модулем

Чтобы исключить помехи, достаточно маркером установить границы исключаемых полос (подкрашенные участки полосы частот на экране монитора). Программное обеспечение модуля предусматривает возможность исключать до 16-ти полос, занятых помехами. Предусмотрен и режим автоматического исключения спектральных компонентов с помехами, которые превышают среднее значение мощности спектральных компонентов на величину 3σ, где σ – среднеквадратическое мощности отклонение спектральных компонентов.

Спектрально-селективный радиометрический модуль может работать как в составе модуляционного радиометра, так и с РПУ без модуляции. Минимальная шумовая температура Tsmin сигнала, регистрируемого с заданной точностью, определяется формулой

$$T_\mathrm{smin} = h T_\mathrm{ш}\sqrt{\frac{2}{\tau (\delta f - \delta f_\mathrm{п})}}$$

где h – коэффициент, определяемый режимом работы радиометра (h=2,2 для модуляционного радиометра); Tш – температура собственных шумов радиотелескопа; Δfп – суммарная полоса частот, занятых радиопомехами; τ – время накопления сигнала.

При отсутствии радиопомех (Δfп=0) чувствительность спектрально-селективного радиометра равна чувствительности традиционного радиометра с амплитудным квадратичным детектором. Но в отличие от последнего, рассматриваемый радиометр дает стабильные, повторяющиеся результаты радиометрических измерений, хотя чувствительность при этом немного снижается. Однако, в большинстве случаев потери чувствительности малы, так как обычно Δfп << Δf.

Экспериментальные исследования макета радиометрического модуля на базе Neptune V5-VSX в обсерватории «Светлое» комплекса «Квазар-КВО» показали, что он является эффективным средством для высокоточных радиометрических измерений в континууме при воздействии узкополосных радиопомех. Результаты опытной эксплуатации макета полностью подтвердили эффективность использования устройств данного типа.