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.
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).
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.
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.
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.