Оценка точности спектрально-селективного радиометра

А. В. Ипатов, И. А. Рахимов, Н. Е. Кольцов, Т. С. Андреева

Труды ИПА РАН, вып. 61, 44–52 (2022)

DOI: 10.32876/ApplAstron.61.44-52

Ключевые слова: спектры широкополосного радиоизлучения, помехозащищённый спектрально-селективный радиометр, точность радиометрических измерений, спектральная плотность потока излучения

Аннотация

На радиотелескопах РТ-32 обсерватории «Светлое» проводятся регулярные измерения значений плотности потока радиоизлучения (ППР) космических источников с целью исследования переменностей их радиоизлучения и уточнения шкалы потоков, формируемой по методу «искусственная Луна». Длительное время исследования ППР проводились в четырёх диапазонах частот (L, S, С и X), но с 2009 г. в диапазонах L и S они были приостановлены из-за значительного увеличения радиопомех, создаваемых системами мобильной связи, вплоть до 2013 г., когда был создан цифровой широкополосный спектрально-селективный радиометр с защитой от радиопомех, который заменил традиционный радиометр с амплитудным квадратичным детектором широкополосных шумовых сигналов. Исследования переменности излучения и мониторинг шкалы потоков требуют измерений ППР с точностью не хуже 2–3 %. Достижение такой точности — достаточно сложная задача, которую можно решить только с помощью радиометрической аппаратуры, измеряющей мощность и шумовую температуру принимаемого широкополосного сигнала с предельно высокой точностью. От точности радиометрической системы зависит разброс результатов измерений ППР и, соответственно, необходимый объём повторных измерений. Это имеет первостепенное значение для радиометрических исследований, выполняемых в условиях воздействия радиопомех. Наряду со случайными ошибками измерений ППР, зависящих от точности радиометра, могут быть систематические ошибки, которые зависят от точности определения эффективной площади антенны, а также от точности определения ППР используемого опорного источника (стандарта шкалы потоков). Цель работы — анализ точности измерения значений шумовой температуры и мощности принимаемых помехозащищенным спектрально-селективным радиометром сигналов и определение объёма наблюдений, необходимого для получения заданной точности радиометрических измерений. Это позволит оптимизировать программы радиометрических наблюдений, выполняемых на радиотелескопе РТ-32 с целью исследования переменностей радиоизлучения источников. При оценках случайной ошибки измерения шумовой температуры, точности широкополосного сигнала и ППР принимаемого радиоизлучения в условиях воздействия радиопомех используются обычные для радиометрии и измерительной техники методы. Данные по систематическим ошибкам измерений ППР определены на основе опубликованных материалов о параметрах РТ-32 и о точностях шкал потоков. Случайная ошибка одиночного измерения ППР, при времени накопления 1 с, составляет (4–15) % в зависимости от диапазона частот и уровня сигнала, но она уменьшается в серии повторных измерений. Для радиотелескопа РТ-32 с помехозащищенным спектрально-селективным радиометром определены объёмы измерений (время накопления — τ и число повторных измерений — M). В диапазонах частот C и X для получения среднеквадратической погрешности около 1 % нужно накапливать сигнал с ППР 5 Ян в течение τM ≥ 4–5 с, а сигнал с ППР 1 Ян — 36 с. В диапазонах частот L и S для сигнала с уровнем 5 Ян нужно τM ≥ 22 с, а для сигнала на уровне 2 Ян — не менее 144 с. В спектрально-селективном радиометре с модуляцией приёмного устройства меандром спектры сигнала и шумов накапливаются раздельно, что позволяет реализовать режим с накоплением сигнала и шумов на разных временных интервалах (режим несимметричного накопления), благодаря чему можно повысить точность радиометра на 29 %. При мониторинге шкалы потоков «искусственная Луна» и при исследованиях небольших переменностей широкополосного радиоизлучения космических источников используется РТ-32 с помехозащищённым спектрально-селективным радиометром.

Цитирование