Rambler's Top100Astronet    
  по текстам   по ключевым словам   в глоссарии   по сайтам   перевод   по каталогу
 

На первую страницу << 7.5. Преобразование из земной | Оглавление | 8.1. Основные этапы редукции >>


8. Редукция наблюдений на РСДБ

Разделы

Одним из современных астрометрических методов наблюдений является радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами (РСДБ). Два радиотелескопа, находящиеся на большом расстоянии друг от друга, одновременно наблюдают радиоисточник на частоте . База (расстояние между телескопами) может быть от нескольких км до нескольких тысяч км. Если обозначить один из телескопов первым, а другой - вторым, то вектор (рис. 6.5), равный , называется вектором базы, где - радиус-векторы телескопов. Если вектор известен точно, а - единичный вектор в направлении наблюдаемого источника с известными координатами, то

(8.1)

где - скорость света, - задержка сигнала.

Каждый пункт РСДБ оснащен стандартом частоты, системой приема и преобразования высокочастотного радиосигнала к низкочастотному сигналу (к видеополосе) и системой регистрации. По заранее составленной программе телескопы (как правило, это параболические антенны) одновременно наблюдают в течение нескольких минут один и тот же радиоисточник. Так как принимаемые радиосигналы являются шумовыми сигналами малой мощности, то сначала они усиливаются, затем преобразуются в низкочастотную область спектра и, наконец, преобразуются из аналогового в цифровой вид. Цифровой сигнал, представляющий из себя случайную последовательность единиц и нулей, на каждом пункте записывается на магнитную ленту вместе с метками времени от стандарта частоты. Затем, следуя программе наблюдений, антенны переводятся на следующий источник, и цикл повторяется.

При проведении астрометрических наблюдений в сеансе участвуют от 3 до 10 антенн. В среднем один сеанс длится одни сутки. За это время на каждой станции выполняется 100 - 200 наблюдений 10 - 20 радиоисточников.

После завершения наблюдений магнитные ленты с каждого пункта РСДБ перевозятся в центр обработки, где выполняется корреляционный анализ: вычисляется амплитуда и фаза взаимной корреляционной функции сигналов для каждой пары антенн. В идеальном случае последовательность единиц и нулей между одними и теми же метками времени на разных магнитных лентах должна быть одинаковой. В этом случае амплитуда корреляционной функции равнялась бы единице, а фаза зависела бы лишь от задержки сигнала8.1. В реальной ситуации амплитуда очень мала (порядка для мощных радиоисточников), и в дальнейшей обработке не используется (хотя есть смысл определять веса наблюдений в зависимости от амплитуды).

В результате обработки лент определяется групповая временная задержка сигнала и частота интерференции, которые равны производной фазы кросскорреляционного сигнала по отношению к циклической частоте наблюдений и скорости изменения фазы, соответственно:

В дальнейшем будем обозначать измеренную (найденную в результате корреляционной обработки) задержку и частоту интерференции символами , соответственно.

Если бы координаты телескопов и источника были известны точно, отсутствовала бы атмосфера, часы были бы синхронизованы точно, то групповая задержка равнялась бы геометрической задержке  (8.1): . В действительности уравнение (8.1) имеет вид:

(8.2)

где поправка включает ошибки координат телескопов и источника, ошибки теории прецессии и нутации и т.д., в том числе задержку сигнала в атмосфере . Предположим здесь, что задержку мы вычислили, и наша задача теперь - построить модель расчета геометрической задержки .

Расчетная задержка зависит от десятков параметров. Поэтому на следующем этапе обработки РСДБ наблюдений в зависимости от задачи выбирают те параметры, которые следует уточнить. После этого строится матрица условных уравнений относительно уточняемых параметров. Решение системы завершает обработку наблюдений.

Таким образом на первом этапе необходимо с максимально возможной точностью вычислить расчетные задержку и частоту интерференции для каждого наблюдения на основе принятой модели вращения Земли и движения ее по орбите, приливного и неприливного смещения телескопов, теории прецессии и нутации и т.д. В настоящее время модель вычисления задержки и частоты интерференции определена стандартами Международной службы вращения Земли.

В соответствии со стандартами МСВЗ модель задержки вычисляется в рамках общей теории относительности, используя определения барицентрической и геоцентрической систем отсчета (BCRS и GCRS).

В системе BCRS задержка записывается в виде:

(8.3)

где - единичный вектор в направлении источника из барицентра Солнечной системы в отсутствии гравитационного отклонения света и аберрационного смещения, - барицентрические радиус-векторы телескопов в моменты (по шкале TCB) прихода фронта волны на телескопы, - гравитационная задержка радиосигнала в Солнечной системе.

Уравнение (8.3) преобразуется в уравнение для геоцентрической задержки. Для этого используются формулы релятивистского преобразования барицентрических векторов в соответствующие геоцентрические векторы и промежутка времени (TCB) в промежуток времени TCG: . Решая эти два уравнения, можно выразить геоцентрическую задержку через геоцентрический вектор базы .

Это решение определяет задержку в шкале TCG, которая является шкалой координатного времени в системе GCRS. Векторы также выражаются в системе GCRS.

Однако метки времени, записываемые на магнитные ленты и используемые при корреляции сигналов, формируются стандартами частоты, которые, как мы знаем, отражают собственное время. В действительности перед началом наблюдений стандарты на всех телескопах, участвующих в сеансе РСДБ, синхронизируются между собой с помощью радио, телесигналов в шкале UTC с максимально возможной точностью. Поэтому можно считать, что измеренная задержка выражается не в собственном времени часов, а в шкале координатного времени TT (так как шкала TT отличается от шкалы UTC только смещением). Тогда в формуле для задержки (TT) вектор базы выражается не в GCRS, а в другой системе: пространственные координаты, получаемые из анализа данных РСДБ, согласованы со шкалой TT, а не TCG.

Именно этот алгоритм используется во всех центрах анализа наблюдений на РСДБ. Координаты телескопов, следовательно, приводятся не в системе GCRS; масштаб земной системы координат ITRF2000 не удовлетворяет резолюциям МАС (см. также стр. ).

После того как разработана модель задержки, можно найти расчетные значения задержки и частоты интерференции (обозначим их как и ), которые равны геометрическим значениям плюс поправки за атмосферу и рассинхронизацию часов. Одновременно вычисляются частные производные задержки и частоты интерференции по параметрам модели.

Этот этап в соответствии с традициями астрометрии можно назвать редукцией РСДБ-наблюдений.

Современная точность измерения групповой задержки составляет в среднем с или 10 пкс, а частоты интерференции - с/с. Поэтому точность вычисления задержки (точность модели наблюдений) должна быть не хуже 1 пкс (в линейной мере мм).

На втором этапе обработки для каждого наблюдения разность измеренной и вычисленной задержки (частоты интерференции) представляется в виде разложения по малым параметрам - поправкам к принятым значениям параметров модели:

(8.4)

причем число параметров может быть различным в зависимости от конкретной задачи.

На третьем этапе выполняется оценивание параметров модели. Чаще всего для этого используется метод наименьших квадратов. Решение системы условных уравнений (8.4) дает поправки к параметрам, которые нас интересуют.


<< 7.5. Преобразование из земной | Оглавление | 8.1. Основные этапы редукции >>

Публикации с ключевыми словами: астрометрия - сферическая астрономия - системы координат - шкалы времени
Публикации со словами: астрометрия - сферическая астрономия - системы координат - шкалы времени
См. также:
Все публикации на ту же тему >>

Мнения читателей [12]
Оценка: 3.5 [голосов: 286]
 
О рейтинге
Версия для печати Распечатать

Астрометрия - Астрономические инструменты - Астрономическое образование - Астрофизика - История астрономии - Космонавтика, исследование космоса - Любительская астрономия - Планеты и Солнечная система - Солнце


Астронет | Научная сеть | ГАИШ МГУ | Поиск по МГУ | О проекте | Авторам

Комментарии, вопросы? Пишите: info@astronet.ru или сюда

Rambler's Top100 Яндекс цитирования