Автоматизированная система наблюдений на радиотелескопах ДКР-1000 Восток-Запад и БСА ФИАН

Повышение эффективности фундаментальных и прикладных научных исследований — важный фактор ускорения' научно-технического прогресса. Особое значение для повышения эффективности науки приобретает автоматизация научных исследованийпозволяющая ускорять их ход, снижать трудоемкость, изучать сложные объекты и процессы, исследование которых традиционными методами затруднительно или невозможно. Применение АСНИ наиболее актуально в тех областях науки и техникикоторые имеют дело с использованием больших объемов информации [1].

Современный уровень радиоастрономических исследований требует использования многоканальных систем сбора данных, обладающих, к тому г же, высоким временным! разрешением. Это приводит к возникновению значительных массивов данных. Передачей оперативный-доступ к ним требует применения современных средств телекоммуникаций.

Обзоры неба и поиск радиоизлучения-от нестационарных источников. требуютпроведениякруглосуточных наблюденийв течение длительного времени. Для этого необходимо автоматизированное управление антеннами и радиоприемнымюборудованием.

Рост числа наблюдений по различным' научнымпрограммам на радиотелескопах ставят задачу автоматизированной подготовки наблюдений И' их диспетчеризации.

Таким образом, эффективное проведение радиоастрономических исследований практически невозможно без применения современных средств автоматизации и вычислительной техники. Поэтому в большинстве крупных отечественных и зарубежных обсерваторий созданы и развиваются системы* автоматизации наблюдений [2−5].

Пущинская радиоастрономическая обсерватория — одно из крупнейших научных учреждений России. Основу экспериментальной базы обсерватории в диапазоне метровых длин радиоволн составляют Большая Синфазная Антенна — БСА и Диапазонный Крестообразный Радиотелескоп — ДКР-^ЮОО: Это крупные, уникальные радиоастрономические инструменты. Тематика проводимых на них научных исследований охватывает такие актуальные проблемы астрофизики, как физика пульсаров и физические условия Bfмежзвездной средеанализ структуры, компактных радиоисточников, динамические процессы в околосолнечной и межпланетной плазме, поиск радиоизлучения, сопутствующего космическим" гамма-всплескам.

Работы по автоматизации научных исследований на ПРАО началось с разработки проекта автоматизации радиотелескопа ДКР-1000 в соответствии с решением Совета по радиоастрономии от 27 октября 1972 г. Решению задач автоматизации наблюдений на радиотелескопах метровых волн посвящен ряд публикаций сотрудников Пущинской радиоастрономической обсерватории (см. [6] и приведенные там ссылки). Некоторым итогом этих работ можно считать-разработку проекта АСНИ «Телескоп», который предусматривал создание многоуровневой' иерархической системы, автоматизации* на ЭВМ М-бООО и-PDP [7].

Следующий прогрессивный шаг в автоматизации* астрофизических исследований вобсерватории был связан с внедрением измерительно-вычислительных комплексов на базе мини-ЭВМ MERA-125 (аналог СМ-4) и микро-ЭВМ* ДВК-2 (рис. 1). МЕРА-125 стала базовой машиной для проведе-ниянаблюдений.

На ней проводились наблюдения пульсаров, в том числе миллисекунд-ных. Впервые были проведены наблюдения миллисекундного пульсара PSR 1855+09 на метровых волнах [8]. Для обеспечения высокого временного разрешения и накопления большого числа импульсов была разработана система скоростной’регистрации [9].

На базе этой ЭВМ был создан автоматизированный комплекс для наблюдений межпланетных мерцаний на антенне БСА[10] и проведен обзор северного неба на частоте 102,5 МГц [11].

Радиометры

Управление

БСА ^гщ

Шк

Пульсары

Компактные радиоис- ^ точники

Межпланетная и межзвездная плазма

Управление

ДКР в-з

LJ А

Межмашинная связь

ДВК-2

Лабораторный корпус

Рис. 1. Сбор данных и управление радиотелескопами ДКР-1000 Восток-Запад и БСА на базе мини-ЭВМ MERA-125 и микро-ЭВМ ДВК-2

Для передачи данных наблюдений между ЭВМ MERA-125 и компьютерами обработки данных в лабораторном корпусе ПРАО была установлена связь на основе интерфейса «токовая петля» и протокола KERMIT. Протяженность линии связи составляла около 1 км.

В 1993 г. автоматизирован поворот антенны Восток-Запад ДКР-1 ООО на базе микро-ЭВМ ДВК-2 [12]. Была внедрена система скоростной межмашинной связи между этой и центральной ЭВМ.

К сожалению, развитие и поддержка, работоспособности этих систем стала весьма? затруднительной сисчезновением возможности для-комплекси-рованияи ремонта!

Быстрый прогресс в области вычислительной техникипоявлениеболее надежных и производительных, сравнительно<�¦ недорогих персональных компьютеров позволилиприменить их в качестве базовых средств? автоматизации (рис. 2). Развитие средств телекоммуникаций, в частности вычислительных сетей на базе стандарта Ethernet, доступность аппаратных средств для их созданияшозволилш объединить эти компьютеры и. компьютеры наблюдателей в локальную сеть [ 13].

В 1993 г. создана аппаратура регистрации радиоизлучения пульсаров с высокимвременным разрешением [14]. Аппаратура разработана в стандарте: САМАС и работала под управлением компьютера IBM PG 386SX.

В этом же году внедрен комплекс спектральных исследований в метровом диапазоне радиоволн на базе цифрового 1024-канального коррелометра и ПК IBM PC 286 [15].

В 1995 г. создана станция обзора мерцающих источников* на базе 8-канального радиометра РК-8С, компьютера IBM PC и УСО САМАС [16, 17].

В 1997 г. на платформу IBM PC было переведено управление антенной БСА, а несколько позднее и ДКР-1000 Восток-Запад. В рамках автоматизации наблюдений пульсаров был реализованудаленный запуск программы-управления БСА с передачей строки параметров. Управление антенной при проведении других наблюдений, например наблюдений компактных радиоисточников, осуществлялось запуском' заранее подготовленного командного файла [18].

БСА ДКР-1000 В-3 ДКР-1000 С-Ю

Рис. 2. Сбор данных и управление радиотелескопами ДКР-1000 и БСА на базе персональных ЭВМ типа IBM PC

Таким образом, в результате работ по автоматизации наблюдательного процесса к середине 90-х годов на радиотелескопах метровых волн ПРАО были созданы следующие автоматизированные установки:

— наблюдений радиопульсаров;

— наблюдений активных ядер галактик;

— спектральных исследований;

— управления БСА;

— управления ДКР Восток-Запад.

Они представляли собой IBM PC-совместимые компьютеры с УСО САМАС. В их состав входили один или несколько радиометров. Установки были расположены в непосредственной близости от объекта управления радиометра или пульта управления" антенной. ПО этих установок работало в среде MS-DOS. Запуск программ наблюдений производился командными файлами, которые составлялись вручную. Компьютеры систем сбора’данных и компьютеры наблюдателей были объединены в локальную вычислительную сеть для передачи файлов с данными" наблюдений. Использовалось сетевое ПО разных производителей.

Однако, несмотря на то, что вышеуказанные установки, в целом, выполняли возложенные на них задачи, такая система имела определенные недостатки:

— децентрализация средств автоматизации при отсутствии' взаимодействия между ними4 порождала проблему управления антеннами от нескольких систем* сбора данных;

— отсутствие автоматической диспетчеризации снижало эффективность, коллективного < использования общих ресурсов радиотелескоповантенн [4, с.66];

— отсутствие многозадачности, режима реального времени и встроенной, сетевой поддержки в, используемой? операционной’системе-препятствовало созданию развитого программного обеспечения.

Необходимость решения этих проблем побудила автора к поиску современной программной платформы для создания комплексной системы автоматизации радиотелескопов и разработке такой системы.

Актуальность работы

Эффективное использование уникальных астрономических инструментов имеет определяющее значение для развития астрономических исследований [19].

Актуальность работы определяется? необходимостью повышения, эффективности наблюдательного процесса на радиотелескопах ДКР-1000 и БСА путем модернизации существующих, разработки и внедрения новых современных средств сбора и передачи данных, автоматизации управления антеннами и радиометрами, автоматической’диспетчеризации наблюдений. При этом необходимо применять комплексный подход, чтобы обеспечить функционирование радиотелескопов как единого целого.

Цель работы

Целью работы являются создание комплексной системы автоматизации радиоастрономических наблюдений на телескопах БСА ФИАН и ДКР-1000 Восток-Запад для повышения эффективности научных исследований, проводимых на них.

Поставленная цель достигается"решением.следующих*основных задач:

1)' Разработать. принципы построения* и архитектуру системы автоматизации, которые обеспечат:

— распределенный сбор данных и управление антеннами;

— автоматическую диспетчеризацию наблюдений;

— открытый внешний интерфейс для4 взаимодействия с пользователями и вышестоящими АСНИ.

Наблюдения должны быть максимальным образом автоматизированы, чтобы в дальнейшем перейти к безлюдной технологии проведения радиоастрономического эксперимента.

Система должна объединить отдельные установки сбора данных и управления в единый информационный < комплекс коллективного пользования, а также создать необходимые предпосылки для ее интеграции с системами-подготовки наблюдений и обработки данных.

2) Провести анализ современных программных и аппаратных средств автоматизации и осуществить их выбор для построения автоматизированной системы.

3) Разработать и внедрить программное обеспечение, реализующее концепцию автоматизированной системы.

Основные результаты работы, выносимые на защиту

Г. Создана автоматизированная система радиоастрономических, наблюдений на радиотелескопах ДКР-1000 Восток-Запад и БСА ФИАН, объединяющая установки сбора данных и управления антеннами в единый комплекс.

2. Для автоматизированной установкишаблюденийшульсаров-на-базе аналоговых анализаторов спектра:

— реализован многоканальный сбор данных с анализаторов спектра;

— реализовано автоматическое управление усилением и постоянной времени анализаторов, спектра, входящихв состав установки;

— разработан* и внедрен прибор длясинхронизации работы регистрирующей аппаратуры с эталонным источником времени и частоты.

3. С участием авторана установках, входящих в состававтоматизированной системы, получен ряд новых научных результатов.

Достоверность результатов

Автоматизированная система наблюдений эксплуатируется на радиотелескопах ДКР-1000 и БСА ФИАНс 2000 г. Проводятся регулярные наблюдения. Успешное проведение этих наблюдений с помощью автоматизированной системы показало правильность предложенных решений.

Научная новизна работы

Впервые для проведения наблюдений на радиотелескопах БСА ФИАН и ДКР-1000 создана комплексная автоматизированная система на базе современных средств автоматизации, и телекоммуникацийРазработаны унифицированные методы и алгоритмы автоматизации наблюдательного процесса на. сложных и многоплановых радиотелескопах, какими являются' БСА и ДКР-1000 ФИАН: В основу разработки данной автоматизированной системы были заложены не применявшиеся ранее для автоматизации радиотелескопов ПРАО ФИАН принципы:

— представление систем радиотелескопов в виде ресурса, разделяемого между наблюдателями по времени;

— объединение децентрализованных ресурсов радиотелескопов на базе технологии’клиент — сервер.

Реализация этих принципов в автоматизированной системе позволила решить ряд существовавших проблем и придала новые качества процессу проведения наблюдений на радиотелескопах метровых волн ПРАО АКЦ ФИАН.

Научное и практическое значение

В результате разработки и внедрения в штатную эксплуатацию автоматизированной системы наблюдений на радиотелескопах ДКР-1000 Восток-Запад и БСА ФИАН (см. прил. Д):

1. Решена задача управления антеннами от нескольких территориально распределенных систем сбора данных.

2. Реализована автоматическая диспетчеризация наблюдений.

3. Обеспечен удаленный доступ пользователей к радиотелескопам, что качественно улучшило сервис наблюдательного процесса и предоставляет возможность взаимодействия данной системы с АСНИ верхнего уровня.

4. С использованием автоматизированной системы получены новые научные результаты.

5. Принципы и методы, разработанные при создании данной системы, могут быть использованы при автоматизации наблюдений на других радиотелескопах.

Апробация работы

Материалы работы докладывались на Всероссийской радиоастрономической конференции № XXV (1993 г., Пущино), Всероссийских астрономических конференциях (2001 г., С.-Петербург- 2007 г., Казань), Российской конференции памяти А. А. Пистолькорса «Радиотелескопы РТ-2002: антенны, аппаратура, методы» (2002 г., Пущино), Международной научной конференции «Астрономия и астрофизика начала XXI века» (2008, Москва) и Радиоастрономической конференции «Повышение эффективности и модернизация радиотелескопов» памяти Н. А. Есепкиной (2008 г., Н. Архыз), а также на сессиях АКЦ ФИАН.

Публикации и личный вклад автора

Результаты, изложенные в диссертации, содержатся в 20 публикациях, из них:

— 8 статей в научных и научно-технических изданиях (из них 5 в журналах, включенных в перечень ВАК);

— 2 препринта ФИАН;

— 10 тезисов докладов на конференциях.

Автор разработал программное обеспечение и часть аппаратуры автоматизированной установки наблюдений пульсаров, выполнено сопряжение установки для наблюдения пульсаров с многоканальной радиоприемной аппаратурой [14].

В работе [81] предложен новый принцип построения прибора для синхронизации работы аппаратуры регистрации сигнала с местной шкалой времени, разработана его конструкция и ряд функциональных блоков, разработано программное обеспечение прибора.

В работе [79] предложен и реализован общий принцип управления усилением и постоянной времени радиометров, разработаны алгоритмы и программное обеспечение управления радиоприемниками.

Автор участвовал в проведении наблюдений радиопульсаров. В итоге этих наблюдений получены новые научные результаты [95, 106].

Автор разработал программное обеспечение системы автоматического поворота и сканирования антенны ДКР-1000 Восток-Запад [12, 71].

Автор1 участвовал в создании автоматизированной установки для исследования компактных радиоисточников методом мерцаний [16,17]: реализовано управление радиометром и антенной БСА. Для отработки новой методики оценки физических условий’в активных ядрах галактик, основанной на модели неоднородного источника синхротронного излучения, установка модернизирована автором на базе современных средств автоматизации и включена в комплексную автоматизированную систему [109]. Идеология построения данной установки использована автором при создании установки мониторинга компактных радиоисточников на многолучевой' (второй) диаграмме БСА [85].

Автором созданы системы компьютерной регистрации сигналов для наблюдений солнечного ветра и поиска радиоизлучения, сопутствующего гамма-всплескам [87].

Автор участвовал в работах по созданию и развитию сети сбора и обработки данных ПРАО АКЦ ФИАН [ 13, 90 — 92].

Основные результаты диссертации, посвященные созданию автоматизированной системы наблюдений на радиотелескопах ДКР-1000 Восток-Запад и БСА ФИАН, получены автором самостоятельно [26 — 27].

Структура и объем диссертации

Представленная диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Диссертационная работа изложена на 137 страни

3.5. Основные выводы главы 3

1. Создано новое программное обеспечение установки для наблюдения пульсаров, которое выполняет следующие функции:

— сбор данных в режиме жесткого реального времени;

— автоматическое управление радиометрами;

— управление тремя антеннами: первой и второй диаграммой БСА, поворотом и сканированием диаграммой ДКР-1000 Восток-Запад (посредством соответствующих серверов управления).

2. Внедрена система многоканальных коммутаторов, обеспечивающая проведение наблюдений с набором анализаторов спектра с различными полосами выходных сигналов. Реализовано автоматическое управление усилением и постоянной времени этих радиометров.

3. Разработан и внедрен прибор для синхронизации работы регистрирующей аппаратуры установки для наблюдения пульсаров с внешней эталонной шкалой времени с высокой точностью.

4. Созданы системы регистрации сигнала для исследования компактных радиоисточников на первой диаграмме БСА и их мониторинга на второй, многолучевой диаграмме антенны БСА. Высокий динамический диапазон регистрации сигналов обеспечивает качественную запись радиоисточников с интенсивностью, изменяющейся в широких пределах.

5. Создана система регистрации сигналов для наблюдений солнечного ветра и поиска радиоизлучения, сопутствующего гамма-всплескам.

6. Автоматизированная система наблюдений на радиотелескопах БСА и ДКР-1000 Восток-Запад включена в сеть сбора и обработки данных ПРАО АКЦ ФИАН, что обеспечивает удаленный доступ наблюдателей ПРАО к радиотелескопам метровых волн и интеграцию автоматизированной системы в АСНИ верхнего уровня.

ГЛАВА 4. НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ, ПРОВЕДЕННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УСТАНОВОК АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

В данной главе представлены основные результаты научных исследований, проведенных с помощью установок сбора данных и управления радиотелескопами, входящих в автоматизированную систему, созданную автором. Наиболее крупным их направлением является исследование радиопульсаров. Проводятся наблюдения компактных радиоисточников, в частности активных ядер галактик, исследования межпланетной плазмы и ионосферы Земли. Новым направлением стал поиск радиоизлучения, сопутствующего гамма-всплескам.

4.1. Пульсары

В Пущинской радиоастрономической обсерватории ФИАН исследования пульсаров были начаты сразу после сообщения об их открытии в феврале 1968 г. В отличие от работ, проводившихся за рубежом, антенно-аппаратурный комплекс радиотелескопов БСА и ДКР-1000 ФИАН позволяет проводить наблюдения на более низких частотах, что значительно расширяет частотный диапазон исследования радиоизлучения пульсаров. Для их наблюдений в 1993 г. при участии автора была создана многоканальная автоматизированная установка, позволяющая исследовать пульсары с высоким временным разрешением.

Основными направлениями исследований, проводимых на этой установке, являются исследования средних профилей импульсов пульсаров и отдельных импульсов, их микроструктуры, частотных свойств радиоизлучения пульсаров, тайминг и поиск новых пульсаров. Кроме того, с помощью пульсаров исследуются свойства межзвездной среды.

Исследования средних профилей пульсаров. Получены средние профили 104 пульсаров на частоте 102 МГц [94]. Выборка включала 45 пульсаров, наблюдения которых ранее не проводились на частотах ниже 400 МГц, включая 21 миллисекундных и короткопериодических (с периодом менее 50 мс) пульсаров. В результате анализа этих данных показано, что средние профили импульсов во многих случаях имеют более сложную многокомпонентную структуру, содержащую большее число компонентов, чем это обычно принималось ранее. Выявлено, что в отличие от «нормальных» пульсаров, у которых ширина среднего профиля, как правило, увеличивается с длиной волны, что соответствует общепринятой модели их магнитосферы, у миллисекундных пульсаров ширина профиля почти не изменяется с частотой.

Обычно средний профиль пульсара имеет устойчивую форму. Исключение составляют несколько пульсаров, средние импульсы которых формируют две формы (моды), каждая из которых является стабильной, но имеет разное время жизни после ее возникновения. Форму среднего профиля с большим временем жизни (около 85% времени) принято называть «нормальной» модой, а альтернативную ей — «аномальной».

Зарегистрированы моменты переключения от нормального к аномальному режиму излучения для пульсаров В0329+54 и В0943+10 [95, 96].

Поляризационные измерения излучения пульсаров. Показано, что на метровых волнах широко распространены ортогональные поляризационные моды и степень линейной поляризации на частотах ниже 100 МГц достигает своего максимального значения. Обнаружен эффект аберрации в пульсаре В0329+54 [69].

Микроструктура импульсов пульсаров. Проведены наблюдения семи пульсаров на частоте 102 МГц с временным разрешением до 1 мкс. Обнаружена тонкая структура импульсов этих пульсаров в микросекундном временном разрешении [97].

Миллисекундные пульсары. Проведены измерения радиосветимости и исследованы спектры большой выборки (около двух десятков) миллисе-кундных пульсаров [98].

Гигантские импульсы пульсаров. Обнаружено четыре новых пульсара с гигантскими импульсами, что увеличило число известных объектов этого класса в полтора раза. Исследования природных процессов формирования гигантских импульсов, возможно, инициируют новые радиофизические способы генерации сверхмощного радиоизлучения [99].

Обнаружение новых пульсаров. Обнаружено периодическое импульсное радиоизлучение от источника повторяющихся гамма-всплесков SGR 1900+14. Эта нейтронная звезда из-за своего сверхсильного магнитного поля получила название «магнетар». Исследования характера радиоизлучения этого магнетара, проведенные на радиотелескопах ДКР-1000 и БСА ФИАН на частотах 88 и 110 МГц, показали, что он является радиопульсаром особого класса, магнитное поле которого на полтора порядка больше, чем у других самых «намагниченных» из известных пульсаров [101].

Одним из наиболее ярких результатов, полученных на радиотелескопах метровых волн ПРАО ФИАН, является обнаружение радиоизлучения от гам-ма-ренгеновского пульсара Геминга, ранее считавшегося «радиомолчащим» [102, 103]. Получен средний профиль этого пульсара, измерен период, светимость, мера дисперсии и другие параметры. Позже было обнаружено излучение в метровом диапазоне радиоволн от нескольких других нейтронных звезд, открытых в рентгеновском диапазоне [104].

Тайминг пульсаров. Обнаружено новое, неизвестное ранее явление — нерегулярность вращения пульсара В1822−09 [105]. Результат был получен на основе длительных измерений периода этого пульсара, проводимых на радиотелескопе БСА [105].

Исследования межзвездной среды с помощью пульсаров. Проведены измерения уширения импульсов пульсаров рассеянием в межзвездной среде для наиболее полной выборки 100 пульсаров, охватывающей область галактических долгот от 6° до 311 ° и расстояний до 3 кпк. Проведен анализ зависимости рассеяния от меры дисперсии, частоты, галактической долготы и расстояния до пульсара. Измеренная зависимость рассеяния от меры дисперсии в ближней к Солнечной системе области Галактики представляется

Л ЛфЛ | степенным законом tsc (DM) DM ' '. На основе измерений на низких частотах 111, 60 и 40МГц и литературных данных получены зависимости рассеяния от частоты (в наиболее широком из исследованных ранее интервале частот (с разносом больше 10:1) и не менее чем на 5 частотах.

Показатель степени частотной зависимости у — 4.1± 0.3 соответствует нормальному распределению турбулентности неоднородной рассеивающей среды. На основе анализа зависимости рассеяния от расстояния до пульсара и галактической долготы показано, что до расстояний около 3 кпк уровень турбулентности в среднем одинаков по всем направлениям и расстояниям, что свидетельствует о статистической однородности турбулентности рассеивающей среды ближней области Галактики. [106]

4.2. Исследования межпланетных и ионосферных мерцаний, исследования компактных радиоисточников методом мерцаний

С середины 70-х гг. для получения сведений о структуре компактных радиоисточников в метровом диапазоне волн на ПРАО ФИАН активно используются наблюдения мерцаний этих источников на неоднородностях межпланетной плазмы. Этот метод остается во многих случаях пока единственным средством для получения информации о структуре компактных радиоисточников с высоким угловым разрешением в этом диапазоне волн [107].

Метод мерцаний применим также для исследований межпланетной плазмы — солнечного ветра и ионосферы путем их просвечивания излучением радиоисточников. Повысить разрешающую способность этих исследований возможно путем увеличения плотности наблюдаемых источников, в идеальном случае до одного источника на 2 — 3 кв. градуса, т. е. необходимо проводить наблюдения слабых радиоисточников с плотностью потока мерцающей компоненты 0,2 Ян на частотах порядка 100 МГц.

Автором созданы две установки, первая из которых предназначена, в основном, для исследования активных ядер галактик на первой диаграмме БСА, а другая — мониторинга компактных радиоисточников и состояния межпланетной плазмы и ионосферы на второй, многолучевой диаграмме.

Исследование физических условий в активных ядрах галактик. Проведен поиск радиоисточников в ядрах 16 близких галактик на новой установке для наблюдений компактных радиоисточников. Зарегистрированы компактные компоненты у четырех радиогалактик. РСДБ-данные позволили обнаружить завалы спектра у двух близких радиогалактик ЗС111 и ЗС465. По новой методике [108], основанной на модели неоднородного источника син-хротронного излучения, получены оценки напряженности магнитного поля, плотности энергии релятивистских электронов, энергии магнитного поля и энергии релятивистских электронов в ядрах этих галактик. Обнаружена сильная неоднородность распределения магнитных полей в ядрах радиогалактик ЗС111 и ЗС465. В центральных частях этих галактических ядер, на масштабе ~ 0,1 пк, напряженности магнитных полей на 4 — 5 порядков превышают среднюю напряженность и лежат в диапазоне 102 — 104Гс [109]. Модернизация данной установки с использованием 16-разрядного АЦП позволила повысить динамический диапазон регистрируемого сигнала и устранить шумы квантования, искажавшие запись радиоисточника (рис. 37).

Исследование межпланетных и ионосферных мерцаний. С ноября 2006 г. проводится мониторинг межпланетных и ионосферных мерцаний радиоисточников. Наблюдения проводятся круглосуточно одновременно в 16-ти лучах на второй диаграмме направленности БСА на частоте 111 МГц (рис. 38). Регистрируются все мерцающие источники с потоками от 0,5 Ян и выше в полоске неба в пределах склонений от +2° до +8° в зимнее время и от +28° до +36° в летнее время. ааи20Кго"

Рис. 37. Запись радио источника ЗС111 модернизации.

Отсчеты до (слева) и после (справа)

Input Channel Number 01−16. '-' All Channels, 'qQuit.' H h annals

Help, Date 18 11 06, Receiver

Alfa=17 30 15 Oelts= 6 2 19(61 950)

Lout Star Time" 17 J1 42

Рис. 38. Фрагмент суточной записи в 16 лучах антенны БСА

Измерен средний индекс мерцаний mVp (с характерным временным масштабом 1 секунда) ансамбля радиоисточников, расположенных в площадке неба размером 8° по склонению и 4' по прямому восхождению. Определен средний суточный ход индекса межпланетных мерцаний. Максимальное значение т]?? днем равно 0,3, минимальное значение ночью равно 0,1. В период октябрь — ноябрь 2008 г. наблюдалось заметное уменьшение дневного значения индекса мерцаний, что объясняется сильной эллиптичностью структуры распределения турбулентной межпланетной плазмы в данный период. Возможно, в этот период регистрировалась структура гелиосферного слоя в окрестности Земли. Отмечены слабые вариации день ото дня среднего индекса мерцаний для дневного и ночного времени. Индексы ионосферных мерцаний mIon малы по сравнению с трр днем и сравнимы ночью топ = wIPP. В целом в период наблюдений межпланетная плазма и ионосфера находились в спокойном состоянии1.

4.3. Поиск низкочастотного излучения, сопутствующего гаммавсплескам

Гамма-всплески (GRB) — масштабные космические энергетические выбросы взрывного характера, наблюдаемые в самой жёсткой части электромагнитного спектра. Выяснение их природы оказалось в числе актуальных проблем астрофизики. Многие исследователи высказывают мысль о том, что космические гамма-всплески должны сопровождаться заметным радиоизлу

1 В. И. Шишов, И. В. Чашей, С. А. Тюльбашев, Т. В. Смирнова, И. А. Субаев. Мониторинг межпланетных и ионосферных мерцаний на частоте 110 МГц. Международная конференция «Плазменные явления в солнечной системе: открытия К. И. Грингауза — взгляд из 21 века», 2008.

Chashei I.V., Shishov V.I., Tjul’bashev S.A., Subaev I.A. Observations of interplanetary and ionospheric scintillation using multi-beams Big Scanning Array. Toyokawa IPS Workshop. Japan, Toyokawa, October 30−31, 2007V.I.Shishov, I.V. Chashei, S.A.Tyul'bashev, I.A.Subaev. Monitoring of interplanetary and ionosphere scintillation at Large Phased Array. The X Finnish-Russian Radio Astronomy Symposium, 2008. чением. Максимум в спектре этого радиоизлучения, генерируемого на фронте релятивистской ударной волны, по существующим оценкам приходится на частоты порядка 1 МГц или даже несколько более низкие. Однако, его высокочастотный хвост, как показывают расчеты, может простираться вплоть до нескольких десятков мегагерц.

Автором создана установка для регистрации космического спорадического радиоизлучения[87]. На рис. 39 приведен пример записи на трех частотах.

За время патрулирования на трех частотах с апреля 2004 года по декабрь 2007 года произошло 706 событий, причем в половине случаев координаты регистрируемых гамма-всплесков не определены. За этот же период в диаграмму установки попало 92 события с известными координатами по данным GCN (GRB Coordinates Network) (табл. 7). Радиоизлучения в метровом диапазоне волн с потоком больше 4000 Ян не зарегистрировано. Однако можно дать верхнюю оценку доли энергии низкочастотного излучения от энергии гамма-всплеска. Эти оценки показывают, что доля энергии радиоизлучения составляет меньше 10″ 4 от энергии гамма-всплеска [110].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертационная работа посвящена вопросу автоматизации радиоастрономических наблюдений на радиотелескопах ДКР-1000 Восток-Запад и БСА ФИАН. Основными итогами этой работы являются следующие:

1. Создана автоматизированная система радиоастрономических наблюдений на радиотелескопах ДКР-1000 и БСА ФИАН, которая объединяет системы сбора данных и управления антеннами в единый комплекс (рис. 40). Решена проблема управления несколькими антеннами от территориально-распределенных систем сбора данных. Реализована автоматическая диспетчеризация наблюдений на основе расписания наблюдений и заданий пользователей. Организован удаленный доступ к радиотелескопам с рабочих мест наблюдателей ПРАО и обеспечена возможность интеграции автоматизированной системы в вышестоящие АСНИ.

2. Разработана совокупность принципов построения и алгоритмов программного обеспечения, реализующих основные функции автоматизированной системы. На их основе:

— разработано и внедрено новое программное обеспечение для установки наблюдений радиопульсаров на базе аналоговых анализаторов спектра;

— разработано и внедрено новое программное обеспечение для управления антеннами ДКР-1000 Восток-Запад и БСА ФИАН;

— модернизирована установка наблюдений компактных радиоисточников на первой диаграмме антенны БСА и создана автоматизированная установка мониторинга компактных источников на второй, многолучевой диаграмме БСА;

— создана автоматизированная установка поиска радиоизлучения, сопутствующего гамма-всплескам, и наблюдений солнечного ветра.

Активные ядра галактик

Мониторинг компактных источников

Гамма-всплески

Солнечный

Рис. 40. Автоматизированная система наблюдений на радиотелескопах ДКР-1000 и БСА ФИАН

Данные принципы и алгоритмы могут быть применены при создании новых средств проведения радиоастрономического эксперимента.

3. Для автоматизированной установки наблюдений пульсаров на базе аналоговых анализаторов спектра:

— реализован многоканальный сбор данных с анализаторов спектра;

— реализовано автоматизированное управление усилением и постоянной времени этих радиометров;

— обеспечена синхронизация с высокой точностью работы регистрирующей аппаратуры с эталонным источником времени и частоты, разработан специальный прибор — синхронизатор.

4. Повышена эффективность проведения наблюдений на радиотелескопах метровых волн ПРАО АКЦ ФИАН. При помощи автоматизированной системы проводятся регулярные наблюдения. Получены важные научные результаты, в том числе с участием автора.

Дальнейшее развитие системы автору видится в ее интеграции с системами подготовки наблюдений и обработки их результатов, совершенствовании интерфейсов оператора и наблюдателя, создании средств оперативного контроля аппаратуры сбора данных и антенн.