6.3.1. Геометрия наблюдений, определяемые и измеряемые величины

На рисунке 6.2 приведена геометрия наблюдений РСДБ.

Радиотелескопы расположены в пунктах 1 и 2. Определяе­мым является вектор I), связывающий точки пересечения ази­мутальной (вертикальной) и зенитальной (горизонтальной, уг-лрместной) осей антенн. Его называют вектором базы. Вектор 8 — это вектор единичной длины, направленный на квазар. Он также является определяемым. Векторы 5 , направленные на квазар из пунктов 1 и 2 параллельны. На самом деле О11и пере­секаются, но на удалении в десятки и сотни миллионов свето­вых лет. На Земле нет ничего более параллельного. По той же причине фронт ИТ^' падающей волны — плоский. Угол между векторами V и 8 обозначим р. Временную задержку прихода фронта волны на пункт 2 относительно пункта 1 обозначим Т. Как было сказано, именно задержка является величиной изме­ряемой. Она равна разности отсчетов по часам, установленным на пунктах 1 и 2, в моменты прихода на эти пункты фронта вол­ны. На результат измерения влияют многие факторы: аберра­ция, задержки сигнала в атмосфере, в блоках и цепях станций, относительная несинхронность часов станций. Основной же частью измеренной задержки является геометрическая задер­жка. Все перечисленные факторы тем или иным способом учи­тывают. Для этого в результат измерения вводят поправки.

76

Рис. 6.2. Геометрия наблюдений РСДБ

Если все необходимые поправки введены, измеренная задер-лска будет равна геометрической задержке. Далее будем назы­вать ее временной задержкой или просто задержкой. Будучи ум­ноженной на рабочую скорость V радиоволн, временная задер­жка дает геометрическую задержку т-У, то есть разность рас­стояний от пунктов 1 и 2 до квазара.

В левой части рисунка 6.2 дан график, иллюстрирующий процедуру поиска задержки путем корреляционной обработки сигналов. Он повторяет график на рисунке 1.6 из раздела 1.2.6. Величину временного сдвига между записями сигналов меня­ют вблизи пред рассчитанного значения задержки т.

77

74

Радиотелескоп ТНА-1500, расположенный в Калягине, с антенной диаметром 64 м. Радиотелескоп принадлежит

Особому Конструкторскому Бюро

Московского Энергетического Университета

Адрес Интернет: у™гот.а8с.г881.ги/ка1уа2т/Гщ4.Ы;т

Геодезическая интерферометрия

с пециально предназначенные для РСДБ, имеют диаметр 20-30 метров. Именно таков необходимый средний геометрический диаметр антенн, входящих в пару. Приемная часть содержит малошумящие охлаждаемые жидким гелием усилители. Такие усилители, также как и антенны большого диаметра, приме­няют для того, чтобы повысить уровень полезного сигнала по сравнению с уровнем шумов, то есть чтобы увеличить отноше­ние сигнал/шум. Регистрируют сигнал на магнитофон с очень широкой синтезируемой полосой записи, то есть на видеомаг­нитофон. Напомним, что чем шире полоса зарегистрированно­го сигнала, тем меньше длина его когерентности и тем выше точ­ность измерений. До регистрации сигнал преобразуют из анало­говой формы в цифровую. Ширина полосы частот регистрируе­мого сигнала должны составлять несколько сотен мегагерц. По­этому специально для РСДБ были разработаны видеомагнитофо­ны, синтезирующие такую беспрецедентно широкую для радио­техники полосу регистрации. Одновременно с записью сигнала на видеомагнитофон записывают временные метки от местного стан­дарта частоты и времени. Его работой управляет водородный ма­зер — наиболее точный из современных опорных генераторов, име­ющий относительную нестабильность 10~¹⁴.

Этот же водородный мазер задает ритм работы радиотелес­копа в целом. Таким образом, радиотелескопы работают одно­временно, но их стандарты частоты не связаны друг с другом. Это и позволяет разносить радиотелескопы на расстояния в тысячи километров. Совместной обработке, а именно корреля­ционной обработке, подвергают не сами сигналы, а их привя­занные ко времени записи на видеомагнитофонных лентах. В про­цессе обработки осуществляют поиск максимума функции кор­реляции сигналов - поиск задержки. Он осуществляется тем точ­нее, чем меньше время когерентности сигналов; то есть чем шире нх спектр. Именно по этой причине синтезируют широкую поло­су приема и регистрации сигналов. Найдя таким образом времен­ной сдвиг между записями сигналов, определяют с ошибкой в со­тые доли наносекунды время X задержки прихода сигнала на один радиотелескоп по сравнению с другим. Эта задержка искажена несинхронностью 8т часов радиотелескопов.

Квазары — это внегалактические точечные объекты, излу­чающие радиоволны в столь широком диапазоне, что он запол­няет полосу частот любого радиотехнического приемного уст­ройства. Обнаружены сотни квазаров. Их природа недостаточ-

75

Геотроника

₁

Значение коэффициента корреляции к_1Л в зависимости от задержки меняется, характер изменения отображен графиком. Функция имеет несколько экстремумов; их называют также лепестками. Среди них имеется главный, центральный экст­ремум. Задачей является поиск задержки, соответствующей середине главного экстремума. В этом смысле корреляционная обработка эквивалентна экстремальному способу фазового де­тектирования.

Поиск задержки тем точнее, чем уже главный экстремум, то есть чем меньше Дх. Это достигается синтезом широкой полосы приема и регистрации сигналов. После того, как максимум функ­ции корреляции найден, величину задержки определяют как вре­менной сдвиг одноименных временных меток, сопровождающих записи сигналов на видеомагнитофонных лентах.

Из-за суточного вращения Земли задержка с течением вре­мени меняется; имеет место ненулевая частота интерференции (6.1) или частота интерференционных полос, пропорциональ­ная скорости изменения задержки. Она имеет смысл доппле-ровской частоты. Эту частоту измеряют попутно с измерением задержки. Ограничимся рассмотрением в качестве измеряемой величины только временной задержкой, как дающей более бо­гатую геодезическую информацию. Для этого приведем соот­ветствующие аналитические соотношения. При желании ана­логичные соотношения можно получить и для частоты интер­ференции, что сделано, например, в работе [22].