Научная статья на тему 'Акустооптоэлектронные устройства для радиоастрономических приемных комплексов'

Акустооптоэлектронные устройства для радиоастрономических приемных комплексов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
306
97
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕССОР / МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЙ ПЗС-ФОТОПРИЕМНИК / ДИСПЕРСИЯ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ ПУЛЬСАРОВ / РАДИОИЗЛУЧЕНИЕ СОЛНЦА

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Лавров Александр Петрович, Молодяков Сергей Александрович, Саенко Игорь Иванович

Рассмотрены разработанные оптоэлектронные устройства на основе акустооптических фурье-процессоров и многоэлементных ПЗС-фотоприемников применительно к задачам обработки сигналов в радиоастрономических приемных комплексах. Представлены некоторые результаты использования таких устройств для сжатия импульсов радиоизлучения пульсаров и измерения их поляризационных характеристик и для формирования радиоизображения Солнца.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Лавров Александр Петрович, Молодяков Сергей Александрович, Саенко Игорь Иванович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The optoelectronic devices based on the acousto-optic Fourier-processors and multielement CCD photodetectors are examined in view of signal processing problems for radio astronomical backend receivers. Some results of these devices implementation for pulsar's signals compressing and its polarization characteristics determination and for Solar radio image formation are given.

Текст научной работы на тему «Акустооптоэлектронные устройства для радиоастрономических приемных комплексов»



измеренных выходных сигналов макета как для случая голографического фильтра, бинаризованного методом Отсу, так и для случая голографического фильтра с представлением градаций пропускания с использованием бинарного растрирования.

Результаты, представленные в статье, показывают возможность реализации инвариантных корреляционных фильтров с линейным фазовым

коэффициентом в схемах когерентных корреляторов изображений. Для каждого из рассмотренных случаев реализации фильтра определены необходимые и достаточные характеристики используемых при этом средств модуляции лазерного излучения.

Работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» Министерства образования и науки РФ, а также при поддержке РФФИ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Esepkina, N.A. [Текст]/ N.A. Esepkina; N.N. Evtikhiev [et al.]//Proc. SPIE. -1992. -Vol. 1704. -P. 115.

2. Esepkina, N.A. [Текст]/№А. Esepkina, N.N. Evtikhiev [et al.]//Proc. SPIE. -1994. -Vol. 2051. P. 236.

3. Евтихиев, Н.Н. [Текст]/Н.Н. Евтихиев, Н.А. Есепкина [и др.]//Квантовая электроника. -1995. -Т. 22.-№ 10.-С. 985.

4. Hassebrook, L. [Текст]/Ъ. Hassebrook, Kumar B.V.K. Vijaya, L. Hostetler//Opt. Eng. -1990. -Vol. 29.-P. 1033.

5. Woon, D. [Текст]Ю. Woon, L. Hassebrook, D. Lau//

Proc. SPIE.-2006.-Vol. 6234.-P. 62340I.

6. Евтихиев, Н.Н. [Текст]/Н.Н. Евтихиев, С.Н. Стариков [и др.]//Квантовая электроника. -2008. -Т. 38. -№ 2. -С. 191.

7. Evtikhiev, N.N. [Текс^/N.N. Evtikhiev, S.N. Starikov [et al.]//Proc. SPIE. -2008. -Vol. 6977. -P. 69770C.

8. Starikov, R.S. [Текс^/R.S. Starikov, E.Yu. Zlokazov//Proc. SPIE. -2009. -Vol. 7358. -P. 73580W.

9. Evtikhiev, N.N. [Текст]/№М Evtikhiev, S.N. Starikov [et al.]//Opt. memory & neural network. -2009.-Vol. 18.-№ 3.-P. 141.

УДК 621.396, 520.35, 534::535

А.П. Лавров, С.А. Молодяков, И.И. Саенко

АКУСТООПТОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАДИОАСТРОНОМИЧЕСКИХ ПРИЕМНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Появление, а затем и широкое распространение лазеров стимулировало в 70-80-х гг. ХХ в. всплеск интереса к применению методов когерентной оптики для обработки радиосигналов при решении различных радиофизических задач. Тогда же стали активно обсуждаться идеи проведения операций обработки сложных, в т. ч. многомерных радиосигналов над их оптическими моделями применительно к обработке сигналов различных антенн.

Профессор Н.А. Есепкина одна из первых в нашей стране оценила большие возможности методов когерентной оптики и голографии применительно к задачам антенной техники и обработки информации и активно занялась исследованиями в области разработки и применения когерентных

оптических систем для решения задач обработки сигналов в радиоастрономии. Ею была создана группа по оптической обработке информации сначала на кафедре квантовой электроники, а затем на кафедре радиофизики, позднее преобразованная в научно-учебный центр, руководителем которого она оставалась до последних дней. Разработанные в этом коллективе оптоэлектронные системы, объединяющие достоинства акустооп-тических фурье-процессоров и многоэлементных ПЗС-фотоприемников, были успешно применены в приемных комплексах крупнейших отечественных радиотелескопов [1-5].

К числу таких разработок относятся рассмотренные в данной статье оптоэлектронные

устройства на основе фурье-процессоров для обработки сигналов пульсаров в приемном комплексе радиотелескопа РТ-64 (г. Калязин) и для формирования радиоизображения Солнца на Сибирском солнечном радиотелескопе.

Акустооптический процессор для регистрации импульсов радиоизлучения пульсаров

Особенности радиоизлучения пульсаров. В

наблюдательной радиоастрономии и астрофизике объектами изучения являются пульсары - вращающиеся нейтронные звезды. Известно, что радиоизлучения пульсаров, поступающие к наблюдателю после прохождения через диспергирующую межзвездную среду (слабо ионизированную плазму), представляют собой импульсную последовательность сложных радиосигналов с внутриим-пульсной частотной модуляцией естественного происхождения [6].

Из-за дисперсии межзвездной среды импульс излучения пульсара появляется сначала на более высокой частоте приема, а затем - на более низкой частоте (дисперсионное запаздывание импульса). В случае приема сигнала на разных частотах / и /2 дисперсионная задержка по времени Д?БМ будет определяться следующим выражением [6]:

А1ом =-

2п • т.с

1

1

Л Л2

им,

(1)

где е - заряд электрона; ше - масса электрона; с -скорость света; БМ - мера дисперсии, определяемая числом свободных электронов по лучу зрения (БМ = \пес11, пе - концентрация электронов в плазме).

Таким образом, дисперсия препятствует расширению полосы приемника с целью увеличения

его чувствительности, ограничивая ее величиной 5/к = аБМ'5?, где 5? - требуемое временное разрешение; аБМ = - скорость дрейфа радиоизлучения в полосе приема. Это ограничение можно преодолеть путем суммирования сигналов многих узкополосных каналов после компенсации дисперсионных задержек в каждом из этих каналов.

Известны додетекторные (когерентные) и по-следетекторные (некогерентные) компенсаторы дисперсии сигналов пульсаров [6, 7]. Оба типа компенсаторов основаны на спектральном разложении сигналов. Когерентные компенсаторы обычно строятся на основе большого числа заказных или универсальных цифровых процессоров, Они достаточно сложны (свертка с импульсной характеристикой среды во временной или частотной областях). Последетекторные системы обычно строятся на основе фильтровых приемников [7]. Однако требуемое большое (больше 100) число частотных (спектральных) каналов в фильтровых системах реализовать сложно. Как указывалось выше, в радиоастрономии и других областях для спектральной обработки широкополосных сигналов с большим числом спектральных каналов эффективно применение акустооптических методов [8, 9].

Акустооптический процессор для сжатия импульсов радиоизлучения пульсаров. Структурная схема предложенного нами акустооптиче-ского (АО) процессора для регистрации радиоизлучения пульсаров приведена на рис. 1 [2, 4, 10]. В принципе, она соответствует традиционной схеме АО спектроанализатора (АОС) с пространственным интегрированием, однако в ней, как пояснено ниже, используется специальный режим работы ПЗС-фотоприемника.

Контроллер, (генератор управл. сигналов)

Лазер и формирователь пучка

1

и£(к)

Рис. 1. Структурная схема АО пульсарного процессора

В обычных АОС распределение интенсивности света I(x, t) в выходной плоскости линзы отражает спектр мощности S( f ) анализируемого сигнала s(t), оно детектируется и накапливается во времени N-элементным ПЗС-фотоприемником (ФПЗС). Это распределение считывается в виде последовательности отсчетов sn ~ S( f) и регистрируется в цифровом виде. Многократное считывание образует массив отсчетов S k, где n - номер канала; к - номер отсчета во времени.

Для устранения влияния дисперсии при наблюдениях пульсаров необходимо суммирование отсчетов из массива Snk по алгоритму:

N

(k) =S Sn,k+A.n . (2)

n=1

Здесь Д - соответствующий сдвиг во времени, компенсирующий дисперсионное запаздывание (зависит от шага расположения частотных каналов АОС и меры дисперсии наблюдаемого пульсара). Суммирование (2) повышает также отношение сигнал/шум (с/ш) в VN раз.

В предложенном нами АО процессоре в отличие от обычного АО фурье-процессора ФПЗС работает в специальном конвейерном режиме (shift-and-add mode - режим временной задержки и накопления), который обеспечивается контроллером - генератором управляющих сигналов. В этом режиме ФПЗС одновременно выполняет и функции многоканального детектора, и функции многоотводной суммирующей линии задержки. Образуемые в ФПЗС потенциальные ямы - «элементы» (линейный массив) перемещаются вдоль апертуры ФПЗС от одного края к другому подобно непрерывной цепочке (конвейеру). При перемещении каждый из элементов выполняет накопление сигналов из формируемых частотных каналов, с соответствующей задержкой Д, проходя их один за другим, так, что суммирование (2) выполняется в реальном времени внутри ФПЗС аналоговым способом (в виде зарядовых пакетов) перед выводом сигналов из ФПЗС. Задержка Д определяется внешним управлением (частотой Fph, Д = 1/Fph) и может быть согласована с высокой точностью с дисперсионной задержкой в принимаемом радиоизлучении. При поступлении в АО процессор широкополосного радиоизлучения пульсара выходной сигнал Uv,n содержит составляющую, соответствующую огибающей импульса радиоизлучения пульсара, сжатого по сравнению с выходным сигналом обычного широкополосного приемника.

Нами был создан рабочий образец АО компенсатора дисперсии с АОМ на основе кристалла ТеО2 с центральной частотой f = 150 МГц, рабочей полосой частот Дf = 80 МГц и шагом следования частотных каналов SfA около 82 кГц. Использовался ФПЗС типа ILX-703A (Sony), и контроллер обеспечивал перестройку процессора для обработки сигналов пульсаров с мерой дисперсии DM от 15 до 1000 парсек/см3.

Применение АО процессора на радиотелескопе РТ-64. Образец АО процессора был установлен в пульсарном приемном комплексе радиотелескопа РТ-64 с диаметром антенны 64 м в Калязинской радиоастрономической обсерватории ФИАН в приемнике диапазона 1,4 ГГц. Регистрировались профили импульсов различных пульсаров с разными потоками S и периодами TP повторения импульсов как секундных, так и миллисекундных [10, 11]. В таблице представлены профили некоторых пульсаров, зарегистрированные на РТ-64 и для сравнения на 100-метровом Боннском радиотелескопе (из каталога http://www.mpifr-bonn.mpg.de/div/pulsar/data).

В долговременных прецизионных измерениях в АО спектроанализаторах наблюдается изменение (дрейф) их частотной шкалы. Из-за частотно-временной связи в радиоизлучении пульсаров изменение частотной шкалы АО процессора приводит к временному смещению выделенного импульса, т. е. к ошибке в определении момента его прихода. Изменение частотной шкалы связано, главным образом, с изменением скорости акустических волн в кристалле АО модуляторов из-за изменения их температуры [27]. В мировой практике в обсерваториях используют термоста-тирование помещения, а также дополнительную термостабилизацию блока с АОС [9].

Нами разработан «активный» метод калибровки частотной шкалы АО процессора [12]: периодическая автоматизированная калибровка в реальном времени по гребенке частотных репер-ных сигналов от генератора гармоник, стабилизированного прецизионным генератором 5 МГц (водородные стандарты частоты Службы времени радиотелескопа). По частотам гармоник и положениям их откликов на частотной шкале АОС (номера каналов n) методом наименьших квадратов строится аппроксимирующая зависимость f,. = an2 + bn + c - частотная шкала АОС. Наши

JA(n)

измерения показали, что точность калибровки частотной шкалы, определяемая по среднеквадра-

Профили импульсов радиоизлучения ряда пульсаров

тичному отклонению при аппроксимации, весьма высока и составляет 4 кГц, что соответствует 5 % от шага расположения 5/А частотных каналов рабочего образца АО процессора.

С учетом частотной калибровки шкалы АО процессора достижимая точность определения временного положения импульсов миллисекунд-ного пульсара PSR 1937+21 с БМ = 71,02 составляет 1,5 мкс, что значительно лучше, чем приведенные результаты тайминга этого пульсара в НИИ Связи Японии [9, 13].

Высокая точность измерения положения импульсов позволяет использовать АО пульсарный процессор совместно со штатным фильтровым Пульсарным комплексом АС-600/128 диапазона 600 МГц (с полосой 3,2x2 МГц [7]) для точного измерения дисперсионных задержек на частотах 1400 и 600 МГц (1), и, таким образом, проводить «автономные» на одном радиотелескопе измерения БМ с точностью, сравнимой с точностью совместных интерферометрических наблюдений на базе Калязин - Касима (Япония) в диапазоне 2200 МГц [13]. Результаты, полученные нами для PSR 1937+21, приведены в [11].

Двухканальный АО пульсарный процессор — поляриметр. На основе двухканального АО процессора с совместным преобразованием Фурье возможно дальнейшее развитие АО пульсарного процессора: построение компенсатора дисперсии - поляриметра. Двумерное распределение дифрагированного света в выходной плоскости АО про-

цессора отражает амплитудные, спектральные и фазовые соотношения в радиосигналах, формируя в выходной плоскости помимо спектров еще и интерферограмму вдоль «фазовой» оси, ортогональной направлению распространения акустических волн в АОМ, соответствующему «частотной» оси выходного распределения. При подаче на входы АОМ радиосигналов с ортогональных облучателей антенны радиотелескопа фазовые соотношения в радиосигналах отражают поляризацию принимаемого радиоизлучения.

Оптическую схему процессора поясняет рис. 2. Здесь ^ и я2 - сигналы, соответствующие ортогонально поляризованным компонентам Ех и Еу принимаемого радиоизлучения. Отличительная особенность схемы - работа матричного ПЗС-фотоприемника в конвейерном режиме по частотной оси: вдоль столбцов (по оси х) с регистрирацией интерферограммы вдоль строк (по оси у).

Интенсивность I выходного оптического распределения, пропорциональная квадрату модуля фурье-образа амплитудно-фазового распределения (АФР) на выходе АО модулятора, имеет следующий вид:

I ~ |^7|2 = Б2 ^те?(я Б)х

х[в + А И + ф}], (3)

где в=(о|2+\бх2 (оь а=2-и (о| • и (а

ф = (^)] - (У]; ^ ^ - пространственные частоты входного АФР; ^^(^Л = |^с{^12}| -

Двухканальный АО модулятор

Фурье-линза

Матричный фотоприемник

si(t)

Рис. 2. Оптическая схема двухканального АО пульсарного процессора

спектральная плотность входных сигналов и s2;

F {...} - оператор преобразования Фурье вдоль

х, у

осей х и у, соответственно; h - расстояние между осями каналов АОМ; Б - ширина каналов. Распределение I имеет интерференционную структуру по оси у(^у), отражающую взаимно-корреляционные свойства сигналов s1 и s2. При работе процессора по сигналам пульсаров формирование интерференционной структуры происходит в пределах всей протяженности сжатого импульса [11, 14].

Обработка полученной интерференционной картины предусматривает получение оценок В*, А*, ф* ее параметров и расчет по ним параметров Стокса {I, Q, и, V} по методике, приведенной в [15].

Нами в оптическом пакете GLAD (www.aor. com) выполнено компьютерное моделирование преобразования сигналов в таком процессоре: расчет интерференционной картины в его выходной плоскости при подаче на входы модулятора радиосигналов с контролируемыми фазовым сдвигом и отношением с/ш << 1 (что отражает реальную ситуацию в радиоастрономических наблюдениях). Рис. 3 поясняет формирование интерференционной картины, здесь приведены ее сечения по частотной (х) и фазовой (у) координатам. Рис. 3, а - это мгновенное распределение (при s1 = s2 и отношении с/ш = -20 дБ на входах АОМ), а рис. 3, б - результат накопления сигнала в ФПЗС [14, 15].

J_I_И_I ' I ' I_I_1__ X, мм

"7,9 8 8,1 8,2 8.3 8,4 8,5 8.6 8.7 8,8

б) Iотн. ед.

1001-1-1-1-гул-1-1-Г

X, мм

у, мм

у, мм

7,9 8 8.1 8,2 8,3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1

Рис. 3. Сечения выходного распределения в двумерном АО пульсарном процессоре

Помимо моделирования были проведены и экспериментальные исследования работы лабораторного макета процессора [15]. Сигналы пульсаров имитировались ЛЧМ радиоимпульсами, производилось сжатие импульсов и регистрация и обработка интерферограммы. При известной частоте интерференции измерение фазового сдвига выполнялось по алгоритму оптимального измерения фазы для сигнала известной частоты.

Таким образом, выполненные исследования возможностей двумерного фурье-процессора на основе двухканального АО модулятора показывают перспективность развития этого направления при разработке пульсарного процессора нового типа. Следует также отметить, что использование ПЗС-фотоприемников в режиме временной задержки и накопления открывает новое направление построения оптоэлектронных процессоров конвейерного типа, примерами которых являются, в частности, процессоры для сжатия радиосигналов с линейной и дискретно-частотной модуляцией и оптических сигналов с линейной модуляцией по длине волны и др. [16-18].

Акустооптическая система формирования радиоизображения для Сибирского солнечного радиотелескопа

Акустооптические процессоры могут быть использованы в радиоастрономии для синтеза изображений в радиотелескопах параллельного апер-турного синтеза, использующих как фазовый, так и частотный методы формирования многолучевых диаграмм направленности. Однако в первом случае АО устройства должны быть выполнены на основе пространственно-многоканальных аку-стооптических модуляторов с большим числом каналов, равным числу элементов антенной системы (десятки и сотни), что значительно затрудняет их разработку. Поэтому предлагавшиеся проекты создания многоканальных АО диаграммоформи-рующих устройств для систем апертурного синтеза [19, 20] не были реализованы. В то же время формирование многолучевых диаграмм направленности в системах с частотнозависимым положением луча может быть реализовано достаточно просто при использовании пространственно одно-канальных АО фурье-процессоров [21, 22] .

Один из крупнейших радиогелиографов, Сибирский солнечный радиотелескоп (ССРТ), предназначенный для детального исследования солнечной активности по радиоизлучению в сан-

тиметровом диапазоне волн, относится к таким системам, где используется частотный метод управления синтезированным лучом для формирования многолучевой диаграммы направленности [23]. Разработанное в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете в течение 1986-1990 гг. устройство формирования радиоизображения Солнца для ССРТ на основе АО фурье-процессора было совместно с сотрудниками Института солнечно-земной физики РАН (ИСЗФ) применено в составе действующего приемного комплекса ССРТ при тестовых измерениях и проведении пробных наблюдений локальных источников [24]. В дальнейшем на его основе в ИСЗФ была разработана постоянно действующая приемно-регистрирующая система, с помощью которой были получены новые данные по динамике нестационарных явлений в хромосфере Солнца [25, 28].

Принцип формирования радиоизображения Солнца на ССРТ. Антенная система ССРТ представляет собой многоэлементный крестообразный интерферометр типа креста Миллса [23]. Диаграмма направленности в корреляционном режиме в общем случае описывается соотношением [26]:

Р(В, Ф, V) =

■лсЫ тк!У

&т(М —— вш Ф) _ вш ф)

(4)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

81П(——— вШ х})

81П( ^ 81П ф)

С ' С

где В, ф - углы, отсчитываемые от нормалей к линиям антенн в плоскостях, содержащих источник излучения и плечо Запад-Восток и Север-Юг, соответственно; ф) - диаграмма направленности (по мощности) отдельной антенны; ё - шаг расположения антенн радиоинтерферометра; N -количество антенн в линейном интерферометре (для ССРТ N = 128); V - частота принимаемого сигнала; с - скорость распространения радиоволны.

Известно, что (4) соответствует системе интерференционных максимумов (лучей) для каждой фиксированной частоты V. При изменении частоты меняется пространственное положение системы интерференционных максимумов (исключая нулевые), - лучи «сканируют» с относительной углочастотной скоростью:

Р _

Л - (5)

¿V V

(соотношения для ф имеют аналогичный вид).

Здесь р = 0, 1, 2, ..., - номера интерференционных порядков.

Теперь пространственное распределение радиояркости в области р-го интерференционного порядка радиотелескопа может быть представлено в виде:

О» - \ ) = О (/р(у - у)) = КДО, (6)

где функция /(у - v0), определяемая соотношением (5), устанавливает для малых приращений угла и частоты линейную зависимость между ними. Отсюда также следует линейная связь О(§) со спектром мощности принимаемого излучения обозначенная в (6) коэффициентом Кр. Очевидно, что полоса частот Дур, необходимая для сканирования луча в области Д$р вблизи направления $0р , зависит от номера порядка р, как это следует из (5). Таким образом, пространственную структуру протяженных радиоисточников с достаточно широким спектром излучения можно регистрировать, измеряя спектральное распределение мощности принимаемого сигнала.

Обработка сигналов ССРТ в акустоопти-ческом приемном устройстве. Принцип формирования радиоизображения Солнца в акусто-оптоэлектронном приемном устройстве можно пояснить с помощью упрощенной функциональ-

ной схемы, приведенной на рис. 4. Высокочастотный сигнал с выхода антенно-фидерного тракта преобразуется в полосу промежуточных частот, усиливается и подается на вход акустооптическо-го спектроанализатора. Схема АОС представляет собой традиционную схему АО фурье-процессора с пространственным интегрированием и включает источник коллимированого когерентного света, акустооптический дефлектор, фурье-объектив и многоэлементный ПЗС-фотоприемник. Система сбора и обработки данных на базе персонального компьютера обеспечивает обработку выходных сигналов АОС и управление работой низкочастотной части приемника.

На рис. 4 также условно изображены набор частотных лучей линейного радиоинтерферометра и соответствующий ему «веер» оптических лучей на выходе АОС, иллюстрирующие непосредственную зависимость между угловым положением дифрагировавшего в АОС пучка света и угловым положением луча радиоинтерферометра для той же спектральной компоненты сигнала. Действительно, для АОС угол дифракции света связан с частотой соотношением [27]:

е(у-у0)-е0 +

У сое 9П с о

(7)

Антенная система ССРТ

УХ-

Преобразователь

частоты и переключатель

На регистрацию

Рис. 4. Принцип формирования радиоизображения Солнца в акустооптоэлектронном приемном устройстве

где 60 = 0(у0) - угол дифракции АО дефлектора на промежуточной частоте, соответствующей центральной входной частоте у0, ^ - длина волны излучения лазера; V - скорость акустической волны в кристалле дефлектора.

Теперь, пользуясь (5), можно получить:

*

(8)

рУасо890-1Е15р0 с точностью до малых поправок. В этом соотношении 50 - изменение углового положения луча на выходе АО фурье-процессора (в пространстве изображений), соответствующее изменению положения луча радиоинтерферометра (в пространстве источников) в области интерференционного порядка с номером :

89 = В (у) - В п.

p Р р0

Линейная зависимость между 50 и 8Вр, устанавливаемая (8), является основой для формирования на выходе АОС оптической модели сечения радиоизображения Солнца.

Принципиально важной особенностью АОП является возможность формировать значительно

большее, чем в электронном фильтровом приемнике, количество элементарных фильтров (до нескольких тысяч), причем характеристики всех этих фильтров будут практически одинаковыми. Объединяя полосы этих фильтров путем суммирования сигналов с т соседних элементов многоэлементного фотоприемника, можно сформировать требуемую полосу канала, которая должна изменяться в процессе наблюдений в соответствии с изменением положения Солнца.

Некоторые результаты, полученные на ССРТ в аддитивном режиме с применением АОП, показаны на рис. 5-6 [27, 28]. На рис. 5 приведены кривые прохождения для интенсивности и поляризации в одном частотном канале. Рис. 6 иллюстрирует одномерные сечения распределения радиояркости Солнца непосредственно перед и в максимуме вспышки, полученные с помощью АОП при временном разрешении около 50 мс [28].

Применение оптической обработки сигналов дает также возможность формировать радиоизображение в корреляционном режиме работы

4h06m 4h07m 4h08m

Observation time

4h06m 4h07m 4h08m

Observation time

Рис. 5. Профиль локального источника в интенсивности (а) и поляризации (б), полученные в одном из каналов акустооптоэлектронного приемника

б)

m _

"с xso -

3

_

<9 ioo~

X

НК _

"<л _

с so -

<D _

-

S S R T, 1 8.D2.32

E-W

en44mЗОв UT

-1-1-г-1-1-1-f-1-г-1-1-1-1-1-,-1-,-f...................T-!-1-1-(-1-r-

ЭО SO 90 12Q ISO

Frequency channel number

Рис. 6. Одномерные сечения радиояркости Солнца для локального источника № 3: a - перед вспышкой; б - в максимуме вспышки

радиотелескопа за счет непосредственного вычисления взаимного спектра сигналов ортогональных плеч радиотелескопа. Эта операция может быть выполнена в двумерном АО процессоре с совместным преобразованием Фурье - спектро-корреляторе [1, 20].

Тестовые измерения и длительные наблюдения на ССРТ с акустооптоэлектронным приемным устройством подтвердили достоинства АОП и обеспечили получение новых наблюдательных

данных о динамических процессах в солнечной атмосфере [28].

Результаты проведенных исследований опто-электронных процессоров, а также внедрение выполненных разработок в практику радиоастрономических наблюдений свидетельствуют об успешной реализации идей и методов когерентной оптической обработки информации, в развитии которых значительная роль принадлежит Неле Александровне Есепкиной.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Есепкина, Н.А. Акустооптический спектро-коррелятор для радиогелиографа [Текст]/Н.А. Есепкина, М.И. Мансырев, С.А. Молодяков, И.И. Саенко// Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника.-1990.-Т. 33.-№ 8. -С. 91-94.

2. Esepkina, N.A. Aœusto-optical proсessors for radioastronomy [Текст]/МА. Esepkina, A.P. Lavrov, I.I. Saenko//Turkish J. of Physics.-1995.-Vol. 19.-№ 10. -P. 1205-1210.

3. Esepkina, N.A. Acoustooptical Receiving System for Radioimage Formation at the Siberian Solar Radiotelescope [Текст]/МА. Esepkina, S.A. Molodyakov, I.I. Saenko//Pho-tonics and Optoelectronics.-1998.-Vol. 5.-№ 2.-P. 63-72.

4. Есепкина, Н.А. Акустооптический компенсатор дисперсии для сжатия импульсов радиоизлучения пульсаров [Текст]/Н.А. Есепкина, А.П. Лавров, С.А. Молодяков//Изв. вузов России. Сер. Радиоэлек-троника.-1998.-Вып. 2.-С. 21-29.

5. Есепкина, Н.А. Спектральные наблюдения в 3-мм диапазоне длин волн на радиотелескопе РТ-22 КрАО с использованием акустооптического анализатора спектра [Текст]/Н.А. Есепкина, И.И. Зинченко, И.И. Саенко [и др.]//Изв. вузов. Сер. Радиофизика. -2000.-Т. ХЬШ.-№ 11.-С. 935-941.

6. Манчестер, Р. Пульсары. [Текст]/Р. Манчестер, Дж. Тейлор. -М.: Мир, 1980.-315 с.

7. Илясов, Ю.П. Пульсарный комплекс ФИАН на радиотелескопе ТНА-1500 ОКБ МЭИ в Калязине [Текст]/Ю.П. Илясов, В.В. Орешко, О.В. Дорошенко// Тр. ФИАН.-2000.-Т. 229.-С. 95-104.

8. Келлман, П. Интегрирующие приемники с аку-стооптическим разделением каналов [Текст]/П. Келлман, Х.Н. Шейвер, Дж.У Марри //ТИИЭР.-1981. -Т. 69.-№ 1.-С. 108-117.

9. Hanado, Y. Millisecond Pulsar Observation System Using Acousto-Optic Spectrometer [Текст]/У Hanado, M. Imae, M. Sekido//IEEE Trans. On Instrum. and Measurement.-1995.-Vol. 44. № 2.-P. 107-109.

10. Есепкина, Н.А. Применение акустооптическо-го процессора для наблюдения радиоизлучения пульсаров [Текст]/Н.А. Есепкина, Ю.П. Илясов, А.П. Лавров, С.А. Молодяков//Письма в ЖТФ.-2003.-Т. 29. -Вып. 21.-С. 32-39.

11. Есепкина, Н.А. Акустооптический компенсатор дисперсии для наблюдения радиоизлучения пульсаров [Текст]/Н.А. Есепкина, А.П. Лавров, С.А. Моло-дяков//Антенны.-2006. № 7.-С. 69-76.

12. Esepkina, N.A. Acoustooptical pulsar processor frequency scale calibration for increase accuracy measurement of time of arrival radioemission impulses [Текст]/ N.A. Esepkina, A.P. Lavrov, S.A. Molodyakov//Proc. SPIE.-2005.-Vol. 5447.-P. 35.

13. Илясов, Ю.П. Результаты двухчастотного хронометрирования пульсара В 1937+21 в Калязине и Ка-шиме в 1997-2002 гг [Текст]/Ю.П. Илясов, М. Имае, Ю. Ханадо [и др.]//Письма в Астрономический журнал. -2005.-С. 33-38.

14. Lavrov, A.P Output plane interference pattern handling at the two-channel acoustooptical processor of pulsars' radioemission [Текст]/АР. Lavrov, E.V. Dmitriev//Proc. SPIE.-2007.-Vol. 6594, 659412, doi: 10.1117/12.725623.

15. Лавров, А.П. Акустооптические процессоры в радиоастрономических приемниках [Текст]/ А.П. Лавров, С.А. Молодяков, И.И. Саенко//Антен-ны.-2009.-№ 7.-С. 45-54.

16. Есепкина, Н.А. Исследование выходного сигнала акустооптического процессора для обработки ЛЧМ сигналов большей длительности [Текст]/Н.А. Есепкина, А.П. Лавров, М.Н. Ананьев//Изв. вузов. Сер. Радио-электроника.-1990.-Т. 33.-№ 8.-С. 51-55.

17. Есепкина, Н.А. Акустооптический процессор радиосигналов с дискретной частотной модуляцией [Текст]/Н.А. Есепкина, А.П. Лавров, С.В.Дмитриев//

Письма в ЖТФ.-1997.-Т. 23.-№ 2.-С. 12-19.

18. Есепкина, Н.А. Использование сканирующего ПЗС-фотоприемника для сжатия оптических сигналов с линейной модуляцией по длине волны [Текст]/ Н.А. Есепкина, А.П. Лавров//Письма в ЖТФ.-1997. -Т. 23.-№ 1.-С. 77-83.

19. McLean, D.J. [Текст]ЮЛ. McLean, L.B. Lambert, M. Arm [et al.]//Proc. I.R.E. of Austra-lia.-1967.-№ 28.-P. 375.

20. Kai, K. Acousto-optical image processor for ra-diointerferometer at 160 MHz frequency [Текст]/К. Kai, T. Kosugi//Image Formation From Coherence Functions in Astronomy; ed. by C.Van Schooneveld.-D. Reidel Publishing Comp.-1979.-P. 320.

21. Саенко, И.И. Обработка сигналов радиогелиографа в акустооптическом приемном устройстве [Текст]/И.И. Саенко, С.А. Молодяков//18 Всесоюзная конф. по радиоастрономии. Радиоастрономическая аппаратура. Ереван: Тез. докл.-1985.-C. 360.

22. Lovberg, J. Real-Time Millimeter-Wave Imaging Radiometer for Avionic Synthetic Vision [Текст]/! Lovberg, R.C. Chou, C. Martin//Proc. SPIE. -1994.-Vol. 2220.-P. 234-244.

23. Smolkov, G.Ya. [Текст]/ G.Ya. Smolkov, A.A. Pis-tolkors, T.A. Treskov [et al.]//Astrophysics and Space Sci-ence.-1986.-№ 119.-P. 1.

24. Гречнев, В.В. Исследование макета аку-стооптоэлектронного приемника на Сибирском солнечном радиотелескопе [Текст]/В.В. Гречнев, Н.А. Есепкина, В.Г. Занданов [и др.]// Письма в ЖТФ. -1988.-Т. 14.-Вып. 7.-С. 581-585.

25. Алтынцев, А.Т. Наблюдения всплесков микроволнового излучения Солнца на Сибирском солнечном радиотелескопе с 50-миллисекундным разрешением [Текст]/А.Т. Алтынцев, В.В. Гречнев, Н.А. Есепкина, [и др.]//Препринт ИСЗФ СО РАН.-Иркутск.-1992. -№ 11-92.-15 с.

26. Christiansen, W.N. Radiotelescopes. [Текст]/ W.N. Christiansen, J.A. Hogbom; 2-nd ed.-Cambridge Univ.Press, 1985.

27. Korpel, A. Acousto-optics, in Applied Solid State Science, [Текст]М.. Korpel; R.Wolf, Ed., New York: Academic Press.-1972.-Vol. 3.-P. 73-179.

28. Grechnev, V.V. The Siberian Solar Radio Telescope: the current state of the instrument, observations, and data [Текст]/УУ Grechnev, S.V. Lesovoi, G.Ya. Smolkov [et al.]// Solar Physics.-2003.-216(1),-P. 239-272.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.