Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Міністерство інформації України

Державний науково-дослідний інститут інформаційної інфраструктури

ДОСИН Дмитро Григорович

УДК 681.513

МЕТОД АДАПТИВНОЇ КОРЕКЦІЇ ІНТЕРФЕРОМЕТРИЧНИХ ДАНИХ ЗА ДАНИМИ ІОНОСФЕРНОГО МОНІТОРИНГУ

Спеціальність: 05.13.06 - Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Львів - 1998

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Фізико-механічному інституті ім. Г.В. Карпенка НАН України.

Науковий керівник: канд. техн. наук, ст. наук. співр.

Кошовий Володимир Вікторович, Фізико-механічний ін-т ім. Г.В.Карпенка НАН України, керівник відділу

Офіційні опоненти: докт. фіз.-мат. наук, проф. Яворський Ігор Миколайович, Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України, керівник відділу канд. техн. наук. ЗАЯЦЬ Василь Михайлович, Державний університет "Львівська політехніка", доцент

Провідна установа: Інститут космічних досліджень Національної академії наук України та Національного космічного агентства України, відділ системного аналізу та управління

Захист відбудеться “ 8 ” грудня 1998 р. о 14-00 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.813.01 в Державному науково-дослідному інституті інформаційної інфраструктури Національної академії наук України та Міністерства інформації України за адресою: 290053, Львів, вул. Наукова, 5а.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці інституту

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми:

Розвиток астрономічних досліджень останніх десятиріч значною мірою визначається прогресом в галузі інформаційних технологій обробки багатовимірних масивів даних, зокрема розробкою та подальшим вдосконаленням методу і алгоритмів апертурного синтезу. Розвиток радіоастрономічних спостережень в декаметровому (1030 МГц) діапазоні частот сповільнився в 60-70 роках внаслідок обмежень, які накладає на чутливість, роздільну здатність та абсолютні вимірювання радіоінтерферометрів іоносферний тракт розповсюдження космічного випромінювання.

Проблема оцінки та врахування (компенсації) іоносферного впливу на інтерферометричні дані складна і комплексна, тому залежно від умов спостережень застосовуються різні підходи до її вирішення - використання опорного точкового радіоджерела, методи замкнутих фаз, адаптивного та самокалібрування, калманівської фільтрації. Та кожен окремо взятий метод не є достатньо ефективним і універсальним. Лише оптимальне з точки зору наявної вимірювальної апаратури та умов спостережень поєднання різних методів на всіх етапах реєстрації та обробки астрономічних даних може забезпечити максимальну роздільну здатність та чутливість інтерферометричної системи в цілому.

В 80-х роках в Україні було збудовано мережу декаметрових радіотелескопів системи УРАН. Відповідний радіоінтерферометр з наддовгою базою (РНДБ) одразу став унікальним астрономічним інструментом, який дав змогу суттєво підвищити граничну роздільну здатність астрономічних спостережень в декаметровому діапазоні радіохвиль. Та через іоносферні спотворення, що носять суттєво випадковий характер і мають широкий часовий діапазон, до сьогодні не вирішеною залишилась проблема вимірювання абсолютних значень фази функції видності РНДБ.

Методи оцінки іоносферної рефракції, які були розроблені для Хреста Міллса (Комесароф, Австралія) та Вестерборкського радіотелескопа з синтезованою апертурою (Споелстра, Голандія) базувались на використанні даних станцій вертикального зондування, розташованих на значній відстані (понад 100 км) від інтерферометричної системи і не забезпечували врахування впливу горизонтальних градієнтів електронної концентрації (ЕК) в іоносфері, зумовлених крупномасштабними збуреннями ЕК.

В той же час, самі радіотелескопи системи УРАН можуть служити основою для побудови іоносферних діагностичних комплексів, а їх застосування в якості приймальних елементів системи радіозондування в принципі дозволяє без додаткових затрат реалізувати ефективну процедуру оцінки в реальному (квазіреальному) масштабі часу та в районах, що безпосередньо прилягають до радіотелескопів, випадкової іоносферної рефракції і по можливості врахувати її в процесі адаптивної корекції спотворень інтерферометричних даних.

В роботі запропоновано використати даний метод як один із кроків процедури відновлення фазової інформації РНДБ УРАН. Застосування іоносферних даних для корекції вимірюваних в процесі астрономічних спостережень значень фази функції видності дозволяє враховувати найбільш суттєві (сотні радіан) її рефракційні відхилення, що характеризуються значними (десятки хвилин) постійними часу. Це не достатня, але необхідна умова застосування до астрономічних даних процедури відновлення зображення в декаметровому діапазоні радіохвиль Фур`є-методом, бо вона усуває фазову неоднозначність і тим самим дозволяє використовувати більш тонкі методи корекції, що базуються на часових (калманівська фільтрація) та просторових (гібридне картування) статистичних характеристиках вимірюваних даних.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Основні наукові результати дисертації одержано в ході виконання планових науково-дослідних робіт Фізико-механічного інституту НАН України (Постанова Президії НАН України №85 від 23.03.91 р.), проекту “ІТІС-26” Державної науково-технічної програми 06.02.02 ДКНТП України “Перспективні інформаційні технології і системи” та розділу проекту “Заряд” (держконтракт 7-37/96 з Національним космічним агентством України).

Метою дисертаційної роботи є розробка методу, алгоритмів та процедур адаптивної корекції даних вимірювань декаметрових радіоінтерферометрів на базі даних моніторингу крупномасштабних іоносферних збурень.

Досягнення мети здійснюється шляхом розв`язання таких задач:

дослідження особливостей реалізації методу апертурного синтезу в декаметровій радіоінтерферометрії, можливостей радіотелескопів системи УРАН, походження та структури похибок вимірювання, характеру завад, відомих методів корекції (калібрування) даних та пошук шляхів їх застосування до РНДБ УРАН;

розробка та програмна реалізація адаптивної параметричної моделі (АПМ) просторового розподілу електронної концентрації (ЕК) в іоносферній плазмі;

розробка апаратно-програмного комплексу дистанційного радіозондування іоносфери та процедур адаптивної корекції АПМ в реальному (квазіреальному) масштабі часу;

розробка методу та апаратури завадостійкого кодування зондуючого та кореляційної обробки розсіяного сигналу з метою підвищення чутливості методу дистанційного зондування іоносфери при збереженні його максимальної роздільчої здатності;

моделювання за допомогою АПМ крупномасштабних іоносферних збурень ЕК з метою оцінки їх впливу на інтерферометричні вимірювання;

моделювання ефекту об`ємного розсіювання з метою оцінки умов вимірювання даних радіозондування;

Наукова новизна роботи. В дисертаційній роботі розвинуто, стосовно декаметрової радіоінтерферометрії, метод адаптивної корекції даних астрономічних спостережень із застосуванням даних іоносферного моніторингу. З цією метою вперше для інтерферометрів даного класу, зокрема РНДБ УРАН:

запропоновано застосувати процедуру адаптивної корекції даних інтерферометричних вимірювань на основі даних про іоносферну рефракцію, отриманих шляхом оцінки просторово-часових характеристик крупномасштабних неоднорідностей іоносфери типу рухомих іоносферних збурень (РІЗ), як основного заважаючого фактору в процесі вимірювань;

побудовано адаптивну параметричну модель просторового розподілу ЕК та розроблено засоби оперативної корекції її параметрів на основі даних іоносферного радіозондування;

розроблено алгоритм модельної оцінки спотворень комплексної функції видності (КФВ) інтерферометричної системи через оцінку за даними радіозондування компонент іоносферної рефракції;

запропоновано метод та розроблено систему дистанційного радіозондування іоносфери на базі іоносферно-діагностичних комплексів РНДБ УРАН для оцінки горизонтальних градієнтів ЕК в іоносферній плазмі в реальному масштабі часу в районі радіоастрономічних спостережень та синхронно з ними;

розроблено та застосовано завадостійке кодування зондуючого та кореляційну обробку луно-сигналу системи іоносферного зондування, що дозволяє без зниження просторової роздільної здатності методу забезпечити його максимальну чутливість.

Практичне значення результатів. Розроблені в роботі методи та алгоритми дають змогу виконувати попереднє калібрування інтерферометричних даних, яке передує більш точним і тонким методам, не придатним чи малоефективним в умовах багатократної фазової неоднозначності та за умов неможливості застосування інших методів корекції (самокалібрування чи фазового замикання) внаслідок певних особливостей структури радіоінтерферометричної системи чи конкретних умов спостережень. Це дозволяє забезпечити необхідні умови для реалізації алгоритмів апертурного синтезу з метою побудови радіозображень космічних джерел в декаметровому діапазоні радіохвиль.

Реалізація науково-технічних результатів.

Розроблений в дисертаційній роботі метод, відповідні алгоритми та процедури були впроваджені:

- при розробці ідеології адаптивних систем стосовно радіоінтерферометричної системи УРАН;

- при створенні іоносферно-диагностичного комплексу на базі радіотелескопа УРАН-3 і короткобазового радіоінтерферометра КБР УРАН-3, як елементів системи адаптивної корекції РНДБ УРАН;

- при розробці інформаційної технології збору і обробки даних короткобазового радіоінтерферометра КБР УРАН-3.

Особистий внесок автора в отримання наукових результатів полягає в тому, що положення, які складають суть дисертації були сформульовані і вирішені ним самостійно, а саме:

запропоновано та розроблено алгоритми та процедури адаптивної корекції даних інтерферометричних спостережень за даними про іоносферну рефракцію на основі результатів дистанційного радіозондування іоносфери [1, 9,10];

розроблено адаптивну параметричну модель просторового розподілу ЕК в іоносферній плазмі [1];

запропоновано метод дистанційного іоносферного радіозондування, розроблено відповідну апаратуру та програмне забезпечення [2];

Апробація результатів дисертації. Основні результати були представлені у вигляді доповідей на таких конференціях та симпозіумах:

Першій міжнародній науковій конференції “Информприбор” (Москва, 1990 р.);

Міжнародному науковому семінарі з аерокосмічного моніторингу земних покровів та атмосфери (Київ, 1993 р.);

Другій міжнародній конференції “Теория и техника передачи, приема и обработки информации” (Туапсе,1996 р.);

Другій українській конференції з автоматичного керування “Автоматика-95” (Львів, 1995 р.);

Всесоюзній науково-технічній конференції “Неразрушающие физические методы и средства контроля” (Свердловськ, 1990 р.);

14 конференції молодих учених Фізико-механічного інституту НАН України (Львів, 1989 р.);

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковано в 11 наукових працях, в тому числі 4 - в фахових наукових журналах та збірниках.

Об`єм та структура дисертації. Робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, переліку використаної літератури (88 найменувань) та додатків. Вона містить 140 сторінок основного тексту та 41 рисунок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

діапазон частота інтерферуючий хвиля

У вступі обґрунтовано актуальність вибраної теми досліджень, сформульовано мету дисертації, вказано наукову новизну та достовірність отриманих результатів, методи досліджень та практичну значущість роботи. У вступі викладено також основні результати та положення, що виносяться на захист, наведено структуру та короткий зміст роботи. Зроблено огляд відомих підходів до вирішення проблеми відновлення зображень космічних радіоджерел.

В першому розділі дисертаційної роботи досліджено проблему спотворення інтерферометричних даних, викликаного збуреннями параметрів середовища розповсюдження інтерферуючих хвиль, ефективність та особливості реалізації алгоритмів апертурного синтезу в декаметровому діапазоні частот та проаналізовано основні підходи до вирішення задачі компенсації чи діапазон частота інтерферуючий хвиля.

Традиційним методом відновлення радіозображення космічного джерела є пряме перетворення Фур`є по просторових координатах так званої функції видності, відліки якої можуть бути реально виміряні та є допуститимим наближенням за даних умов спостережень до функції просторової когерентності. Цей метод, що носить назву методу апертурного синтезу, є базовою процедурою обробки радіоастрономічних даних, отриманих телескопами з незаповненою апертурою та їх системами (інтерферометрами).

Розглянуто фактори, що визначають основні метрологічні характеристики інтерферометричних систем. Зокрема, показано, що похибки вимірювання більшості параметрів обернено пропорційні до квадрату робочої частоти спостережень. Наведено оцінки довжини надлишкового шляху, коефіцієнта поглинання потужності, кутів рефракції та повороту площини поляризації радіохвилі в допустимому для практичного застосування наближенні іоносфери шаром товщиною h, в межах якого електронна концентрація розподілена по параболічному закону.

Вказано на особливості інтерферометрії декаметрового діапазону: визначальний вплив іоносфери Землі на точність вимірювань, що у ряді випадків зумовлює принципову неможливість проведення астрономічних спостережень; особливості конструкції антенних систем декаметрових радіотелескопів, що потребують складних багатоповерхових систем фазування; вплив промислових та радіомовних завад в цьому діапазоні частот. Структуру інтерферометричної системи декаметрового діапазону детально описано на прикладі радіоінтерферометра з наддовгою базою (РНДБ) УРАН та однієї з його компонент - РТ УРАН-3, розташованого поблизу м. Шацьк Волинської області.

Для наближеної оцінки впливу ефекту дифракції на дрібномасштабних іоносферних неоднорідностях ЕК розглядається модель тонкого фазового екрану. Показано, що розділення погіршується через те, що синтезована радіокарта згортається з гаусівським променем розсіювання шириною , яка визначається структурною функцією турбулентності ЕК. Зображення з розділенням, кращим за , можуть бути отримані при застосуванні процедур адаптивного калібрування.

Розгянуто різні підходи до розв'язання проблеми компенсації іоносферного впливу на радіоастрономічні дані. Всі вони стосуються здебільшого задачі зменшення фазових флуктуацій КФВ, виміряної інтерферометричною системою. Деякі алгоритми синтезу радіокарт не беруть до уваги фазової інформації, а грунтуються на амплітуді КФВ та деяких апріорних даних про синтезоване радіозображення (метод максимальної ентропії). Інші ж методи, що грунтуються на Фур`є-перетворенні потребують фазових даних і дослідники вживають ряд заходів для боротьби з іоносферними спотвореннями фази КФВ. Зокрема, це метод емпіричного калібрування, який полягає у застосуванні точкових калібраційних джерел та метод гібридного картографування, який включає в себе елементи алгоритму чистки (CLEAN), та апріорну інформацію про зображення. При наявності більше трьох рівноцінних елементів інтерферометричної системи використовується метод самокалібрування, що базується на принципі замкнутих фаз, який дозволяє виключити з вимірюваних фазових даних іоносферну компоненту.

Для найбільш низькочастотних компонент фазового шуму застосовуються додаткові засоби моніторингу середовища розповсюдження радіохвиль. Це стосується вмісту водяної пари в атмосфері в НВЧ-діапазоні та електронної концентрації в іоносферній плазмі - у метровому та декаметровому діапазонах радіохвиль. Для усунення фазових спотворень, викликаних короткоживучими дрібномасштабними неоднорідностями ЕК використовується адаптивна цифрова фільтрація на основі відповідних статистичних моделей - просторових структурних функцій фазових флуктуацій, чи моделей часових послідовностей (калманівська фільтрація).

В роботі сформульовано основні вимоги до адаптивної корекції інтерферометричної системи. Вибір методів адаптивного калібрування інтерферометричних даних за допомогою даних іоносферного зондування значною мірою залежить від роздільчої здатності методу дистанційного зондування іоносфери.

Особливості процедури інтерферометричних вимірювань та властивості іоносферних неоднорідностей ЕК визначають найбільшу чутливість процедури до похибок, зумовлених рефракцією на РІЗ з характерними розмірами від кількох десятків кілометрів і більшими, що відповідає часу життя неоднорідностей, більшому за 10 хв. Квазіперіодичний характер РІЗ як у часовому, так і в просторовому вимірі дозволяє за теоремою Найквіста вимагати від системи дистанційного радіозондування іоносфери темпу надходження даних - не рідше одного відліку на п'ять хвилин. Горизонтальний розмір області іоносфери, охопленої діаграмою спрямованості (ДС) антенної системи радіотелескопа шириною 0 на висоті h: км. Якщо в межах ДС вкладається квазіперіод РІЗ, то середній горизонтальний градієнт ЕК, а отже і інтегральна градієнтна компонента іоносферної рефракції близька до нуля. Отже в горизонтальній площині необхідно забезпечити роздільну здатність не гірше s, т.т. 20 км/відлік. Розрахунки показують що у вертикальній площині розділення методу радіозондування може бути також 20 км/відлік. Характеристики приймальної апаратури та антенно-фідерної системи радіотелескопів системи УРАН в основному задовільняють ці вимоги, що в принципі дозволяє використовувати їх в якості приймальної частини системи дистанційного радіозондування іоносфери.

У другому розділі запропоновано та розроблено адаптивну параметричну модель іоносферного тракту, як складової частини радіоінтерферометричної системи та досліджено основні просторово-часові характеристики іоносферних збурень які є основним заважаючим фактором в процесі радіоастрономічних спостережень у декаметровому діапазоні радіохвиль.

Показано, що згідно з даними систематичних спостережень просторовий енергетичний спектр іоносферних збурень є близьким до колмогоровського, має степеневий характер і характеризується зовнішнім і внутрішнім масштабами турбулентності, які визначаються рядом гідродинамічних іоносферних параметрів та крутизною спаду функції спектру, залежною від ступеня турбулентності плазми. Таким чином, беручи за основу певну модель спектра іоносферних неоднорідностей, що характеризує незбурену середньоширотну іоносферу, та фіксуючи в ній деякі параметри (крутизну спаду, масштаби турбулентності), можемо за даними радіозондування, слідкуючи за змінами в одній області спектра робити висновок про відповідні зміни в іншій його частині, тобто про поведінку спектра в цілому. Таке наближення правомірне очевидно лише для низькоенергетичних іоносферних процесів виду розповсюдження крупномасштабних РІЗ, коли структура турбулентності не зазнає суттєвих змін. У випадку ж магнітних бур, чи збурень, безпосередньо викликаних підвищеною сонячною активністю, параметри колмогоровської моделі суттєво змінюються, тому наближення типу “замороженого” спектра для подібних оцінок фази збурень стає непридатним.

На основі параболічної багатошарової моделі вертикального розподілу ЕК виконано чисельне моделювання ефектів рефракції та повороту площини поляризації плоскої хвилі, що пройшла крізь іоносферу, збурену крупномасштабними іоносферними неоднорідностями типу РІЗ у тому числі на частотах, близьких до плазмової. Відповідний програмний пакет, написаний на ANSI стандарті Сі під UNIX, було розроблено в ході стажування на кафердрі астрономії та астрофізики університету м. Глазго (Великобританія).

В програмному пакеті реалізовано також адаптивну параметричну модель просторового розподілу ЕК з елементами стандартизованих моделей типу IRI-90, що дозволяє використовувати його для задач корекції радіоастрономічних даних шляхом оцінки іоносферної рефракції та відповідного адаптивного калібрування інтерферометричних систем.

Ефект об'ємного розсіювання електромагнітних хвиль на слабоконтрастних дрібномасштабних (співмірних з довжиною хвилі зондуючого сигналу) неоднорідностях електронної концентрації в іоносферній плазмі розглянуто у борнівському наближенні, тобто при допущенні, що поле всередині розсіювачів приблизно рівне полю падаючої хвилі. Таке наближення справедливе при , де k та - діелектрична проникність, хвильове число та характерний розмір неоднорідності, відповідно. Ця умова для дрібномасштабних неоднорідностей земної іоносфери, для яких практично завжди відносне відхилення , виконується із запасом. Оцінка перерізу розсіювання області дрібномасштабних збурень базувалась на простій моделі неоднорідностей, просторова кореляційна функція яких має експоненціальну форму. З метою прогнозної оцінки порядку розсіяної потужності та необхідної потужності передавального тракту було проведено чисельне моделювання ефекту об'ємного розсіювання в умовах бістатичного радіозондування іоносфери на частотах вище максимально застосовної частоти (МЗЧ) для ряду значень параметрів моделі збурень.

Запропоновано використовувати наступну послідовність оцінок: потужність розсіювання Ps -- переріз розсіювання s -- відносна зміна ЕК Ne -- модельна оцінка абсолютного значення ЕК Ne. Ця послідовність лежить в основі запропонованого методу радіозондування іоносфери, хоч і не дозволяє давати оцінок абсолютних значень ЕК, зате дає змогу оцінити їх просторові градієнти та часові зміни, а це, в свою чергу, дозволяє контролювати процеси розповсюдження крупномасштабних та середньомасштабних РІЗ (>10 км) в області спостережень.

У третьому розділі сформульовано принципи побудови системи адаптивної корекції інтерферометричних даних для РНДБ типу УРАН на базі даних дистанційного радіозондування іоносфери.

Проведено систематизований аналіз існуючих методів іоносферного радіозондування з точки зору їх застосовності на апаратурі радіотелескопів системи УРАН та під час астрономічних спостережень. Обгрунтовано вибір методу, що базується на об'ємному ненаправленому та ракурсному розсіюванні зондуючих радіохвиль декаметрового діапазону (вище МЗЧ) на дрібномасштабних та співмірних з довжиною зондуючої хвилі неоднорідностях електронної концентрації. Запропоновано схему радіозондування методом бістатичної локації, яка передбачає використання потужного ретрансляційного передавача системи короткохвильового радіомовлення в ролі передавального плеча з метою забезпечення необхідної для вимірювань потужності розсіювання без відчутних завад для радіоастрономічних спостережень.

Розроблено структурні схеми передавального та приймального трактів системи радіозондування з врахуванням можливостей існуючої апаратури та мінімального її дооснащення. До складу радіопередавача включено систему генерації та передачі по телефонному каналу секундних синхроімпульсів; генератора псевдовипадкової послідовності; амплітудного модулятора та збуджувача ВО-71, який генерує в антені типу ГЗД 8:8 орієнтованій по азимуту 309 зондуючий радіосигнал потужністю 1МВт.

Система прийому та первинної обробки побудована на базі обладнання приймального тракту РТ УРАН-3 і до її складу входять: антенно-фідерна система радіотелескопа з системою фазування та відповідною можливістю сканувати ДС антенної системи; приймачі типу Р-399 “Катран”, які забезпечують три послідовних перенесення несучої частоти прийнятого сигналу до нуля; швидкодіючі АЦП 4226 блоку КАМАК, який здійснює інтерфейсний зв'язок приймальних та керуючих систем тракту з комп'ютером обробки та управління типу IBM 80486. Цикл оцифрування в модулі АЦП зсинхронізовано з циклом генерації зондуючих сигналів в передавальному тракті за допомогою двох комплектів апаратури системи точного часу типу УПТВ або шляхом передачі секундних синхроімпульсів від генератора псевдовипадкової послідовності ГПВП радіопередавача.

Секундні імпульси запуску надходять на блок КАМАК, який здійснює ініціалізацію та запуск модуля 4226. Розмір буфера АЦП узгоджено з розміром масиву даних одного циклу зондування. У другій частині секундного циклу вміст буфера передається 12-розрядним інтерфейсом в оперативну пам'ять комп`ютера обробки та управління, де здійснюється кореляційна обробка оцифрованого сигналу, корекція параметрів адаптивної іоносферної моделі (див. рис.) та оцінка градієнтів ЕК у відповідних перерізах. Передбачено також режим запису міток часу та луно-сигналів на магнітограф з метою їх подальшої обробки в лабораторних умовах. Це дозволяє виконувати додаткову відладку системи радіозондування та її калібрування.

Алгоритм виділення луно-сигнала з шумів базується на його кореляційній обробці. Після оцифрування в блоці КАМАК відліків масиву вхідних даних та їх відповідної нормалізації обчислюється оцінка взаємокореляційної функції отриманої кодової послідовності та еталонного коду , аналогічного до генерованого ГПВП в тракті передавача:

, .

Тим самим забезпечується максимальна енергія зондуючого сигналу при збереженні необхідної для відносних просторових вимірювань роздільної здатності системи радіозондування. Оцінка потужності розсіяного сигналу здійснюється на підставі припущення про присутність корисного сигналу s(t) в суміші та некорельованість сигналу та шуму:

.

Це дозволяє вважати квадрат значення взаємокореляційної функції В12() в точці і пропорційним до потужності луно-сигнала, розсіяного областю з координатами (xi, yi, hi), а отже - до перерізу розсіювання даної області. При цьому автоматично забезпечується розділення даних по дальності, яке у поєднанні зі скануванням ДС по азимуту дає можливість будувати горизонтальні профілі перерізу розсіювання в іоносферній плазмі.

В четвертому розділі описано методику експериментального випробування основного елементу системи адаптивної корекції інтерферометричних даних -- апаратно-програмного комплексу дистанційного зондування іоносферної плазми.

З цією метою в ролі об`єкта зондування було обрано штучні іоносферні збурення, викликані потужною акустичною хвилею від керованого наземного акустичного генератора. Наведено схему експерименту. Як передавальне плече системи радіозондування було використано Краснянську (Золочівського р-ну Львівської області) радіомовну станцію декаметрового діапазону хвиль.

З метою обробки експериментальних даних в лабораторних умовах в стенд дистанційного радіозондування було включено багатоканальний вимірювальний магнітограф НО67. З його допомогою здійснювалась синхронна реєстрація луно-сигналів двох ортогональних поляризацій, міток часу та секундних синхроімпульсів, що подаються з передавального плеча системи радіозондування на приймальне по телефонному каналу. Запис луно-сигналу здійснювався на проміжній частоті 10 кГц.

Обробка експериментальних даних здійснювалась шляхом їх оцифрування за допомогою багатоканального АЦП на базі ІВМ-сумісного комп`ютера, сортування по сканах, виділення квадратурних компонент, виділення огинаючої та обчислення взаємокореляційних функцій між огинаючою ехо-сигналу та огинаючою зондуючого сигналу з відповідною затримкою. Кутові параметри кожного скану та задані затримки склали відповідну полярну координатну систему отриманих іоносферних даних. Після переходу до декартової системи координат та оцінки перерізу розсіювання зондованої області експериментальні дані дозволили будувати відносні просторово-часові залежності ЕК, тобто виявляти горизонтальні градієнти ЕК та їх часову динаміку. Це, в свою чергу, забезпечує можливість відслідковувати пересування РІЗ в області спостережень.

Результати вимірювань засвідчили працездатність системи радіозондування та можливість виконання нею відносних вимірювань ЕК за більш складними схемами та в реальному масштабі часу з метою адаптивної корекції інтерферометричних даних.

У додатку наведено програмне забезпечення АПМ просторового розподілу ЕК в іоносферній плазмі а також програми управління ДС РТ УРАН-3, оцифрування, кореляційної обробки та корекції параметрів АПМ.

ВИСНОВКИ

Запропоновано та розроблено метод адаптивної корекції даних інтерферометричних вимірювань в декаметровому діапазоні радіохвиль на основі даних дистанційного зондування крупномасштабних іоносферних збурень.

Запропоновано та програмно реалізовано алгоритм модельної оцінки фазових спотворень комплексної функції видності на виході декаметрового радіоінтерферометра внаслідок іоносферної рефракції.

Розроблено програмно-апаратний комплекс автоматизованого збору інтерферометричних даних, що забезпечує їх адаптивну корекцію на основі даних іоносферного моніторингу.

Розроблено і сформульовано основні вимоги до методу та даних іоносферного зондування, що можуть бути використані для корекції інтерферометричної інформації при обробці сигналів радіоінтерферометра з наддовгою базою УРАН.

Запропоновано і розроблено метод дистанційного радіозондування іоносфери для задачі моніторингу крупномасштабних збурень з метою адаптивного калібрування декаметрових радіоінтерферометрів з наддовгою базою системи УРАН, який використовує елементи самої радіоінтерферометричної системи, схему бістатичної локації і реалізує відновлення просторового двовимірного розподілу іоносферних параметрів.

Побудовано адаптивну параметричну модель просторового розподілу електронної концентрації в іоносфері, що коректується відповідно до результатів радіозондування і дозволяє оцінювати іоносферні спотворення інтерферометричних даних.

Розроблено алгоритми та апаратуру завадостійкого кодування зондуючого та кореляційної обробки луно-сигналу, що дозволило без зниження просторової роздільної здатності методу дистанційного радіозондування іоносфери забезпечити його максимальну чутливість.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

Досин Д.Г., Ивантишин О.Л. Системы автоматического управления сбором данных в декаметровой радиоастрономии// Проблемы управления и информатики.-1995.- №6.- С. 142--146.

Досин Д.Г., Івантишин О.Л., Кошовий В.В., Лозинський А.Б. Іоносферно-діагностичний комплекс УРАН-3// Відбір і обробка інформації.-1997.-Вип. 11(87).-С. 3--7.

Досин Д.Г. Моделювання ефекту об`ємного розсіювання при бістатичній локації// Відбір і обробка інформації.- 1997. - Вип. 11(87). - Сс. 21--25.

Досин Д.Г. Сумик М.М. Синтез системи сигналів з властивістю не більше однієї збіжності// Вісник Львівського політехнічного інституту.-№ 254.-1991.-С. 33--34.

Досин Д.Г. Синтез системы сигналов со свойством “не более одного совпадения”// Матер. 14 конф. мол. ученых Физ.-мех. ин-та.-Львов, 1990.-С.45--49.-Деп в ВИНИТИ 6.4.90, №1890--В90.

Досин Д.Г. Синтез системы шумоподобных сигналов вида импульсно-временных кодов// Сб. тез. докл. 1 междунар. конф. “Интерприбор-90”.-Москва: Информприбор,1990.-С.72--74.

Досин Д.Г., Кошевой В.В., Крайкивский Р.С., Романишин И.М. Исследование модели многоотраженных сигналов в ультразвуковой дефектоскопии// Тез. докл. ХІІ Всес. науч.-техн. конф. “Неразрушаюшие физические методы и средства контроля”.-Свердловск, 1990.-Т.1.-С.11--13.

Досин Д.Г., Кошевой В.В., Романишин И.М. О построении системы глобального мониторинга ионосферы над Украиной на базе действующих радиоастрономических комплексов для задач прогноза и оценки особо опасных явлений// Тез. докл. междунар. науч. сем. по аэрокосмическому мониторингу земных покровов и атмосферы.-Киев, 1993.-С. 54--56.

Досин Д.Г., Кошовий В.В. Екологічний моніторинг іоносфери на базі РТ УРАН-3// Праці Другої української конференції з автоматичного керування “Автоматика-95”.-Львів, 1995.-Т. 2.-С. 108.

Досин Д.Г., Івантишин О.Л. Системи автоматичного управління збором даних в декаметровій радіоастрономії// Праці Другої української конференції з автоматичного керування “Автоматика-95”.-Львів, 1995.Т. 2.-С. 20.

Досин Д.Г., Ивантишин О.Л. Метод редукции ионосферных искажений фазы функции видности РСДБ УРАН-3//Тез. докл. 2-й междунар. конференции “Теория и техника передачи, приема и обработки информации”.-Харьков-Туапсе, 1996.-Т. 2.-С.34--35.

Researches of the method and information technologies of the decameter radio astronomy interferometre data adaptive correction are presented. The ionosphere monitoring data, obtained by equipment of the interferometre system elements are employed. An adaptive parametrical model of ionosphere electron density spatial distribution is used. The procedure of real time correction of the model parameters according to the remote sensing data is included into the radiotelescope data collection automatic control system.

Key words: information technologies, image reconstruction, radio interferometric system, adaptive radio astronomy, correlative processing.

Размещено на Allbest.ru