Формирование и коррекция радиоизображений на многоантенном радиоинтерферометре с частотным сканированием : Применительно к ССРТ

• Автор: Обухов, Альберт Георгиевич
• Шифр специальности: 01.03.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 133 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЗАДАЧИ, ВОЗЛАГАЕМЫЕ НА ССРТ, ТРЕБОВАНИЯ К ЕГО ПАРАМЕТРАМ И ПРОГРАММА
НАБЛЮДЕНИЙ
1.1. Существующие радиотелескопы, используемые для наблюдений Солнца
1.2. Сибирский солнечный радиотелескоп (ССРТ)
1.2.1. Основные характеристики ССРТ
1.2.2. Структура волноводной системы сбора СВЧ-сигналов
1.2.3. Приемные системы
1.2.4. Построение и восстановление радиоизображений
1.2.5. Обзор наблюдений и данных
1.2.6. Научно-техническое сотрудничество
1.3. Системный подход к проектированию Сибирского солнечного радиотелескопа
ГЛАВА 2 ОПТИМАЛЬНАЯ ДИСКРЕТИЗАЦИЯ ДВУМЕРНЫХ РАДИОИЗОБРАЖЕНИЙ СОЛНЦА ПРИ НАБЛЮДЕНИЯХ НА КРЕСТООБРАЗНОМ РАДИОИНТЕРФЕРОМЕТРЕ С ЧАСТОТНЫМ СКАНИРОВАНИЕМ
2.1 Модель сигнала с ограниченным (финитным) спектром
2.2. Принцип организации двумерного разрешения'
2.3. Оптимальная дискретизация двумерных радиоизображений
2.4. Сетка перестраиваемых частот
2.5. Сетка фиксированных частот
2.6. Формирование радиокарты в двумерном режиме с фиксированным частотным разносом
2.7. Влияние полосы частот канала приемного устройства на
ПРОСТРАНСТРАНСТВЕННУЮ ЧАСТОТНУЮ ХАРАКТЕРИСТИКУ ССРТ
2.8. Выбор конкретного варианта реализации частотного разноса - многочастотное приемное устройство ССРТ
2.9 Режим прерывистого сканирования
2.10 Основ НЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
ГЛАВА 3 СИНТЕЗ РАДИОИЗОБРАЖЕНИЙ СОЛНЦА НА ССРТ ПРИ НАБЛЮДЕНИЯХ С НОЖЕВОЙ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ
3.1. Постановка задачи и радоновские образы
3.2 Восстановление радиоизображения в пространстве Фурье-спектров
3.3 Основные этапы восстановления по проекциям
3.4 Алгоритм восстановления радиоизображения по сканам
3.5 Интерполяция и фильтрация кубическими сплайнами
3.6 Восстановление сканов, учитывая пространственный спектр ДН
3.7 Двумерная интерполяция на и-У - плоскости
3.8 Экстраполяция спектра радиоизбражения Солнца методом Гершберга-Папулиса
3.9 Экстраполяция спектра радиоизбражения Солнца методом проекции на выпуклые множества
3.10 Основные результаты

ГЛАВА 4 ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ СОЛНЦА НА ССРТ * МОДИФИЦИРОВАННЫМ ФИЛЬТРОМ ВИНЕРА-ТИХОНОВА
(ЭВОЛЮЦИОННЫЙ)
4.1 Методы восстановления радиоизображений
4.1. 1 Постановка задачи восстановления
4.1.2 Обзор методов коррекции сглаживающего действия аппаратной функции (ДН).
4.1.3 Метод чистки (CLEAN) ,
4.1.4 Метод максимальной энтропии (ММЕ)
4.1.5 Метод инверсной фильтрации со стабилизирующим функционалом
4.2. Анализ предельного разрешения радиотелескопа на основе сфероидальных
волновых функций
4.3 Восстановление изображения Солнца на ССРТ модифицированным фильтром
Винера-Тихонова
'9 4.4. Планирование эксперимента при исследовании слабоконтрастных образований
в короне Солнца
4.5 Основные результаты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы определяется возрастающей необходимостью изучения природы и закономерностей развития солнечной активности, что представляет в настоящее время как чисто научный, так и практический интерес для народного хозяйства. Солнечная активность ответственна за нарушение радиосвязи, радиационной обстановки в ближнем космосе, а также за целый ряд геофизических явлений.
Многие открытия в гелиофизике были сделаны радиоастрономическими методами благодаря непрерывному совершенствованию радиотелескопов: повышению разрешающей способности, чувствительности и улучшению других характеристик инструментов.
Наиболее слабым местом первых радиотелескопов было низкое пространственное разрешение инструментов. Повышению углового разрешения полноповоротных зеркальных антенн препятствуют ограничения технологического характера. В настоящее время наибольшее распространение получили инструменты апертурного синтеза, в основе которых лежит интерференционный принцип исследования сигнала, приходящего от небесного источника.
Другая тенденция, просматриваемая в мировой практике - создание про-блемно-ориентированых радиотелескопов. Применительно к солнечным исследованиям, параметры радиогелиографа, регистрацию и алгоритмы обработки целесообразно выбирать такими, чтобы иметь возможность выделять детали различных пространственных масштабов: от исследования мелкомасштабной структуры активных областей, претерпевающих существенные изменения на небольших шкалах времен до исследования крупномасштабных структур, например, корональных дыр это, во-первых. А во-вторых, регистрация и методы обработки должны учитывать огромный (несколько порядков) динамический диапазон рассматриваемых явлений, причем яркие детали активных областей и областей вспышек очень контрастны, а для корональных дыр, ввиду слабой

Габор построил модель сигнала при одновременной локализации по оси времени и оси частот. При этом плоскость развивается на ячейки каждая из которых разбивается на элементарный сигнал.
В общем случае минимизация количества ячеек в абстрактных пространствах осуществляется построением минимальной 8 - сети [34]. Однако, идея обобщенного квантования еще далека от практического осуществления. Трудность состоит в сложности определения функции расстояния в пространстве сигналов. Оценка приближения функции с ограниченным спектром при помощи конечного ряда Котельникова [35],[36],[37].
Однако, для решения задачи оптимальной дискретизации и выбора числа каналов приемного устройства были проведены самостоятельные теоретиче-кие исследования.
2.2. Принцип организации двумерного разрешения
В свете выше изложенного рассмотрим вопрос формирования радиокарты Солнца в двумерном режиме с фиксированным частотным разносом. Диаграмма направленности крестообразного интерферометра [15]:
8т(Т/—х) • зт(Аг—у)
Р{х,у) = тЬ-----------------------------------------------(2Л)
*-*4т'д;)л''Ч:Н
где х, у - направляющие косинусы по отношению к линиям антенн плеч антенных решеток.
N - число антенн в плече радиоинтерферометра.
X - длина волны,
<1 - расстояние между антеннами в решетке Диаграмма направленности Р(х,у) имеет максимумы при
х’=р1 Г'~"Т (2-2>
где р,я = 0, ±1, ±2,.... - интерференционные порядки.