Главная Новости ПулКОН РСДБ Обсерватории Публикации About us Контакт

Развитие метода РСДБ-локации в проекте LFVN

"Известия Главной Астрономической Обсерватории в Пулкове"
И.Е. Молотов1,2, М.Б. Нечаева3, А.А. Коноваленко4, Дж. Туккари5, Ш. Лю6, А.Ф. Дементьев3, А.А. Антипенко3, Н.А. Дугин3, А.Б. Пушкарев1,7, В.М. Агапов2, В.В. Титенко1, В.А. Шишов2, В.А. Степаньянц2, И.С. Фалькович4, А.Е. Вольвач7, Ю.Н. Горшенков8, Г.Ю. Харламов8, В.В. Орешко9, В.П. Языков1

1 Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН, С.-Петербург, Россия
2 Институт Прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, Москва, Россия
3 Научно-исследовательский Радиофизический институт, Н. Новгород, Россия
4 Радиоастрономический институт НАНУ, Харьков, Украина
5 Институт радиоастрономии, Ното, Италия
6 Астрономическая обсерватория в Урумчи, НАО КАН, Урумчи, Китай
7 НИИ "Крымская астрофизическая обсерватория", Кацивели, Крым, Украина
8 Особое конструкторское бюро МЭИ, Москва, Россия
9 Пущинская радиоастрономическая обсерватория АКЦ ФИН, Пущино, Россия

Представлены результаты отработки метода РСДБ-локации, сочетающего радиозондирование тел Солнечной системы планетным радиопередатчиком РТ-70 в Евпатории и прием отраженных эхо-сигналов на РСДБ-сети LFVN. 11 пробных экспериментов позволили зарегистрировать эхо-сигналы Марса, Венеры, Луны, астероида 2004ХР14 и около 100 объектов космического мусора. На спецпроцессоре НИРФИ-3 в Нижнем Новгороде освоено получение методом кросс-корреляционной обработки эхо-сигналов прецизионных измерений сдвигов Доплера и частот интерференции, определение периода вращения и ориентации оси вращения космических объектов. Использование данных РСДБ-локации на порядок повышает точность орбитальных определений.

VLBI radar method development under LFVN project
I.E. Molotov1,2, M.B. Nechaeva3, A.A. Konovalenko4, G. Tuccari5, X. Liu6, A.F. Dementiev3, A.A. Antipenko3, N.A. Dugin3, A.B. Pushkarev1,7, V.M. Agapov2, V.V. Titenko1, V.A. Shishov2, V.A. Stepaniants2, I.S. Falkovich4, A.E. Volvach7, Yu.N. Gorshenkov8, G.Yu. Kharlamov8, V.V. Oreshko9, V.P. Yazykov1

1 Central Astronomical Observatory at Pulkovo, RAS, Saint-Petersburg,
2 Keldysh Institute of Applied Mathematics, RAS, Moscow, Russia
3 Radiophysical Research Institute, N. Novgorod, Russia
4 Radio Astronomical Institute, NASU, Kharkov, Ukraine
5 Istituto di Radioastronomia, Noto, Italy
6 Urumqi Astronomical Observatory, NAO CAS, Urumqi, China
7 SRI "Crimean Astrophysical Observatory", Simeiz, Ukraine
8 Special Research Bureau, MPEI, Moscow, Russia
9 Puschino Radio Astronomical Observatory ASC LPI, Puschino, Russia

The results of the VLBI radar (VLBR) method adjusting are presented. VLBR combines the radio sounding the Solar system bodies using planet transmitter of RT-70 in Evaptoria and receiving the reflected echo-signals with LFVN VLBI network. The echo-signals of Mars, Venus, Moon, 2004XP14 asteroid and about 100 space debris objects were detected during 11 trial experiments. The special NIRFI-3 processor in N. Novgorod learned the procedure of radar echo cross-correlation that allowed to obtain the precise Doppler shift and VLBI fringe rate measurements, to fix the period of rotation and orientation of rotation axis of space objects. The application of VLBR data can result greatly improvement the orbital parameter determination.

Введение

В 1996 г. была предложена концепция "Низкочастотной РСДБ-сети LFVN" [1,2]. Основной задачей проекта, координируемого инициативной группой сотрудников ГАО РАН, ИПМ им. Келдыша РАН, НИРФИ, РИ НАНУ и КрАО, являлось создание международной РСДБ-кооперации с участием российских и украинских радиотелескопов для проведения экспериментов по заявкам отечественных ученых. В проекте, базировавшемся на РСДБ-опыте НИРФИ и АКЦ ФИАН, была предпринята попытка объединить усилия всех РСДБ-групп России и Украины. За время выполнения проекта 14 антенн - РТ-64 в Медвежьих Озерах, РТ-22 в Пущино, РТ-64 в Калязине, РТ-15 в Зименках, РТ-14 в Старой Пустыни (Россия), РТ-70 в Евпатории и РТ-22 в Симеизе (Украина), РТ-32 в Вентспилсе (Латвия), РТ-32 в Ното (Италия), РТ-14 в Торуни (Польша), 500х30 (параболический цилиндр) в Ути и РТ-45 в Пуне (Индия), РТ-25 в Урумчи и РТ-25 в Шанхае (Китай) были дооснащены приемно-регистрирующей радиоастрономической аппаратурой. Организовано 24 РСДБ-эксперимента на длинах волн 92 см, 18 см, 13 см, 6 см и 3,6 см с использованием в разных комбинациях радиотелескопов Австралии, Англии, Индии, Италии, Канады, Китая, Латвии, Польши, России, США. Украины, Южной Африки и Японии, а также центров корреляционной обработки в Австралии, Канаде, России и США. Первые РСДБ-лепестки были получены от РТ-14 в Старой Пустыни и РТ-45 в Пуне на длине волны 92 см; от РТ-22 в Пущино и РТ-32 в Светлом на длине волны 18 см с терминалом регистрации S2; от РТ-70 в Евпатории на длинах волн 6 см, 13 см, 3,6 см; от РТ-64 в Медвежьих Озерах на длинах волн 6 см и 13 см.

На первом этапе развития LFVN главными научными задачами являлись построение РСДБ-изображений квазаров [3,4] и освоение РСДБ-методов исследований солнечного ветра [5]. В период с 1999 по 2006 гг. усилия LFVN, поддержанные грантом ИНТАС 2001-0669, были сосредоточены на отработке применения методов РСДБ-локации [6,7] для изучения тел Солнечной системы - планет земной группы, сближающихся с Землей астероидов, Луны, объектов космического мусора на различных типах орбит. Исследования проводились в следующих основных направлениях: Первые полученные результаты рассматриваются в данной статье.

1. Эксперименты по РСДБ-локации

Радиолокация является мощным средством исследования околоземного космического пространства. С ее помощью можно получать наиболее полные данные о телах Солнечной системы, включая точные орбитальные параметры, период вращения, ориентацию в пространстве, форму и размер, структуру и состав поверхности. Использование метода радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ) для приема отраженных эхо-сигналов способно расширить перечень измеряемых параметров и увеличить точность получаемых измерений. Комбинация классической радиолокации и РСДБ (т.н. РСДБ-локация) позволяет создать уникальный инструмент для трехмерных измерений:

Метод РСДБ-локации направлен на решение задач фундаментальной астрометрии - определение параметров векторов собственного вращения небесных тел, включая их короткопериодические (внутриорбитальные) вариации, а также определение методом дифференциальных координатных измерений точного положения центров масс небесных тел (траекторий их движения) в квазиинерциальной системе координат, опирающейся на внегалактические радиоисточники, имея конечной целью установление точной взаимной связи динамической барицентрической и радио - систем координат. Важными прикладными аспектами проводимых исследований являются определение точных траекторий астероидов, потенциально опасных для Земли, и фрагментов "космического мусора" в интересах безопасности использования космического пространства.

РСДБ-локация - новое в мировой практике направление. Известны только две попытки применения РСДБ-локации для визуализации поверхности небесных тел в США и Японии [9]. Поэтому первые LFVN эксперименты в этой области были направлены на создание методической, технической и программной базы метода РСДБ-локации. В VLBR (very long baseline radar) наблюдениях, которые проводятся с июня 1999 г., радиозондирование тел Солнечной системы обеспечивается передатчиком РТ-70 в Евпатории на частоте 5010,024 МГц (непрерывная мощность 2-х канального передатчика может достигать 200 кВт, с 2000 г. задействуется только один канал с максимальной мощностью 60 кВт). В РСДБ-локации используется два режима излучения - немодулированная несущая и линейно-частотно модулированный (ЛЧМ) сигнал с размахом 512 кГц и периодом повторения 32 млс. Два пробных эксперимента (в 2001 и 2006 гг.) были проведены с РТ-70 в Голдстоуне (США) на длинах волн 13 см и 3,6 см. Прием отраженных эхо-сигналов осуществлялся различными комбинациями приемных антенн, пока в в 2003 г. не сложилась подсистема LFVN "РСДБ-локатор", которая включает РТ-64 в Медвежьих Озерах, РТ-22 в Симеизе, РТ-32 в Ното и РТ-25 в Урумчи. В 2006 г. вместо РТ-64 в Медвежьих Озерах в эксперименте VLBR06.1 участвовал РТ-64 в Калязине. В дополнение проводится дооснащение РТ-32 в Вентспилсе (Латвия). На рис. 1 представлено географическое расположение радиотелескопов, входящих в подсистему LFVN РСДБ-локатор. Перечень экспериментов по РСДБ-локации тел Солнечной системы представлен в таблице 1.

Рис. 1. Географическое расположение антенн LFVN, участвующих в VLBR наблюдениях.

Таблица 1. Эксперименты LFVN по РСДБ-локации.

Название Даты проведения Исследуемые объекты Участвующие радиотелескопы
VLBR99.1 02-08 июня 1999 Венера, Марс Евпатория, Светлое, Шанхай, Урумчи, Торунь, Кашима
VLBR00.2 03-09 августа 2000 Венера, Меркурий, астероиды Митра и 2000CE59 Евпатория, Светлое, Шанхай, Урумчи, Торунь, Медвежьи Озера
VLBR01.1 23-29 мая 2001 Венера, Меркурий, астероид 1999KW4,
7 ГСО объектов 		Евпатория, Светлое, Шанхай, Кашима, Ното, Урумчи, Торунь, Медвежьи Озера, МЕРЛИН
VLBR01.2 14-19 декабря 2001 Астероид 1998WT24,
5 ГСО, 4 ВЭО объекта,
пробный «бим-парк» на ГСО		 Евпатория, Светлое, Шанхай, Урумчи, Торунь, Калязин, Зеленчук, Алгонкуин
VLBR02.1 23-29июля 2002 Астероид 2000PH5, Венера, 7 ГСО, ВЭО, ПСО-объектов Евпатория, Медвежьи Озера, Калязин, Ното, Шанхай, Урумчи
VLBR03.1 23-29 июля 2003 Астероид 2000PH5, Марс,
10 ГСО, ВЭО, ПСО-объектов,
пробный бим-парк на НО		 Евпатория, Медвежьи Озера, Ното, Урумчи, Симеиз
VLBR04.1 21-25 июня 2004 Астероид Итокава,
15 объектов на ГСО, ВЭО и ПСО,
бим-парк, пробный «бим-трек»		 Евпатория, Медвежьи Озера, Ното, Симеиз
VLBR04.2 23-29 июля 2004 Астероид 2000PH5, Венера,
18 ГСО, ВЭО, ПСО-объектов,
бим-парк, бим-трек		 Евпатория, Медвежьи Озера, Ното, Симеиз
VLBR04.3 29 сент.- 5 окт. 2004 Астероид Таутатис, Венера, Луна,
12 ГСО, ВЭО и ПСО-объектов,
бим-парк, бим-трек 		Евпатория, Медвежьи Озера, Ното, Симеиз
VLBR05.1 10-16 сентября 2005 Астероид 1999 RQ36, Марс, Луна,
18 ГСО и ВЭО объектов (включая малоразмерные),
бим-парк, бим-трек		 Евпатория, Медвежьи Озера, Симеиз, Пущино, Урумчи
VLBR06.1 3-9 июля 2006 Астероид 2004ХР14, Меркурий, Луна,
20 ГСО и ВЭО объектов (включая малоразмерные),
бим-парк, бим-трек		 Евпатория, Голдстоун, Калязин, Зеленчукская, Симеиз, Ното, Урумчи

В результате проведенных работ на видеокассеты и магнитные диски были записаны эхо-сигналы от Марса, Венеры, Луны, астероида 2004ХР14 и около 100 объектов космического мусора размером от нескольких десятков метров до 0,5 м на различных типах орбит, обработка которых проводится на корреляторе LFVN НИРФИ-3 в НИРФИ, Н. Новгород.
2. Обработка результатов экспериментов.

Попытки корреляционной обработки записей РСДБ-локационных экспериментов проводились на различных российских и зарубежных корреляторах. Но первые практические результаты удалось получить только в 2002 г. после ввода в опытную эксплуатацию коррелятора НИРФИ-3 в Нижнем Новгороде [9]. До 2005 г. коррелятор мог обрабатывать записи только в РСДБ-формате Мк-2, а в 2006 г. он был переведен на новый формат - NRTV (near real time VLBI). Обработка эхо-сигналов выполняется в несколько этапов и на сегодняшний день представляет собой установившуюся схему работы с РСДБ-локационными данными, которая применяется в НИРФИ. При обработке используется модель траектории объекта, координаты приемной антенны, дата и время измерений, учитывается эффект ближней зоны, движение объекта относительно геоцентра и вращение Земли.

На первом этапе проводится автокорреляция записанного сигнала в каждом пункте и его спектральный анализ для определения наличия отраженного сигнала от лоцируемого объекта на ожидаемой расчетной частоте (необходимые траекторные и эфемеридные расчеты выполняются в Баллистическом центре ИПМ им. Келдыша РАН). По результатам автокорреляции (см. примеры на рис. 2) определяется также наличие помех и паразитных сигналов в приемной системе.

  

Рис. 2.
Спектр мощности результата автокорреляции эха геостационарного объекта 95035, принятого на пункте Медвежьи Озера 28.07.2004 г.
Спектр мощности результата автокорреляции эха планеты Марс, принятого на пункте Медвежьи Озера 24.07.2003 г.

На втором этапе выполняется корреляция сигнала передатчика (или модели излученного сигнала) и эхо-сигнала, принятого в каждом приемном пункте. Результат корреляции подвергается спектральной обработке. По частоте максимума спектрального отклика с точностью до тысячных долей Гц определяется частота сдвига Доплера (см. пример на рис. 3а), которая несет информацию о радиальной скорости движения объекта (в стадии отладки находится процедура измерения дальности по геометрической задержке с использованием при локации ЛЧМ сигнала). Кроме того, анализ зависимости от времени амплитуды максимума спектрального отклика (взаимно-корреляционного спектра сигнала передатчика и эхо-сигнала) дает возможность определить период вращения исследуемого объекта (см. пример на рис. 3б). Для спутника "Горизонт-3" период вращения определяется как 84 с. В случае наличия симметричных элементов конструкций на космическом аппарате, может возникнуть неоднозначность измерений.

  

Рис. 3.
Спектрограммы для двух последовательных по времени участков корреляционного сигнала на базовой линии Евпатория-Медвежьи Озера для эха геостационарного спутника "Космос-1366" 15.09.2005 г.
Временная зависимость амплитуды максимума кросс-спектра зондирующий-эхо сигналы для геостационарного спутника "Горизонт-3" на базовой линии Евпатория-Медвежьи Озера 29.07.2003 г.

На рис. 4 приведены временные зависимости амплитуды максимума спектра, полученные в результате корреляционной обработки сигналов пунктов Урумчи (принятый сигнал) - Евпатория (излученный сигнал) и Медвежьи Озера (принятый сигнал) - Евпатория (излученный сигнал) по результатам двух сканов по спутнику "Радуга-9", которые проводились с интервалом три дня. По корреляционному сигналу в Медвежьих Озерах определяется период вращения КА, равный 82 с. Отчетливо видно, что в сигнале Урумчи-Евпатория нечетные импульсы "развалились". Это указывает на то, что на объекте имеются два крупных отражающих элемента с несколько различной ориентацией в пространстве, видимых с РСДБ-пунктов под разными углами зрения, поэтому период вращения объекта следует считать равным 164 с. Четкая периодичность появления импульсов указывает на стабильность оси вращения аппарата. Характер сигнала за трое суток практически не изменился, что также свидетельствует о стабильности параметров вращения (это также подтверждают данные на рис. 7).

  

Рис. 4. Временные зависимости амплитуды максимума кросс-спектра зондирующий-эхо сигналы для спутника "Радуга-9" на базовых линиях Евпатория-Медвежьи Озера и Евпатория-Урумчи в двух разных сканах с интервалом 3 дня, 25 и 28.07.2004 г.

На рис. 5а представлена временная зависимость амплитуды максимума спектра, полученная в результате корреляционной обработки сигналов пунктов Калязин (принятый сигнал) - Евпатория (излученный сигнал) для малоразмерного фрагмента 90022 на геостационарной орбите. Этот объект был обнаружен в КрАО 30 апреля на оптическом телескопе АТ-64 и имеет блеск 17 звездной величины (что примерно соответствует размеру 40 см). Фотометрия такого рода объектов затруднена, поэтому возможность оценки периода вращения по радиолокационным данным очень важна.

На рис. 4б показан результат корреляционной обработки переданный-принятый сигналы для быстровращающегося геостационарного объекта, 4-й ступени р/н "Протон" (на быстрое вращение указывает значительное - до 200 Гц размывание спектра, см. рис. 4б), а также временные зависимости амплитуды максимума этого спектра на базовых линиях Евпатория-Медвежьи Озера и Евпатория-Урумчи. В Медвежьих Озерах виден сильный сигнал от всего аппарата с характерными всплесками от ярких элементов конструкций. Характер сигнала пункта Урумчи сильно меняется: наблюдается периодическое появление сигнала от корпуса с всплесками от ярких фрагментов длительностью около 30 с. Данное обстоятельство можно интерпретировать как быстрое вращение аппарата с биением оси вращения.

На третьем этапе обработки вычисляется взаимная корреляционная функция эхо-сигналов для всех баз РСДБ-сети и выполняется спектральный анализ. Измеряемыми параметрами являются частота интерференции (в случае зондирования немодулированной несущей) и временная задержка между приходом волнового фронта на разные антенны РСДБ-сети (при использовании ЛЧМ-сигнала). Примеры кросс-спектров для эхо-сигналов от аппарата "Космос-1366" на базовых линиях Медвежьи Озера - Ното - Урумчи приведены на рис. 6а., а для эхо-сигналов Луны на базовых линиях Медвежьи Озера-Ното-Симеиз - на рис. 6б.

  

Рис. 5.
а) Временная зависимость амплитуды максимума кросс-спектра зондирующий-эхо сигнал для геостационарного фрагмента 90022 на базовой линии Евпатория-Калязин 06.07.2006 г.;
б) кросс-спектр для быстровращающегося геостационарного объекта и его временные зависимости на базах Евпатория-Медвежьи Озера и Евпатория-Урумчи 28.07.2003 г.

  

Рис.6.
а) Кросс-корреляционные спектры эхо-сигналов от геостационарного спутника "Космос-1366", полученные одновременно на трех базовых линиях Медвежьи Озера - Ното - Урумчи 25.07.2003 г.;
б) кросс-корреляционные спектры эхо-сигналов Луны на базовых линиях (сверху вниз) Медвежьи Озера - Ното, Медвежьи Озера-Симеиз и Ното-Симеиз 30.09.2004 г.

Анализ временной эволюции амплитуды этих максимумов (см. рис. 7б) дает информацию об ориентации оси вращения объекта. Относительно Медвежьих Озер, максимум сигнала опережает в Ното на 2,15 с и запаздывает в Урумчи на 5 с. Диаграмма рассеяния объекта захватывает сразу все три РСДБ-пункта, но существенно разными по уровню участками. При вращении объекта максимум диаграммы рассеяния последовательно проходит пункты приема.

  

Рис. 7.
а) Временные зависимости амплитуды максимума кросс-спектра эхо-сигнала от геостационарного спутника "Радуга-9" за 25 и 28.07.2003 г.;
б) Временные зависимости амплитуды максимума кросс-спектра эхо-сигнала от геостационарного спутника "Космос-1366" на базовых линиях Медвежьи Озера-Ното, Медвежьи Озера-Урумчи, Ното-Урумчи.
3. Оценки точности полученных измерений.

С целью анализа точности, методом кросс-корреляции переданного и принятых сигналов, было получено 17 измерений Доплера для геостационарного спутника "Космос-1366" в пунктах Медвежьи Озера и Ното (см рис. 8).

Рис. 8. Измерения сдвига Доплера для эхо-сигнала от Космоса-1366 в зависимости от времени и его отклонение от аппроксимирующего сглаживающего полинома для баз Евпатория-Медвежьи Озера и Евпатория-Ното, 25.07.02.

Точность единичного измерения составляет 0,03 Гц или 1 мм/с по радиальной скорости, а среднеквадратичная ошибка равна 0.096 Гц (соответствует скорости 3 мм/с), что в 3 раза хуже, чем аппаратурная ошибка. Это может объясняться как вращением объекта, так и неоднозначностью измерений максимума спектра РСДБ-отклика. В Баллистическом центре ИПМ им. М.В. Келдыша РАН было проведено уточнение орбитальных параметров спутника "Космос-1366" с использованием полученных измерений радиальной скорости. Эти данные были обработаны совместно с оптическими измерениями прямого восхождения и склонения объекта. В целом интервал измерений охватывает период с июля 2002 года по июль 2003. Для сравнения уточнение орбиты спутника "Космос-1366" было получено также и только по оптическим измерениям. Результаты апостериорной оценки точности определения элементов орбиты в каждом из этих случаев приведены в таблице 2. На рис. 9 представлены рассогласования измеренных и расчетных значений оптических и радиолокационных измерений.

Таблица 2. Сравнение ошибок определения параметров орбиты спутника "Космос-1366" с использованием оптических и оптико-радиолокационных измерений.

Параметр Ошибка определения
Только по оптическим данным По оптическим и РСДБ-локационным измерениям
Период (сек) 0.00039 0.00016
Эксцентриситет 0.000001289 0.00000011
Наклонение (градусы) 0.0000397 0.0000385
Долгота узла (градусы) 0.0001523 0.0001443
Аргумент перицентра (градусы) 0.3186443 0.0553811
Время перицентра (сек) 0.08468 0.03756

Рис. 9. Рассогласования измеренных и расчетных значений оптических и радиолокационных измерений. По оси абсцисс отложено время, отсчитываемое в сутках от 1 января 2003 года. По оси ординат отклонения измеренных значений от их расчетных аналогов. Отклонения оптических измерений (треугольники) приведены в угловых секундах. Отклонения измерения радиальной скорости (квадраты) в мм/сек.

Привлечение измерений радиальной скорости обеспечивает существенное повышение точности определения орбиты рассматриваемого объекта. При совместной обработке доплеровских данных с двух пунктов (Медвежьи Озера и Ното) с результатами оптических наблюдений, невязки орбиты уменьшились в 7 раз, по сравнению с обработкой только оптических наблюдений.

На следующем этапе обработки использовались интерферометрические измерения двух типов. Первый тип измерений характеризуется тем, что проводится корреляция излученного сигнала с принятым. Результат корреляции - смещение принятой доплеровской частоты относительно излученной - преобразуется в полусумму радиальных скоростей объекта относительно излучающей и приемной антенн. При проведении измерений второго типа проводится корреляционная обработка эхо-сигнала на двух приемных антеннах. Полученное в результате смещение доплеровской частоты сигналов одной приемной антенны относительно другой преобразуется в разность радиальных скоростей объекта относительно двух приемных антенн. В таблице 3 приведены отклонения (О-С) измеренных значений измерений первого и второго типа от их расчетных аналогов, полученных на уточненной орбите.

Таблица 3. Сравнение точности измерений Доплера и частоты интерференции для спутника "Космос-1366" на различных базовых линиях.

ДатаВремяО-С мм/сО-С мм/сО-С мм/с
Сдвиг Доплера на базах Евпатория-Медв. ОзераЕвпатория-НотоЕвпатория-Урумчи
2002/07/25 12:44:00 -0,41 2,21 -2,98
2002/07/25 12:45:00 -3,29 1,66 -4,70
2002/07/25 12:46:00 4,37 -3,34 6,78
Частота интерференции на базах Медв. Озера-Ното Урумчи-Ното Медв. Озера-Урумчи
2003/07/25 22:23:14 20,2 24,2 -94,0
2003/07/25 22:23:15 20,1 24,9 -94,6
2003/07/25 22:23:16 13,2 78,0 -96,2

Как видно из приведенных данных отклонения измеренных значений от расчетных для измерений первого типа составляет единицы миллиметров в секунду, что свидетельствует о высокой точности измерений даже по сравнению со штатными измерительными российскими системами. Измерения второго типа, судя по отклонениям, имеют точность в несколько раз ниже. Однако эта точность также сопоставима с точностью российских измерительных систем. Такая относительно невысокая точность объясняется как неоднозначностью измерений максимума спектра РСДБ-отклика, так и недостаточным частотным разрешением используемом при их спектральном анализе. Тем не менее, методика получения нового типа измерений практически отлажена и будет постепенно совершенствоваться.

Теперь оценим точность определения ориентации оси вращения спутника "Космос-1366". Поскольку при РСДБ-локации использовался монохроматический узкополосный сигнал, то при корреляционной обработке, вводя сдвиг по времени между пунктами, находим максимум кросс-корреляционного сигнала и соответствующий временной сдвиг, т.е. совмещаем максимумы сигналов в двух пунктах. По временному сдвигу между пунктами каждой базовой линии получим информацию о направлении оси вращения объекта. Сдвиг максимума для трех баз относительно начальной точки отсчета t0=22:23:11 при наблюдении спутника "Космос 1366" составил -3.35 с для базы Медвежьи Озера - Ното, +1.65 с для базы Медвежьи Озера -Урумчи, 5.5 с для базы Ното - Урумчи (см. рис. 7б). Данный факт указывает на то, что максимум отраженного сигнала последовательно проходит через три приемных пункта. Это обстоятельство позволяет провести расчет направления оси вращения лоцируемого объекта в предположении, что ориентировочно известны средняя дальность Rср до спутника, его координаты и период вращения Твр.

Для конфигурации системы "спутник-РСДБ-сеть" рассчитываются величины проекций баз на картинную плоскость источника, т.е. на UV-плоскость (см. рис. 10). Для объекта "Космос-1366" величины проекций баз для трех пунктов приема получились равными: В(МО-У)=3372км, В(МО-Н)= 2670км, В(Н-У)=5694км.

  

Рис. 10. Проекции базовых линий РСДБ-локатора на UV-плоскость.

Скорость движения "пятна" диаграммы рассеяния по Земле определяется как:

Время, за которое "пятно" дойдет от одного приемного пункта до другого:

или для проекций баз на картинную плоскость:

где Bij0 - величина базовой линии между пунктами на картинной плоскости, Bij - проекция базы на направление движения "пятна", γij - угол между вектором базы и направлением движения "пятна" диаграммы рассеяния.

Для "треугольника" баз МО-Н-У получены следующие значения углов (рис. 10):

γ(МО-У)= 73°, γ(МО-Н)= 41°, γ(Н-У)= 55°.

При отсчете от направления линии базы Н-У значения углов равны 55.7°, 63° и 55°, т.е. среднее значение угла, под которым движется максимум сигнала относительно базы Н-У, равно 57,9° и определяется с максимальной ошибкой менее 3°, которая зависит, в основном, от погрешности определения временных задержек появления максимума сигнала на пунктах. Вектор оси вращения аппарата направлен перпендикулярно этой линии. Развитие данной методики позволит получить более полные сведения о параметрах вращения исследуемых объектов.
Заключение.

За период 1999-2005 гг. наработана методическая, аппаратурная и программная база РСДБ-локации. В рамках проекта LFVN создан новый научный инструмент РСДБ-локатор, предназначенный для исследования тел Солнечной системы. Отработано получение прецизионных измерений Доплера и частот интерференции по эхо-сигналам объектов космического мусора и планет. Первые доплеровские измерения получены для сближающегося с Землей астероида. 2004ХР14 пролетел на расстоянии 430000 км и его успешная локация была организована почти одновременно из Голдстоуна на длине волны 3,6 см и Евпатории. Результаты обработки эхо-сигналов представлены на рис. 11.

РСДБ-локатор сети LFVN уже может быть использован для регулярных измерений. Ввиду высокой точности получаемых данных РСДБ-локация должна применяться для уточнения прогноза опасных сближений космических объектов с работающими спутниками. В ближайших планах освоение измерений дальности с зондирующим ЛЧМ-сигналом. В 2007 г. будет продолжена отработка метода для получения высокоточных эфемерид планет земной группы, что должно найти свое приложение в рамках космического проекта "Фобос-грунт".

  

Рис. 11.
Спектр мощности результата автокорреляции эха астероида 2004ХР14, принятого на пункте Калязин при его локации из пункта Евпатория 3.07.2006 г.;
спектрограммы для двух последовательных по времени участков корреляционного сигнала на базовой линии Голдстоун-Евпатория для эхо-сигнала астероида 2004ХР14, 3.07.2006 г.

В 2003-2006 гг. проводился поэтапный переход LFVN на новый тип РСДБ-регистратора NRTV (near-real time VLBI) [10], позволяющего записывать данные в полосе до 48 МГц на жесткий диск компьютера, а затем передавать их в центр обработки через Интернет. NRTV-терминал был разработан при поддержке ИНТАС-2001-0669 и в настоящий момент стоит на 6 радиотелескопах LFVN. В 2006 г. коррелятор НИРФИ-3 в Нижнем Новгороде был модернизирован под NRTV-формат (спектры сигналов, представленные на рис. 2б, 5а, 11а получены по NRTV-данным). Организованы пионерские российские эксперименты по РСДБ в квази-реальном времени через Интернет (в 2007 г. планируется завершить отработку РСДБ-техники квази-реального времени).

Кроме того, эксперименты по РСДБ-локации инициировали проект научной сети оптических телескопов ПулКОН (Пулковская кооперация оптических наблюдателей) [11]. Одной из задач ПулКОН является наблюдение космических объектов из перечня радиолокационных целей для уточнения их эфемерид.

Авторы выражают благодарность всем сотрудникам радиотелескопов и оптических обсерваторий, участвовавших в этих работах.

Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ (грант №05-02-16838-а).
Литература:

  1. Молотов И.Е. Проект "Низкочастотная РСДБ-сеть LFVN": история и первые результаты. "Известия Главной астрономической обсерватории в Пулкове" № 216, 2002 г. стр. 457-470
  2. Molotov I., Dementiev A., Antipenko A., Nechaeva M., Konovalenko A., Falkovich I., Gorshenkov Yu. Et al. International Low-Frequency Very-Long-Baseline Interferometry Network Project Milestones. Astronomical and Astrophysical Transactions, Vol. 22, Nos. 4-5, August-October 2003, pp. 743-752.
  3. Пушкарев А.Б., Ковалев Ю.Ю., Молотов И.Е., Нечаева М.Б., Горшенков Ю.Н., Туккари Дж, Стангелини К., Хонг Ш., Куик Дж., Доугхерти Ш., Лю Ш. Квазиодновременные наблюдения активных ядер галактик с помощью РСДБ и на РАТАН-600. Астрономический журнал, 2004, том 81, № 11, стр. 988-997.
  4. Pushkarev A., Kovalev Y. Y., Molotov I., Tuccari G., Hong X., Quick J., Dougherty S., Shanks R., Liu X., Kovalenko A. BL Lac Objects and Quasars in Global S2 18 cm VLBI Experiment. Baltic Astronomy, Vol. 14, p. 395-398, 2005
  5. Nechaeva M.B., Gavrilenko V.G., Gorshenkov Yu.N., Lipatov B.N., Liu Xiang, Molotov I.E., Pushkarev A.B., Shanks R. VLBI-observations of Solar Wind Plasma by the method of radio raying; theory and experiments. Multi-Wavelength Investigations of Solar Activity, IAU Symposium, No. 223. Saint Petersburg, Russia, June 14-19, 2004, Cambridge University Press, p.655-656.
  6. Молотов И.Е., Вольвач А.Е., Коноваленко А.А., Фалькович И.С., Литвиненко Л.Н., Негода А.А., Федоров О.П., Липатов Б.Н., Горшенков Ю.Н., Агапов В.М., Туккари Дж., Лю Ш. Международные эксперименты по исследованию околоземных объектов с помощью метода РСДБ-локации. Космическая наука и технология, т.10, №2/3, 2004, стр. 87-92.
  7. Molotov I., Konovalenko A., Agapov V., Gorshenkov Yu., Falkovich I., Stepaniants V., Dementiev A., Antipenko A., Nechaeva M., Volvach A., Pushkarev A. et al. Radar interferometer measurements of space debris using the Evpatoria RT-70 transmitter. Advances in Space Research, Volume 34, Issue 5, 2004, Pages 884-891.
  8. Margot, J.L., M.C. Nolan, Radar Interferometric Imaging of Near-Earth Asteroids, American Astronomical Society, DPS meeting #31, #20.02, 1999.
  9. Антипенко А.А., Дементьев А.Ф., Князев Н.А., Липатов Б.Н., Молотов И.Е., Нечаева М.Б., Резникова В.Э., Окмянский В.А. Система обработки MARK-2 с высоким временным разрешением для низкочастотной РСДБ-сети LFVN. Всероссийская астрономическая конференция. Тезисы заявленных докладов. - СПб.: НИИХ СПбГУ, 2001, стр. 7.
  10. Tuccari G., Molotov I., Buttacio S., Gorshenkov Yu., Liu X., Hong X., Nechaeva M., Nicotra G., Volvach A.. E-LFVN - An Internet Based VLBI Network. Proceedings of the 3rd e-VLBI Workshop, Makuhari, October 6-7, 2004. International VLBI Service for Geodesy and Astrometry, NICT Technology Development Center News No. 25, November 2004, National Institute of Information and Communications Technology, Tokio, Japan, p. 59 - 63.
  11. Molotov I. Pulkovo cooperation of optical observers. Programme&Abstracts of Fourth European Conference on Space Debris, ESOC, Darmstadt, Germany, 18-20 April, 2005, ESA Publication Division, p.173

Размещен 19 октября 2006.
Главная Новости ПулКОН РСДБ Обсерватории Публикации About us Контакт

Рейтинг@Mail.ru