Приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения

Представлены характеристики, схемные решения и результаты тестов приемника с высоким временным разрешением, предназначенного для исследования радиоизлучения пульсаров и других быстропеременных радиоисточников. Выбрана двухканальная структура построения приемника, что обеспечивает широкие возможности...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2007
Hauptverfasser:	Захаренко, В.В., Николаенко, В.С., Ульянов, О.М., Мотиенко, Р.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Радіоастрономічний інститут НАН України 2007
Schlagworte:	Радиоастрономия и астрофизика
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/8377
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения / В.В. Захаренко, В.С. Николаенко, О.М. Ульянов, Р.А. Мотиенко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2007. — Т. 12, № 3. — С. 233-241. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-8377
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-83772010-05-26T12:00:58Z Приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения Захаренко, В.В. Николаенко, В.С. Ульянов, О.М. Мотиенко, Р.А. Радиоастрономия и астрофизика Представлены характеристики, схемные решения и результаты тестов приемника с высоким временным разрешением, предназначенного для исследования радиоизлучения пульсаров и других быстропеременных радиоисточников. Выбрана двухканальная структура построения приемника, что обеспечивает широкие возможности при регистрации и обработке зарегистрированных данных. При потоке данных до 28 Мб/с приемник способен вести непрерывную запись без пропусков информации. Объем такой записи ограничивается только свободным дисковым пространством. Использование нескольких синтезаторов частоты позволяет независимо устанавливать частотный диапазон каждого канала. Ширина полосы каждого канала может выбираться в диапазоне 2÷7 МГц. Регулировка усиления превышает 40 дБ и независима в каждом канале. В приемнике обеспечена частотная и временная привязка записываемых данных к опорным сигналам стандартов частоты и времени. Измерительные элементы приемника позволяют контролировать частоты всех синтезаторов, уровень входного сигнала и разность амплитуд и фаз между каналами. Наводяться характеристики, схеми та результати тестів приймача з високим часовим розділенням, розробленого для дослідження радіовипромінювання пульсарів та інших швидкозмінних радіоджерел. Обрано двоканальну структуру конструкції приймача, що забезпечує широкий вибір можливостей у обробці даних. З потоком даних до 28 Мб/с приймач здатен на безперервний запис без втрати інформації. Обсяг такого запису обмежується лише вільним дисковим простором. Використання декількох синтезаторів частоти дозволяє незалежно встановлювати частотний діапазон кожного каналу. Смуга кожного каналу може вибиратися в діапазоні 2÷7 МГц. Регулювання підсилення перевищує 40 дБ і є незалежним у кожному каналі. У приймачі забезпечується частотна та часова прив’язка записуваних даних до опорних сигналів стандартів частоти та часу. Вимірювальні елементи приймача дозволяють контролювати частоти всіх синтезаторів, вхідний рівень сигналу та різницю амплітуд і фаз між каналами. The performance, schematics and test data of a high time resolution receiver designed to record radio emission from pulsars and other fast changing radiosources are shown. A two-channel structure of the receiver provides high data recording and processing potential. For the data stream to 28 Mb/s, the receiver can record continuously without data loss. The content of such recording is limited only by free HDD space. Using several frequency synthesizers allows to independently set up the frequency range for each channel. The channel bandwidth can be chosen within 2 and 7 MHz. Gain control exceeds 40 dB and is independent for each channel. Input data are bound to the reference signals of frequency and time standards. The receiver measuring units allow controlling the frequencies of all synthesizers, the input level, and amplitude and phase difference between channels. 2007 Article Приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения / В.В. Захаренко, В.С. Николаенко, О.М. Ульянов, Р.А. Мотиенко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2007. — Т. 12, № 3. — С. 233-241. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 1027-9636 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/8377 524.354.4 + 520.272 ru Радіоастрономічний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Радиоастрономия и астрофизика Радиоастрономия и астрофизика
spellingShingle	Радиоастрономия и астрофизика Радиоастрономия и астрофизика Захаренко, В.В. Николаенко, В.С. Ульянов, О.М. Мотиенко, Р.А. Приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения
description	Представлены характеристики, схемные решения и результаты тестов приемника с высоким временным разрешением, предназначенного для исследования радиоизлучения пульсаров и других быстропеременных радиоисточников. Выбрана двухканальная структура построения приемника, что обеспечивает широкие возможности при регистрации и обработке зарегистрированных данных. При потоке данных до 28 Мб/с приемник способен вести непрерывную запись без пропусков информации. Объем такой записи ограничивается только свободным дисковым пространством. Использование нескольких синтезаторов частоты позволяет независимо устанавливать частотный диапазон каждого канала. Ширина полосы каждого канала может выбираться в диапазоне 2÷7 МГц. Регулировка усиления превышает 40 дБ и независима в каждом канале. В приемнике обеспечена частотная и временная привязка записываемых данных к опорным сигналам стандартов частоты и времени. Измерительные элементы приемника позволяют контролировать частоты всех синтезаторов, уровень входного сигнала и разность амплитуд и фаз между каналами.
format	Article
author	Захаренко, В.В. Николаенко, В.С. Ульянов, О.М. Мотиенко, Р.А.
author_facet	Захаренко, В.В. Николаенко, В.С. Ульянов, О.М. Мотиенко, Р.А.
author_sort	Захаренко, В.В.
title	Приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения
title_short	Приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения
title_full	Приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения
title_fullStr	Приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения
title_full_unstemmed	Приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения
title_sort	приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения
publisher	Радіоастрономічний інститут НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Радиоастрономия и астрофизика
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/8377
citation_txt	Приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения / В.В. Захаренко, В.С. Николаенко, О.М. Ульянов, Р.А. Мотиенко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2007. — Т. 12, № 3. — С. 233-241. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT zaharenkovv priemniksvysokimvremennymrazrešeniemdlâissledovaniâradioizlučeniâ AT nikolaenkovs priemniksvysokimvremennymrazrešeniemdlâissledovaniâradioizlučeniâ AT ulʹânovom priemniksvysokimvremennymrazrešeniemdlâissledovaniâradioizlučeniâ AT motienkora priemniksvysokimvremennymrazrešeniemdlâissledovaniâradioizlučeniâ
first_indexed	2025-07-02T11:04:04Z
last_indexed	2025-07-02T11:04:04Z
_version_	1836532886102081536
fulltext	Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3, с. 233-241 © В. В. Захаренко, В. С. Николаенко, О. М. Ульянов, Р. А. Мотиенко, 2007 УДК 524.354.4 + 520.272 Приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения В. В. Захаренко, В. С. Николаенко, О. М. Ульянов, Р. А. Мотиенко Радиоастрономический институт НАН Украины, ул. Краснознаменная, 4, г. Харьков, 61002, Украина E-mail: zakhar@rian.kharkov.ua Статья поступила в редакцию 5 июня 2007 г. Представлены характеристики, схемные решения и результаты тестов приемника с высо- ким временным разрешением, предназначенного для исследования радиоизлучения пульса- ров и других быстропеременных радиоисточников. Выбрана двухканальная структура пост- роения приемника, что обеспечивает широкие возможности при регистрации и обработке зарегистрированных данных. При потоке данных до 28 Мб/с приемник способен вести не- прерывную запись без пропусков информации. Объем такой записи ограничивается только свободным дисковым пространством. Использование нескольких синтезаторов частоты позволяет независимо устанавливать частотный диапазон каждого канала. Ширина полосы каждого канала может выбираться в диапазоне 2 7÷ МГц. Регулировка усиления превыша- ет 40 дБ и независима в каждом канале. В приемнике обеспечена частотная и временная привязка записываемых данных к опорным сигналам стандартов частоты и времени. Изме- рительные элементы приемника позволяют контролировать частоты всех синтезаторов, уро- вень входного сигнала и разность амплитуд и фаз между каналами. Введение Для исследования нестационарных яв- лений в радиоизлучении пульсаров (суб- импульсов, гигантских импульсов, микро- структуры и т. п.) необходимо высокое временное разрешение. В наиболее низко- частотном (доступном для наблюдений с Земли) декаметровом диапазоне возни- кают серьезные трудности, связанные с эф- фектами рассеяния и дисперсионной задер- жки импульса при распространении в меж- звездной среде, приводящими к уширению импульсного сигнала. Частотная зависи- мость дисперсионной задержки момента прихода импульса известна хорошо и вы- полняется с высокой точностью во всем ра- диодиапазоне, доступном для земных из- мерений. В спектральных приемниках (цифровых приемниках с вычислением спектра в реальном времени или фильтро- вых анализаторах) временное разрешение обусловлено уширением импульса в полосе частот парциального канала. Расчет пока- зывает, что при спектральном разрешении 1f∆ = кГц на частоте приема 20 МГц им- пульсы от ближайших пульсаров, имеющих минимальные меры дисперсии (~ 3 пк/см3), будут характеризоваться временем группо- вого запаздывания между соседними спек- тральными составляющими ~1dτ мс (см. например [1]). Такой предел временного разрешения уже достигнут в наблюдениях с использованием детекторных приемни- ков. С другой стороны, соотношение сиг- нал/шум, пропорциональное 1 2( ) ,F∆ τ свя- зано с общей шириной полосы F∆ и по- стоянной интегрирования τ, которая дол- жна быть минимальна для достижения вы- В. В. Захаренко, В. С. Николаенко, О. М. Ульянов, Р. А. Мотиенко 234 Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3 сокого временного разрешения. Таким об- разом, общая полоса, а значит, и чувстви- тельность, ограничены частотным разреше- нием, определенным из условий получения требуемого временного разрешения, и ко- личеством частотных каналов. Принципиальное улучшение времен- ного разрешения достигается при доде- текторном устранении влияния диспер- сии [2]. Эта методика хорошо известна и широко применяется на высоких частотах (COBRA, обсерватория Джодрэл Бэнк [3]; CPSR2, обсерватория ATNF; ASP, обсер- ватории Аресибо и Грин Бэнк; GASP, Грин Бэнк). Если аналоговая часть приемника для работы в условиях высокого уровня помех (усилители, смесители и т. п.) отработана в аппаратуре, разрабатываемой в РИ НАН Украины для радиотелескопа УТР-2 и радиотелескопов системы УРАН [4-6], то цифровая часть, до недавнего време- ни, не позволяла записывать и хранить большие объемы информации. Но с раз- витием компьютерных технологий хране- ния и высокоскоростной передачи данных появились широкие возможности для ре- гистрации больших объемов информации. Опыт использования приемников с вы- соким временным разрешением в метро- вом и декаметровом диапазонах показал эффективность применения широкополос- ной записи [7, 8]. Однако существующие приемники с высокоскоростной записью – до нескольких гигабит в секунду [9, 10], разрабатывались для менее пораженных помехами диапазонов, чем декаметровый. Поэтому они имеют недостаточный дина- мический диапазон (10 25÷ дБ). Для обработки и последующего опре- деления характеристик принятого излуче- ния основным преимуществом регистра- ции сигнала промежуточной частоты яв- ляется то, что он может быть записан без внесения каких-либо искажений. Действи- тельно, вычисление как динамических спектров, так и додетекторное дедиспер- гирование в реальном времени сразу под- вергает сигнал предварительной обработке и ухудшает или временное, или частотное разрешение, связанные с выбранными па- раметрами регистрации. Запись исходных данных с высоким временным разрешени- ем дает возможность использовать их при решении различного типа задач – от реги- страции микроструктуры и поиска различ- ных короткопериодических явлений [11] до получения среднего профиля пульсаров – с любым частотным и временным разреше- нием в пределах времени записи и прини- маемого частотного диапазона. Поскольку ценность первичных данных весьма высока, следует искать оптималь- ное соотношение между допустимым ди- намическим диапазоном и увеличением времени записи при ограниченном (из-за объема носителей) объеме хранимой ин- формации. Основные требования к приемнику Изложенные соображения диктуют не- обходимость разработки простого, легко воспроизводимого приемника с достаточ- ной помехоустойчивостью, надежностью и удобством в использовании. Как отмечалось выше, компенсировать дисперсию можно как в режиме реального времени, так и после записи. Преимуще- ства первого режима неоспоримы, так как выходной поток данных снижается на по- рядки без потери временного разрешения (при этом ухудшается частотное разреше- ние). Но в декаметровом диапазоне длин волн скорость обработки входного потока данных пока не дает возможности исполь- зовать режим реального времени. Это свя- зано с тем, что дисперсионная задержка увеличивается пропорционально ширине полосы записи и обратно пропорциональ- но кубу центральной частоты. Обработка записанного сигнала предъявляет гораздо меньшие требования к быстродействию соответствующего программного обеспе- чения, но нуждается в точной временной синхронизации и надежном контроле за- писи данных. В данной разработке выбран Приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения 235Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3 режим высокоскоростной записи с после- дующей обработкой. Таким образом, основными требова- ниями являются запись данных без невос- становимых потерь и разрывов, высокая чувствительность, достаточный динамичес- кий диапазон, синхронизация входного потока данных со службой времени между- народно признанного стандарта Global Position System – GPS. Приемник должен иметь независимую настройку каналов, контроль работоспособности отдельных узлов и прибора в целом. Функциональные особенности С учетом изложенных выше требова- ний был разработан и изготовлен прием- ник, в котором использована широко рас- пространенная схема с частотой гетероди- на выше принимаемой полосы частот (16 30÷ МГц) и промежуточной частоты в области 6 14÷ МГц. Двухканальная струк- тура с независимыми гетеродинами обес- печивает следующие режимы работы: – раздельная запись сигналов в два ка- нала; – изменение ширины полосы регистра- ции в каждом канале; – расширение полосы за счет настройки гетеродинов на смежные или разнесенные полосы. Первый режим используется для реги- страции сигналов от двух антенн, напри- мер антенн “Север-Юг” и “Запад-Восток” (радиотелескоп УТР-2). С его помощью можно обеспечить суммирование и/или пе- ремножение сигналов для получения каран- дашной, суммарной или разностной диаг- раммы направленности. Двухканальный ре- жим также можно использовать для раз- дельной записи сигналов двух поляризаций с целью последующего определения их по- ляризационных параметров. Второй режим можно применять, когда по условиям зада- чи требуется уменьшить или увеличить по- лосу. Третий режим рационально исполь- зовать, когда необходимо расширить час- тотный диапазон за счет сдвига частот гетеродинов одного канала по отношению к частотам другого. Это удваивает эффек- тивную ширину полосы приема. Гибкость структуры обеспечивается также выбором платы связи с персональ- ным компьютером. Кроме необходимого высокоскоростного буфера, на плате вво- да может быть установлен внутренний ана- лого-цифровой преобразователь (АЦП). Од- нако использование внешнего, по отноше- нию к плате ввода, АЦП представляется предпочтительным по двум причинам: для обеспечения тщательной экранировки вход- ного аналогового сигнала от цифровых по- мех, а также из-за дополнительных возмож- ностей работы с цифровым потоком. Применяемая плата цифрового ввода может работать в режимах 2 16,× 2 8,× 2 4× бит и с соответствующим интерфей- сом 2 2× бит. Увеличение числа бит при оцифровке приводит к росту динамичес- кого диапазона. Уменьшение количества бит при том же выходном цифровом пото- ке, например с 8-ми до 4-х или 2-х, позво- ляет в 2 или 4 раза расширить полосу вход- ного сигнала, что приводит в итоге к по- вышению чувствительности. Оптимальное количество уровней оцифровки при иссле- дованиях нестационарного стохастическо- го сигнала, каким является радиоизлучение пульсаров, анализировалось достаточно подробно (см., например, [12]). В качестве вывода следует отметить, что 2 – 4-битная оцифровка при соответствующей последу- ющей обработке при отсутствии помех вполне допустима. Кроме того, при работе с цифровым потоком появляются дополни- тельные возможности для синхронизации. Простые схемы логики позволяют ввести в цифровой поток метки времени, разделен- ные с данными по коду. Следующей особенностью приемника является унификация синтезаторов (синтеза- торы 1, 2, 3), которые используются соответ- ственно как гетеродины, тестовые генерато- ры и генераторы тактовых сигналов. Для всех трех случаев применена схема синтезатора на основе схемы прямого цифрового синтеза. В. В. Захаренко, В. С. Николаенко, О. М. Ульянов, Р. А. Мотиенко 236 Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3 Это позволило обеспечить дополнительную гибкость системы за счет возможности из- менения конфигурации и введения резер- вирования. В режиме записи синтезаторы 1 и 2 используются в качестве гетеродинов первого и второго каналов, а синтезатор 3 – как тактовый генератор АЦП. Проверку амплитудных и фазовых ха- рактеристик обоих каналов можно произ- водить как встроенным генератором шума, так и по частотным точкам, подав сигнал от синтезатора 1 на оба канала, а от синте- затора 2 – на выход приемника в качестве тестового генератора для проверки рабо- тоспособности и калибровки внешних це- пей телескопа. Структура и параметры Приемник состоит из двух идентичных каналов, блока синтезаторов и блока кон- троля. Блок-схема одного из каналов при- ведена на рис. 1. Полоса входного фильт- ра равна 16 30÷ МГц. Управление усиле- нием двух каналов осуществляется незави- симо. Входной усилитель состоит из двух каскадов: транзисторного, по схеме Нор- тона [13] с высоким динамическим диапа- зоном и высокой чувствительностью, и мик- росхемы (МС) THS9001 [14], также с вы- соким динамическим диапазоном и шум- фактором, не превышающим 3.5 дБ. От- носительно высокий коэффициент усиле- ния выбран из-за большого шумфактора смесителя на МС AD8343 [15]. Однако па- раметры смесителя – относительно высокая линейность и низкий уровень просачивания как входного сигнала, так и сигнала от ге- теродина – оправдывают применение этой микросхемы. Далее сигнал преобразуется к частотному диапазону 0 14÷ МГц, где фильтром основной селекции выделяется требуемая полоса регистрации. При разра- ботке планировалось, что ширина полосы фильтра промежуточной частоты (ПЧ) по уровню – 20 дБ и верхняя частота в регис- трируемом спектре будут не менее 2 МГц. После проведения предварительных испы- таний по записи цифрового потока оказа- лось, что полоса ПЧ может быть расшире- на до 7 МГц при 8-битной оцифровке. При замене модуля фильтра ПЧ приемник мо- жет быть настроен на новую полосу. Для фильтрации зеркального канала первого преобразования должно выполняться усло- вие: нижний срез полосы фильтра ПЧ дол- жен быть не ниже 6 МГц. После усилителя с управляемым коэффи- циентом усиления сигналы дополнительно фильтруются для подавления внеполосных Рис. 1. Блок-схема одного канала приемника: Hf , Bf – нижняя и верхняя частоты диапазона; ПЧf , ПЧf∆ и АЦПf , АЦПf∆ – центральная частота и ширина полосы фильтра промежуточной частоты и фильтра дополнительной селекции перед АЦП соответственно; N – шумфактор, G –коэффициент усиления и 21D – динамический диапазон по интермодуляциям 3-го порядка узлов приемника Приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения 237Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3 помех и шумов перед АЦП (МС AD9203). После АЦП в цифровой поток вводятся временные метки: секундные (1–2 отсчета), 10-секундные (4–5 отсчетов) и минутные (7–8 отсчетов) – количество отсчетов зави- сит от соотношения переменной частоты тактирования АЦП и постоянной частоты генератора меток времени. Наложение временных меток на поток данных (с разделением по коду) выбрано из соображений удобства работы с файлами длиной 2 ,N где N – целое число. Потери данных при этом составляют менее 74 10 .−⋅ При необходимости этот режим может быть отключен. Данные центрируются от- носительно кода “128” и располагаются в диапазоне “1” “255”,− код времени “0” в данных является запрещенным. Форми- рователь меток обеспечивает привязку к фронту входного сигнала секунды с точ- ностью не хуже 50 нс. Сигналы старта преобразования АЦП и строба записи в цифровую плату ввода (PCI-1755 [16]) формируются из сигнала синтезатора 3, но сдвинуты друг относи- тельно друга на полпериода. Это дает воз- можность записывать данные после завер- шения переходных процессов в линиях передачи. Запись на диск производится под управлением специально разработанного программного обеспечения. Предусмотрена возможность оперативного контроля цело- стности записи и фрагментации ее на файлы длиной 128 N в мегабайтах. В зависимости от характеристик компьютера максималь- ная скорость записи без потерь данных может колебаться от 20 до 40 Мб/с. Функциональная схема блока синтезато- ров приведена на рис. 2. Он включает в себя кварцевый фильтр 5 МГц (полоса 200 Гц) для очистки опорного сигнала от помех, одночастотный PLL-синтезатор (phase loc- ked loop – фазовая автоподстройка частоты) на основе МС AD4001 и МС AD820, кото- рый программируется на частоту 180 МГц. Эта частота является задающей для трех синтезаторов на основе микросхем прямо- го цифрового синтеза AD9851. Установка частоты производится с помощью процес- сора, находящегося в блоке управления и контроля (рис. 3). Кроме того, в функ- ции процессора (МС ADuC832) входит уп- равление усилением двух каналов и оциф- ровка напряжений измерительных микро- схем разности фаз и амплитуд (МС AD8302) и измерителя мощности первого канала (логарифмический усилитель с детектором МС AD8310). Предусмотрен также преска- Рис. 2. Блок-схема модуля синтезаторов: 0f , f ,∆ – центральная частота и ширина полосы кварцевого фильтра 5 МГц; Σ – устройство деления сигнала опорной частоты для синтезаторов В. В. Захаренко, В. С. Николаенко, О. М. Ульянов, Р. А. Мотиенко 238 Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3 лер для измерения частот синтезаторов процессором ADuC832. Управляющие сиг- налы на процессор могут приходить как от персонального компьютера (через пос- ледовательный интерфейс RS232), так и от установленной на передней панели при- емника клавиатуры, совмещенной с инди- катором. Перед началом записи устанавливают- ся следующие параметры: частоты синтезаторов – от 1.000 до 70.000 МГц; коэффициенты усиления каналов – от 0.100 до 43.000 дБ. По запросу с клавиатуры на индикатор выводятся: измеренные частотомером частоты син- тезаторов; измеренная разность фаз каналов с точ- ностью до 0.1 ;° измеренная разность амплитуд с точно- стью до 0.1 дБ; измеренный уровень сигнала в первом канале перед входом АЦП с точностью до 0.1 дБ относительно некоторого опор- ного уровня. Для проверки работоспособности и па- раметров приемника разработана плата шумового генератора на основе стабилит- рона КС527А, который хорошо зареко- мендовал себя в подобных схемах на ра- диотелескопе УТР-2 и в системе УРАН. Основные параметры приемника приве- дены в таблице. При проведении наблюдений в более высокочастотных диапазонах (метровом, дециметровом) приемник может быть под- ключен к выходу промежуточной частоты тракта радиотелескопа. Для подключения используется смеситель, аналогичный входному. Единственным отличием явля- ется входной фильтр и дополнительный внешний синтезатор. Точная синхронизация – в пределах од- ной минуты – обеспечивается блоком вре- менных меток. Более грубая установка вре- мени осуществляется с помощью часов регистрирующего компьютера. Рис. 3. Блок-схема элементов управления и контроля: A∆ – отношение амплитуд, ∆φ – разность фаз между каналами Приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения 239Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3 Тестирование Проверка параметров приемника прово- дилась в лабораторных условиях и в усло- виях реального уровня помех на радиоте- лескопе УТР-2. Она включала тестирова- ние амплитудно-частотных характеристик, шумфактора, помехоустойчивости прием- ника по реальным сигналам, стабильнос- ти амплитудных и фазовых характеристик во времени, точности временной привязки и целостности записи данных. Сквозные амплитудно-частотные харак- теристики зависят от фильтра основной селекции. Например, полоса приемника с наиболее часто используемым фильтром составляет: по уровню – 3 дБ – 2 МГц, по уровню – 6 дБ – 2.4 МГц, по уровню – 20 дБ – 2.95 МГц. Шум-фактор приемника равен 2.5 дБ. Ди- намический диапазон в полосе 16 30÷ МГц, но вне полосы приема, превышает 72 дБ. В полосе приема динамический диапазон оп- ределяется, в конечном итоге, количеством бит при регистрации. Проведенные тесты показывают, что в диапазоне 16 22÷ МГц при 8-битной оцифровке влияние мощных помех критично только в дневное время. В верхней части рабочего диапазона поме- хоустойчивость прибора обеспечивает круг- лосуточные наблюдения. Это дает основа- ния не увеличивать динамический диапазон цифрового сигнала. Проверка стабильно- сти параметров производилась путем срав- нения калибровок, записанных как в тече- ние одного сеанса, так и в разные сессии измерений. Максимальные среднеквадра- тичные отклонения составляли 3° по фазе и 0.2 дБ по амплитуде. Правильность записи данных была про- верена сравнением входного (тестового) и записанного цифрового сигналов. При подключении на входы PCI-1755 низкоом- ных нагрузок, предусмотренных в плате для повышения помехоустойчивости, на масси- ве более 200 Гб не обнаружено ни одного сбоя. Проверка проводилась в автоматичес- ком режиме. Проведенные тесты показали также надежность работы аппаратно-программ- ного контроля потерь данных. Появление флага “overwrite” (обеспечивается прила- гаемым ПО к плате PCI-1755) – попытка записи в неосвобожденный вторичный буфер – означает потерю данных. Конт- роль этого флага во время записи позво- ляет судить о целостности данных. При наиболее часто используемой скорости записи 11.8 Мб/с не было ни одной потери данных при суммарном объеме записей более 3 Тб. С октября 2006 г. приемник успешно используется в регулярных наблюдениях пульсаров на различных радиотелескопах, таких, как крупнейший телескоп декамет- рового диапазона УТР-2 (пос. Граково, Харьковская обл.), крупнейший поляри- метр того же диапазона УРАН-2 (с. Степа- новка, Полтавская обл.) и один из самых крупных радиотелескопов дециметрового и сантиметрового диапазонов РТ-70 (г. Ев- патория). Таблица. Основные параметры приемника Параметры Значения Полоса частот, МГц 16 30÷ Ширина полосы принимаемых сигналов на канал, МГц 2 7÷ Диапазон частот перестройки синтезаторов, МГц 1 70÷ Шаг перестройки синтезаторов, Гц 0.042 Динамический диапазон (по аналоговому сигналу), дБ 72> Диапазон регулировки усиления, дБ 22.1 60÷ Шумфактор, дБ 2.5 Диапазон выходных цифровых сигналов, бит 8, 4 Поток данных в непрерывном режиме, Мб/с до 28 В. В. Захаренко, В. С. Николаенко, О. М. Ульянов, Р. А. Мотиенко 240 Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3 Перспективы Благодаря отработанным схемным реше- ниям, малым затратам и простоте в произ- водстве, планируется изготовление и уста- новка нескольких таких приемников на раз- личных телескопах, работающих в диапазо- не от 10 МГц до 30 ГГц. Удобный формат записи и очень малый объем потерь данных при устойчивой синхронизации дает воз- можность проводить одновременные изме- рения в интерференционном или многочас- тотном режимах. Доработка программного обеспечения и замена фильтров позволят расширить полосу принимаемых сигналов, а значит, и чувствительность, что очень важ- но для гигагерцового диапазона. Кроме того, то обстоятельство, что на высоких частотах дисперсионные задержки для близких пуль- саров достаточно малы, дает возможность использовать не непрерывный, а блочный режим записи для уменьшения объема реги- стрируемой информации. При синхрониза- ции записываемых блоков с периодом пуль- сара информация об импульсе будет сох- ранена полностью. Плата связи позволяет в кратковременном режиме поднимать ско- рость до 130 Мб/с. Поэтому блочная пере- дача данных при 4-битном кодировании даст возможность расширить суммарную по- лосу по 2 каналам до 130 МГц, а при 2-бит- ном – до 260 МГц. Это позволит дополни- тельно увеличить временное и частотное разрешение, а также чувствительность, что весьма полезно для высокочастотного диа- пазона. Авторы выражают благодарность INTAS и Министерству образования и науки Украи- ны (гранты: INTAS 99-0183, INTAS 03-5727, контракты: МОНУ №2М/729-2001 и № Ф8/ 343-2004), поддержкой которых обеспечено выполнение этой работы. Литература 1. Taylor J. H., Manchester R. N., Lyne A. G. Cata- log of 558 pulsars // Astrophys. J. Suppl. – 1993. – Vol. 88, No. 2. – P. 529-568. 2. Hankins T. H. Microsecond intensity variation in the radio emission from CP0950 // Astro- phys. J. – 1971. – Vol. 169. – P. 487-494. 3. Joshi B. C., Lyne A. G., Kramer M. Next Genera- tion Software Based Instruments for Pulsar Astro- nomy // Bulletin of the Astronomical Society of In- dia. – 2003. – Vol. 31. – P. 237-242. 4. Abranin E. P., Bruck Yu. M., Zakharenko V. V., Konovalenko A. A. The New Preamplification System for the UTR-2 Radio Telescope. Part 1. Curcuit Analysis and Design // Experimental Astronomy. – 2001. – Vol. 11, No. 2. – P. 85-100. 5. Abranin E. P., Bruck Yu. M., Zakharenko V. V., Konovalenko A. A. The New Preamplification System for the UTR-2 Radio Telescope. Part 2. Implementation and Test Operation // Experi- mental Astronomy. – 2001. – No. 11. – P. 100-112. 6. Мень А. В., Шарыкин Н. К., Захаренко В. В., Булацен В. Г., Браженко А. И., Ващишин Р. В. Радиотелескоп декаметрового диапазона длин волн УРАН-2 // Радиофизика и радиоастроно- мия. – 2003. – Т.8, №4. – С. 345-354. 7. Popov V., Kuz’min A. D., Ul’yanov O. M., Desh- pande A. A., Ershov A. A., Zakharenko V. V., Kondrat’ev V. I., Kostyuk S. V., Losovskii B. Ya., and Soglasnov V. A. Instantaneous Radio Spectra of Giant Pulses from the Crab Pulsar from Deci- meter to Decameter Wavelengths // Astronomy Reports. – 2006. – Vol. 50, No. 7. – P. 562-568. 8. Ульянов О. М., Захаренко В. В., Конова- ленко А. А., Лекашо A., Розолен К., Рукер Х. О. Обнаружение индивидуальных импульсов пульсаров В0809+74; В0834+06; В0950+08; В0943+10; В1133+16 в декаметровом диапазо- не волн // Радиофизика и радиоастрономия. – 2006. – Т. 11, №2. – С. 113-133. 9. http://www.rri.res.in/~dspiral/ppr/hardware/ hardware.htm. 10. http://www.conduant.com/products/mark 5vlbi.html. 11. Cordes J. M., McLaughlin M. A. Searches for fast radio transients // Astrophys. J. – 2003. – Vol. 596. – P. 1142-1154. 12. Jenet F. A., Anderson S. B. The effects of digiti- zation on nonstationary stochastic signals with applications to pulsar signal baseband recording // Astronomical Society of the Pacific. – 1998. – Vol. 110. – P. 1467-1478. 13. Norton D. E. High Dynamic Range Transistor Amplifiers Using Lossless Feedback // Micro- wave J. – 1976. – May. – P. 53-56. 14. http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/ ths9001.html. 15. www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/ AD9851.pdf, AD8343.pdf и др. 16. http://www.advantech.com/products/Model_De- tail.asp?model_id=1-1TWQBC. Приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения 241Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3 Приймач з високим часовим розділенням для дослідження радіовипромінювання В. В. Захаренко, В. С. Ніколаєнко, О. М. Ульянов, Р. О. Мотієнко Наводяться характеристики, схеми та ре- зультати тестів приймача з високим часовим розділенням, розробленого для досліджен- ня радіовипромінювання пульсарів та інших швидкозмінних радіоджерел. Обрано двока- нальну структуру конструкції приймача, що забезпечує широкий вибір можливостей у обробці даних. З потоком даних до 28 Мб/с приймач здатен на безперервний запис без втрати інформації. Обсяг такого запису об- межується лише вільним дисковим просто- ром. Використання декількох синтезаторів частоти дозволяє незалежно встановлювати частотний діапазон кожного каналу. Смуга кожного каналу може вибиратися в діапа- зоні 2 7÷ МГц. Регулювання підсилення пе- ревищує 40 дБ і є незалежним у кожному каналі. У приймачі забезпечується частотна та часова прив’язка записуваних даних до опорних сигналів стандартів частоти та часу. Вимірювальні елементи приймача дозволя- ють контролювати частоти всіх синтеза- торів, вхідний рівень сигналу та різницю ам- плітуд і фаз між каналами. A High Time Resolution Receiver for Radio Emission Investigation V. V. Zakharenko, V. S. Nikolaenko, O. M. Ulyanov, and R. A. Motiyenko The performance, schematics and test data of a high time resolution receiver designed to record radio emission from pulsars and other fast changing radiosources are shown. A two-channel structure of the receiver pro- vides high data recording and processing potential. For the data stream to 28 Mb/s, the receiver can record continuously with- out data loss. The content of such recording is limited only by free HDD space. Using several frequency synthesizers allows to in- dependently set up the frequency range for each channel. The channel bandwidth can be chosen within 2 and 7 MHz. Gain control exceeds 40 dB and is independent for each channel. Input data are bound to the refer- ence signals of frequency and time standards. The receiver measuring units allow control- ling the frequencies of all synthesizers, the input level, and amplitude and phase differ- ence between channels.

Приемник с высоким временным разрешением для исследования радиоизлучения

Institution

Ähnliche Einträge