Использование фазовых динамических кросс-спектров для широкополосных радиоастрономических наблюдений: опыт применения на радиотелескопе УТР-2

Abstract

В радиоастрономии при обработке результатов наблюдений широко используют динамические спектры, которые характеризуют распределение суммарной мощности принимаемого излучения по времени и частоте. В статье описана методика обработки наблюдений, которая расширяет возможности такого частотно-временного анализа за счет привлечения информации о разности фаз между сигналами субантенн, сформированных в пределах антенной системы радиотелескопа. Фазовые динамические спектры – зависимость фазы взаимного спектра двух сигналов от времени и частоты – формируют путем интерферометрической обработки и затем используют совместно с традиционными динамическими спектрами мощности. Такая методика реализована на радиотелескопе УТР-2, где используется на протяжении нескольких лет для визуального обнаружения излучения, отбраковки мешающих сигналов, принимаемых по боковым лепесткам, а также для различения источников всплесков, наблюдаемых в пределах главного луча. Наличие двух пар антенн с неколлинеарными базами позволяет определять направления прихода излучения в каждой точке плоскости время–частота. Возможности методики применительно к различным типам излучения про иллюстрированы примерами обработки данных наблюдений Солнца, Сатурна и вспыхивающих звезд.

Dynamic spectra characterize the distribution of the total power of the received signal over time and frequency. They are widely used in radio astronomy in analysis of observations. The paper describes a method that expands capabilities of such a time-frequency analysis via utilization of the phase difference between signals from two subantennas which are formed within the entire radio telescope antenna system. Phase dynamic spectra – the phase of the cross-spectrum of two signals as function of time and frequency – are formed by interferometric processing. Then, they are used for analysis together with the traditional dynamic spectra of power. This technique was implemented at the UTR-2 radio telescope. It has been used there for several years for visual detection of radio emission, for recognition of the interfering signals arriving from the antenna side lobes, as well as for differentiation of radio bursts observed within the main beam. If two pairs of antennas with noncollinear baselines are available, then the direction of arrival can be measured at each point of the time–frequency domain from the two phase dymamic spectra. The efficiency of this technique is illustrated by its application to qualitatively different types of sporadic radio emisson – namely, the emission of the Sun, Saturn, and flare stars.

У радіоастрономії при обробці результатів спостережень широко використовують динамічні спектри, які характеризують розподіл сумарної потужності прийнятого випромінювання за часом і частотою. У статті описана методика обробки спостережень, яка збагачує можливості такого частотно-часового аналізу за рахунок залучення інформації про різниці фаз між сигналами субантен, сформованих в межах антенної системи радіотелескопа. Фазові динамічні спектри – залежність фази взаємного спектра двох сигналів від часу і частоти – формують шляхом інтерферометричної обробки, а потім використовують разом з традиційними динамічними спектрами потужності. Така методика реалізована на радіотелескопі УТР-2, де використовується впродовж декількох років для візуального виявлення випромінювання, відбракування заважаючих сигналів, прийнятих бічними пелюстками, а також для розрізнення джерел сплесків, що спостерігаються в межах головного променя. Наявність двох пар антен з неколінеарними базами дозволяє виміряти напрямок приходу випромінювання в кожній точці площини часчастота. Можливості методики стосовно різних типів випромінювання проілюстровано прикладами обробки даних спостережень Сонця, Сатурна та спалахуючих зірок.