1

Программно-аппаратный комплекс автоматизированного измерения параметров приемной системы

радиотелескопа РСДБ сети“Квазар-КВО”

Лавров А. С.

Институт прикладной астрономии РАН,

Санкт-Петербург

2

Введение

РСДБ сеть “Квазар-КВО” состоит из трех радиотелескопов РТ-32, расположенных в п. Светлое (Приозерский район Ленинградской области), вблизи станицы Зеленчукская (Карачаево-Черкесская республика) и урочище Бадары (Республика Бурятия).

4282 км

4405 км

2015 км

Географическое расположение обсерваторий и расстояния между ними.

3

Актуальность

Проблемы:

•Отсутствие автоматизации радиометрических наблюдений.

•Специфика инфраструктуры комплекса «Квазар-КВО» - одна команда специалистов, три радиотелескопа, располагающиеся на большом удалении от центра управления.

•Квалификация операторов - для диагностики неисправностей приемной системы требуется значительный опыт работы, профессиональные навыки.

Решение:

Необходимо создать программно-аппаратный комплекс, в основе которого - система управления приемной аппаратурой. Комплекс должен иметь функции автоматизированной компенсации (радиометрия), автоматизированных измерений параметров и диагностики аппаратуры приемной системы. Нужно предусмотреть возможность дистанционного доступа к функциям комплекса из центра управления в ИПА РАН (Санкт-Петербург).

4

Приемная система радиотелескопа

Центральныйуправляющий

компьютер

Операторская

Компрессорнаякабина

Надзеркальнаякабина

Около 200 м.

Около 60 м.

МКС 1

Приемник 1,35-II

Гетеродин 1,35 см

КПЧ

МКС 2

МКС 3

МКС 4

МКС 5МКС 6

Приемник 1,35-I

Приемник 3,5-IIГетеродин

3,5 см и 13 см

Приемник 3,5-I

Приемник 6,2-II

Гетеродин 6,2 см

Приемник 6,2-I Приемник

13-II

Приемник 13-I

Приемник 18-II

Гетеродин 18 см

Приемник 18-I

Состав приемной системы и расположение управляемых устройств

5

•Непосредственное сопряжение с центральным управляющим компьютером.

•Гибкая, расширяемая архитектура.

•Интеграция приемной системы в единую с точки зрения управления структуру.

•Минимизация количества кабелей и кабельных соединений.

•Повышение надежности за счет увеличения уровня интеграции.

•Наличие “интеллектуальных” функций защиты от сбоев.

•Универсальный протокол обмена данными. (До 127 устройств. 128 команд, 10 из которых - общие.)

Особенности системы управления

6

Архитектура системы управления

Трансивер

Автоматическийповторитель

Автоматическийповторитель

Устройство 1

Устройство N

Помещение 2

Ведущееустройство

Помещение 1

Автоматическийповторитель

Устройство N+1

Устройство K

Помещение 3

Архитектура системы управления 127 KN

7

Устройство и принцип работы

Блоквключения

ДистрибьюторМонитор

температуры

ПУ МКСПУ МКС

ПУ МКСПУ МКС

ПУ МКСПУ МКС

Блок связиБлок связи

Блок связиБлок связи

Блок связиБлок связи

Блок связиБлок связи

Блок связиБлок связи

Монитортемпературы

Блок управления гетеродином и ГПИБлок управления гетеродином и ГПИ

Блок управления гетеродином и ГПИБлок управления гетеродином и ГПИ

КПЧ

Центральныйуправляющий

компьютер

Трансивер

Блок-схема системы управления (некоторые устройства не показаны)

8

Цифровое выходноеустройстворадиометра

Система контроля иуправления антенной

СКУ-А

Приемник

Апп

арат

ура

обес

пече

ния

шин

ы G

-3

Ethernet

Задание(файл)

Данные наблюдения(файл)

КПЧ

Блок связи

Поддержкапротокола

Обработкаинформации

Исполнениекоманд

Блок управления гетеродином и ГПИ

Поддержкапротокола

Обработкаинформации

Исполнениекоманд

Блок включения

Поддержкапротокола

Исполнениекоманд

Памятьсостояния

Оператор

Центральный компьютеррадиотелескопа

(с ПО FS)

Аппаратный модуль

Программный модуль низкого уровня (МК)

Устройство приемной системы

Памятьсостояния

Аппаратныйинтерфейсвключения

Аппаратныйинтерфейс

ГПИ

Аппаратныйинтерфейсгетеродина

Аппаратныйинтерфейсприемника

Гетеродин

ГПИ

МКС – микрокриогенная системаПУ МКС – панель управления МКС

Сигналы контроля и управленияСВЧ сигналы, поток регистрируемых данныхОбмен информацией по протоколу шины G-3

Алгоритм компенсации

Алгоритм измерения

Низкоуровневый модульпротокола шины G-3

Модуль управления исбора данных ЦРМ-1

Управлениеантенной

Удаленный доступ

Программный модуль ПО ЦКР низкого уровня

Программный модуль ПО ЦКР высокого уровня

ЦКР – центральный компьютер радиотелскопаГПИ – генератор пикосекундных импульсовКПЧ – коммутатор промежуточной частоты

Аппаратно-программный комплекс

Упрощенная блок-схема программно-аппаратного комплекса (показаны только основные элементы)

9

Возможности:

•Автоматическая компенсация в радиометрическом режиме.

•Автоматическое измерение:

Шумовой температуры системы

Чувствительности в радиометрическом режиме (квазинулевом)

Чувствительности в режиме без модуляции (в модуляционном канале)

Параметров узлов приемника

•Автоматическая диагностика (процедуры автоматического измерения и компенсации автоматически распознают и сообщают вероятные причины неисправности)

•Мониторинг. Автоматическое проведение серий измерений через равные промежутки времени в течение длительного промежутка времени.

Аппаратно-программный комплекс

10

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

20:2

0:00

20:3

0:00

20:4

0:00

20:5

0:00

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Время, UT

Уго

л м

еста

, гра

д.

Вы

ходн

ой с

игна

л

A B C D E

Применение. Радиометрические наблюдения в полностью автоматическом режиме

Запись выходного сигнала в течение тестового наблюдения (Источник 3c147. Приемник 3.5-II. Обсерватория “Зеленчукская”, 29.04.2009.)

11

Применение. Автокомпенсация

-40,0

-35,0

-30,0

-25,0

-20,0

-15,0

-10,0

-5,0

0,0

5,0

10,0

23:0

2:00

23:0

3:00

23:0

4:00

23:0

5:00

23:0

6:00

23:0

7:00

23:0

8:00

Запись сигнала приемника во время автокомпенсации.Диапазон 3,5 см. Холод. Обсерватория «Зеленчукская».

Время UT

12

Применение. Мониторинг шумовой температуры

-40,0

-35,0

-30,0

-25,0

-20,0

-15,0

-10,0

-5,0

0,0

5,0

20:3

7:00

20:4

2:00

20:4

7:00

20:5

2:00

20:5

7:00

21:0

2:00

21:0

7:00

21:1

2:00

21:1

7:00

21:2

2:00

21:2

7:00

21:3

2:00

21:3

7:00

21:4

2:00

21:4

7:00

21:5

2:00

Запись сигнала приемника во время мониторинга Tsys.Диапазон 3,5 см. Холод. Обсерватория «Зеленчукская».

Время UT

Tsys=57.60

Tsys=57.48

Tsys=57.48

Tsys=57.35

Tsys=57.37

Tsys=57.32

Tsys=57.45

Tsys=57.65

Tsys=57.42

Tsys=57.15

13

Применение. Мониторинг чувствительности (радиометрия)

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

19:0

0:00

19:0

5:00

19:1

0:00

19:1

5:00

19:2

0:00

19:2

5:00

19:3

0:00

19:3

5:00

19:4

0:00

19:4

5:00

19:5

0:00

19:5

5:00

20:0

0:00

20:0

5:00

20:1

0:00

Запись сигнала приемника при мониторинге чувствительности.Диапазон 3,5 см. Холод. Обсерватория «Зеленчукская».

Время UT

T=

8.58

mK

T=

9.67

mK

T=

6.68

mK

T=

9.66

mK

T=

7.70

mK

T=

8.63

mK

T=

7.86

mK

T=

7.54

mK

T=

10.0

9 m

K

T=

7.99

mK

14

Применение. Мониторинг чувствительности в режиме без модуляции

3,5-II холод 04

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

21:5

9:00

22:0

4:00

22:0

9:00

22:1

4:00

22:1

9:00

22:2

4:00

22:2

9:00

22:3

4:00

22:3

9:00

22:4

4:00

22:4

9:00

22:5

4:00

22:5

9:00

Запись сигнала приемника при мониторинге чувствительности.Диапазон 3,5 см. Холод. Обсерватория «Зеленчукская».

Время UT

T=

6.37

mK

T=

5.50

mK

T=

7.15

mK

T=

6.55

mK

T=

7.10

mK

T=

6.42

mK

T=

6.78

mK

T=

6.45

mK

T=

5.65

mK

T=

6.92

mK

Квазинулевой режим (радиометрический)

15

Применение. Автоматизированное получение «разрезов» атмосферы

“Разрез” атмосферы по азимуту на угле места 7° для радиотелескопа обсерватории “Бадары” (3,5-I)

50

70

90

110

130

150

170

190

210

230

250

0 45 90 135 180 225 270 315 360

Азимут, град.

Шум

овая

тем

пера

тура

сис

тем

ы, К

16

Заключение

Разработанный программно-аппаратный комплекс позволяет:

•Полностью автоматизировать процесс радиометрических наблюдений.

•Автоматизировано производить измерения важнейших параметров приемной системы: шумовой температуры и чувствительности, а также производить их мониторинг.

•Автоматизировано собирать информацию о условиях и режимах работы аппаратуры приемной системы с целью изучения их влияния на параметры приемной системы.

•Автоматизировано получать «разрезы» атмосферы по азимуту и углу места, которые могут быть использованы для мониторинга помеховой обстановки.

•Автоматизировано и/или дистанционно проводить диагностику аппаратуры приемной системы и измерять параметры ее узлов.

17

Спасибо за внимание!

Обсерватория «Бадары»

03.07.2009