Методические указания к лабораторной работе Радиотелескоп МГТУ (2004) (1095359), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Рассеивающие элементы ЧИП имеютвид геометрических, плоских фигур, например, кольца, креста, квадратная рамка,иерусалимского креста и др.ВажнымобеспечениятребованиемнеобходимыхкЧИП,используемымчастотныхврадиометрах,характеристик,являетсяпомимоминимумполяризационных искажений. В наибольшей степени этому требованию отвечают ЧИПс формой рассеивающего элемента типа "кольцо". Однако в связи с тем, что программарасчета ЧИП не позволяет исследовать рассеивающие элементы, которые не могутбыть представлены в виде комбинации линейных отрезков, производился расчет ЧИП сэлементами типа "квадратная рамка" и "иерусалимский крест".
Анализ [7] показал, чторассеивающие элементы типа "квадратная рамка" не позволяют получить требуемыеполосы отражения и прохождения. Необходимые частотные характеристики иприемлемыеполяризационныеискаженияобеспечиваютэлементытипа"иерусалимский крест". Хорошее совпадение резонансных частот и формы частотныххарактеристикимеетместоприсоотношенияхгеометрическихразмеровиерусалимского креста (рис.11) d/D = 0,54…0,06 и w/D = 0,12.Рис.11. Элемент ЧИП типа "иерусалимский крестС соблюдением этих пропорций были рассчитаны и изготовлены методомфотолитографии ЧИП для двухдиапазонного приемника (p = 1,07 мм, D = 0,6 мм,d=0,35мм, w = 0,07 мм, толщина полиимидной подложки 50 мкм, толщинаметаллизации 10мкм).2122На рис.12 показан общий вид двудиапазонного приемника установленного вовторичном фокусе Восточной антенны РТ-7,5 МГТУ.Рис.12.Общий вид приемника на антенне2223СИСТЕМА НЕБЕСНЫХ КООРДИНАТ.Для описания положения светил на небесной сфере в астрономии используютсяразличные сферические системы координат.
Координаты звезд и планет задаютсядвумя угловыми величинами или дугами и однозначно определяют положениеобъектов на небесной сфере. Третья координата (время) часто неизвестна и дляточности наведения антенны не играет роли. Отличие систем координат заключается ввыборе основной плоскости и началом отсчета. Наиболее распространенныегоризонтальная и экваториальная системы координат.Горизонтальная система координат.
Основной плоскостью является плоскостьгоризонта земли. Одной координатой при этом является или высота светила hотсчитываемая от этой плоскости или зенитной расстояние Z отсчитываемое от зенита.Другой координатой является азимут А, отсчитываемый от направления на юг.
Этойсистеме координат соответствует азимутально-зенитная монтировка антенны.Экваториальные системы координат. Положение астрономических источниковобычно задают в системе экваториальных координат (ЭК). При этом различают двесистемы: первая экваториальная система задается склонением и часовым углом Н,вторая - склонением и прямым восхождением (рис.13).На Полярную звездуНебесный экваторСПМеридианТочка осеннегоравноденствияHЗемля23,50ЮЭклиптикаТочка весеннегоравноденствияЮПРис.13. Экваториальные системы координат2324Нарисункепоказано,какимобразомнаправленияизцентраЗемлиопределяются в системе экваториальных координат; показана их связь с эклиптикой,плоскостью орбиты вращения Земли вокруг Солнца.
Склонением называют уголмежду направлением на интересующий нас объект и плоскостью земного экватора.Склонение δ положительно к северу от экватора и отрицательно к югу и отсчитываетсяв градусной мере (-90°≤δ≤ 90° ). Склонение может отсчитываться и от полюса, и тогдаего обозначают как Р и (Р+=900). Прямое восхождение - это угол междунаправлением на объект и плоскостью, в которой лежит ось вращения Земли и точкавесеннего равноденствия, в марте Солнце находиться в этой точке.Часовым углом Н называют угол между направлением на объект и плоскостьюмеридиана. Поэтому прямое восхождение - это разность между часовыми углами иточки весеннего равноденствия.
Часовой угол точки весеннего равноденствияназывают звездным временем. Таким образом, Звездное время = Н+.Звездное время, и Н отсчитываются в часах, минутах и секундах; одназвездная секунда равна 0,997269 секундам всемирного времени. Звездное времяежедневно уходит от всемирного времени на 3 мин 56,6 сек.При расчете координат объектов следует учитывать и прецессию.
Ось, вокругкоторой вращается Земля, наклонена на 23,50 (рис.13) и описывает вокруг оси орбитыконус с раствором 470. Это явление называют прецессией, что приводит к смещениюточки весеннего равноденствия относительно звезд и к изменению звездных координат.Для определения координат звездных объектов пользуются Астрономическимежегодником, в котором приведены приближенные и точные формулы для учетапрецессии, нутации (влияния притяжения Луны и Солнца) и собственных движенийзвезд.
В программе управления РТ-7,5 координаты звездных объектов рассчитываютсяпо известным формулам небесной механики с учетом возмущений всех объектовСолнечной системы.В астрономии моменты наблюдений, или эпохи, обычно даются в видеюлианских дней (JD). Юлианские дни считаются от полудня (12h всемирного времени)1 января 4713 г. до н.э. К примеру, 1.01.1980 г. - это JD=2444238, 1.03.1990 г JD=2447952.АнтенныРТ-7,5МГТУпредназначеныдлянаблюденияестественныхкосмических источников радиоизлучения.
Их конструкция позволяет также наблюдать2425высокоорбитальные геостационарные спутники и некоторые наземные объекты.Обе антенны имеют азимутально-зенитную монтировку: одна ось вращения лежитв горизонтальной плоскости, а другая совпадает с вертикалью к этой плоскости.Направление на объект наблюдения М определяется азимутом А и зенитным углом Z.Угол А положителен к западу от направления на юг S и отрицателен к востоку иизмеряется в градусной мере (-180°≤ 0 ≤180°).
Зенитный угол Z также измеряется вградусноймере(0≤Z≤90°).Припересчетеэкваториальныхкоординатастрономических объектов в азимутально-зенитную систему необходимо знаниеточных географических координат места установки Радиотелескопа.Антенна, РТ-0,6, предназначенная для солнечных наблюдений, для упрощенияаппаратуры наведения выполнена с экваториальной монтировкой, т.е. ось вращенияантенны совпадает с полярной осью.
Поэтому для слежения за объектом М на небеснойсфере достаточно обеспечить равномерное вращение антенны синхронно с суточнымвращением небесной сферы. Для наведения по координате σ достаточно изменять уголнаклона зеркала относительно полярной оси.2526АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ И НАВЕДЕНИЯ РАДИОТЕЛЕСКОПА.Антенны РТ-7,5 после реконструкции 2006-2008 годов оснащены современнымэлектроприводом на основе синхронных двигателей. Такие двигатели позволяютпроизводить вращение вокруг осей антенны (азимутальной и угломестной) в широкомдиапазоне скоростей. Контроль положения антенн осуществляется с помощью 20разрядных цифровых датчиков, данные с которых поступают в контроллер системыуправления двигателями.
Архитектура построения системы управления приводамирадиотелескопапоказананарис.14ипозволяетработатьвпрограммном,регламентном и ручном режимах.Основнымиэлементамисхемыявляютсяпрограммируемыйлогическийконтроллер (ПЛК), и скоростные подсистемы азимутальной и угломестной осейантенны, состоящие из преобразователей частоты (ПЧ) управляющих сигналовконтроллера, двигателей и датчиков положения осей антенной системы. Все этиэлементы установлены в пилонах антенн и через модули связи по протоколу Ethernetили USB по оптическому кабелю происходит информационный обмен с серверомрадиотелескопа на пульте управления. Операции обмена и получения информации дляуправления в программном режиме, а также прием данных радиометрическихизмерений синхронизированы генератором точного времени. Двигатели, системыредукторов, блоки концевых выключателей и датчики контроля положения осейразмещены непосредственно вблизи азимутальной и угломестной осей вращенияантенны.
Сервер в режимах программного и регламентного наведения посылает ПЛКкоординаты узловых точек траектории для каждой оси, а в режиме регламентногонаведения – еще и координаты нового углового положения, либо скорость и времядвижения для каждой оси. При помощи ПЛК осуществляется замыкание контуроврегулирования положения обеих осей, планирование траектории движения и адаптацииалгоритма управления к внешним условиям. В свою очередь ПЛК передает текущиекоординаты положения осей антенной системы, параметры движения и сигналыприемной аппаратуры радиотелескопа. Высокое быстродействие процессорного модуляПЛК позволяет использовать его свободные вычислительные мощности для аналоговоцифровой обработки и хранения сигналов радиометра, которые затем передаются дляобработки серверу радиотелескопа.Ручная панель оператора используется при проведении регламентных иналадочных работ и позволяет управлять движением антенной системы без участиясервера.2627Рис.14.2728ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РАДИОТЕЛЕСКОПОМПрограммное управления наведение антенны.Для регулярного картографирования Солнца была разработана программауправления, адаптированная к установленной аппаратуре управления и наведенияантенны радиотелескопа РТ-7,5 МГТУ.
Созданное специализированное программноеобеспечение (ПО) относится к верхнему уровню системы управления и состоит из двухчастей: серверного и клиентского приложений, которые разработаны в средеразработки Borland Delphi для работы под управлением операционной системыWindows.Взаимодействие клиентского приложения с серверным осуществляется попротоколу Ethernet или USB, что дает возможность осуществлять управлениерадиотехническим оборудованием для проведения наблюдений и юстировочных работс любого персонального компьютера, подключенного к местной информационной сетирадиотелескопа РТ-7,5.Серверное приложение устанавливается на сервере радиотелескопа.
Задачейэтой части программы управления является расчет координат наблюдаемого источника(Солнца), расчет всех поправок к расчетным координатам, выдача координат ПЛК,считывание координат действительного положения осей антенной системы, а такжесчитывание отсчетов сигналов приемной аппаратуры.Взаимодействие разработанного программного обеспечения верхнего и нижнегоуровнейсистемыуправлениярадиотелескопомосуществляетсяпосредствомкомпоненты MX Component – драйвера связи с контроллером.Клиентское приложение управления радиотелескопом представляет собоймногозадачнуюпрограмму,вкоторойорганизованонесколькосинхронно,выполняемых заданий по выдаче команд управления серверному приложению, а такжепо приему, обработке и отображению информации, поступающей от серверногоприложения.
Внешне, для оператора управляющей ЭВМ радиотелескопа, окноклиентской программа выглядит, как набор полей, нескольких управляющий иликомандных кнопок и состоит трех частей рис.15.2829Рис.15.Принажатии(илищелканьюмышкой)кнопок«Подкл»и«Откл»осуществляется установление или завершение сеанса связи между ПО верхнего уровняи ПЛК соответственно.В центральной части окна расположено поле для отображения служебнойинформации и команд ПЛК.Ниже расположен пульт ручного перемещения оси антенной системы поазимуту и зенитному углу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
