Реализация на телескопах – стратегия

Процесс сбора данных в радиоастрономических обсерваториях постоянно совершенствуется в соответствии с быстро развивающейся научно-технической средой. Аналого-цифровые преобразования сигналов в настоящее время выполняются на ранних этапах схемы обработки данных, что позволяет производить цифровую обработку на протяжении большей части цепочки данных. Более совершенные характеристики позволяют проводить обработку данных в более широкой полосе частот, с более высокой разрешающей способностью по времени и более высокой разрешающей способностью по частоте (< кГц).

Многие действующие выходные буферы не позволяют реализовать ослабление помех на ранних стадиях цепочки обработки данных без проведения серьезной модернизации аппаратного обеспечения. В отличие от них, выходные буферы нового поколения и программная корреляция дают возможность задействовать подобные схемы на различных этапах обработки данных.

Поскольку для каждого из методов ослабления помех требуется определенное пороговое значение INR, для удаления большинства РЧ-помех необходимо многоуровневое применение методов, позволяющее использовать прогрессивную интеграцию данных и возрастающее отношение INR. В то время как ни один из методов не способен удалить РЧ-помехи, уровень которых ниже минимального уровня шума, последующие этапы ослабления помех могут удалить остаточный ослабленный сигнал РЧ-помехи, а также слабую РЧ-помеху, которая становится заметной только после интеграции.

Использование вспомогательных антенн в составе оборудования антенных решеток зависит от возможности задействования их выходного сигнала в системе обработки, точнее в корреляторе. Направленные эталонные антенны, как правило, работают с определенными источниками РЧ-помех и менее эффективны в сложных условиях.

Вмешательство оператора в процесс ослабления РЧ-помех играет важную роль в практической работе. Таким образом, онлайн-обработка в реальном времени, которая может быть адаптирована к разнообразным сигнатурам РЧ-помех, может иметь приоритет перед ограниченным применением эталонных антенн и/или пространственной фильтрации для известных и фиксированных передатчиков. Эта технология, вероятно, будет применяться до тех пор, пока не будет задействована какая-либо схема управления с искусственным интеллектом, способная руководить процессом ослабления РЧ-помех.

Интерферометры менее восприимчивы к воздействию РЧ-помех. Блокирование граничной зоны и декорреляция путем компенсации задержки обеспечивают естественное подавление на более длинных базовых линиях. Однако мощная РЧ-помеха по-прежнему увеличивает системный шум и влияет на калибровку и комплексную видимость станции. Станции VLBI и распределенные сети датчиков способны реализовать ослабление помех на каждой отдельно взятой станции, тем самым снижая воздействие локальной РЧ-помехи на всю систему в целом.

Для выполнения корректной калибровки системы необходим точный расчет ресурсов для всех поврежденных данных. Это позволяет получить корректные весовые значения для последующей самокалибровки, процедур очистки и обработки изображений.

В будущем для реализации ослабления помех необходимо рассмотреть более совершенные методы, нежели простые (на основе куртозиса и прочие) алгоритмы маркировки и удаления РЧ‑помех, которые в основном применяются в настоящее время. Применение статистических методов, в которых используются моменты более высокого порядка, дает возможность удалять компоненты РЧ‑помех, не затрагивая остальные данные. Существуют методы, позволяющие выполнять частичное восстановление информации, тем самым сокращая потери данных. Адаптивная фильтрация систем с расширением спектра может применяться в том случае, если известны их схемы цифровой манипуляции.

Выводы

Онлайн- и офлайн-обработка данных успешно применялись для улучшения обстановки по РЧ‑помехам в радиоастрономических обсерваториях. Несмотря на наличие многочисленных эффективных вариантов ослабления помех, выбор метода сильно зависит от характеристик РЧ‑помехи, типа радиотелескопа и вида наблюдений. В частности, в переменной среде РЧ-помех может быть предпочтительна онлайн-обработка данных в реальном времени, в то время как для известных и фиксированных источников РЧ-помех более целесообразными могут быть специальные методы с использованием эталонных антенн и пространственной фильтрации. Помимо этого, привлекательным вариантом может стать автоматическая онлайн-обработка, не требующая вмешательства оператора в процесс ослабления помех.

Универсального метода ослабления РЧ-помех, влияющих на астрономические данные, не существует. Эффективность подавления РЧ-помех зависит от отношения помеха/шум и ее временных и спектральных характеристик. Количественная оценка используемого метода не всегда возможна, поскольку алгоритмы ослабления помех представляют собой, как правило, нелинейные процессы, которые могут влиять на шумовые характеристики и калибровку. Фактором, определяющим оценку выбранного метода, является суммарная потеря данных в результате его применения.

Для работы в более распространенных средах РЧ-помех может возникнуть необходимость применения нескольких методов. Однако удаление РЧ-помех на каждом этапе ослабления изменяет характеристики данных. Кумулятивный эффект ослабления РЧ-помех при этом не является линейным, а представляет собой сумму практически достижимых результатов.

Стоимость компьютерного оборудования и оцифровки данных быстро снижается, что дает возможность внедрения и автоматизации алгоритмов ослабления РЧ-помех. Это позволяет увеличить ширину полосы пропускания, повысить разрешающую способность по времени и спектральную разрешающую способность астрономических наблюдений. Однако с учетом постоянно растущих объемов данных необходимо внедрять коммуникации для автоматического сокращения данных и соответствующие алгоритмы автоматического ослабления помех.

На рынок выходят все новые и новые технологии электросвязи и радиовещания, часто реализованные в виде нелицензированных мобильных устройств. Эти устройства, постоянно меняющееся местоположение которых контролировать невозможно, оказывают вредное воздействие на работу обсерваторий. Необходимо найти алгоритм удаления подобных сигналов из результатов астрономических наблюдений. Особенно серьезную проблему для пассивных служб представляют устройства с расширением спектра (ультраширокополосные), поскольку их цифровые схемы модуляции перекрывают границы распределений спектра. Проведенные предварительные расчеты показывают, что количество передающих устройств, используемое каждым человеком, растет быстрыми темпами. Многие из этих устройств работают по принципу динамического доступа к спектру.

Пространство исследований для радиоастрономии в значительной степени определяется техническими характеристиками системы наблюдения и ограничивающими факторами, в частности средой РЧ‑помех. В том время как телескопы нового поколения размещаются в наиболее пустынных, незаселенных местах, действующие системы вынуждены сосуществовать с локальной инфраструктурой. Для того чтобы РЧ-помехи не стали фактором, ограничивающим работу действующих систем, основное внимание следует уделять управлению использованием спектра.

ГЛАВА 9

Зоны радиомолчания

Введение

Настоящая глава посвящена определению зоны радиомолчания (RQZ) и основным аспектам ее создания и поддержки. Более полное описание и многочисленные примеры представлены в Отчете МСЭ-R RA.2259 "Характеристики зон радиомолчания".

9.1.1 Определение и общие требования зоны радиомолчания

Некоторые администрации создали зоны радиомолчания вследствие того, что радиоастрономические наблюдения, проводимые с поверхности Земли, изначально чувствительны к преднамеренным и непреднамеренным радиопомехам от антропогенных источников. Зона радиомолчания, по приведенному здесь определению, – это любая официально установленная географическая область, в пределах которой изменены стандартные процедуры по управлению использованием спектра с конкретной целью – сокращение или избежание помех для радиотелескопов и оптимизация условий проведения наблюдений.

Имеется целый ряд различных процедур, которые могут применяться к некоторым конкретным полосам частот, периодам времени и/или к различным классам источников помех. Управление может осуществляться на технической, географической или регуляторной основе. Таким образом, в зависимости от конкретных требований к различным радиотелескопам применяются различные определения зон радиомолчания и методы управления.

Большинство ограничений, вводимых в зонах радиомолчания, относятся к фиксированным, наземным передатчикам, а не к авиационной или спутниковой передаче сигналов. Причина заключается в том, что помехи, возникающие в мобильных, в особенности авиационных источниках, являются, как правило, кратковременными; их легко обнаружить, однако источник помех к моменту идентификации обычно исчезает. Ограничения для зоны радиомолчания не распространяются на передачу спутниковых сигналов. В Отчете МСЭ-R RA.2259 определен широкий спектр используемых средств управления, и приведены примеры различных зон RQZ по всему миру.

Важно подчеркнуть, что наличие зоны радиомолчания не означает полное отсутствие передачи радиосигналов. Всегда будет необходимость сосуществования с некоторыми техногенными устройствами. В зоне RQZ могут быть предусмотрены варианты уведомления других пользователей и переговоров в целях ослабления помех. Таким образом, RQZ является буферной зоной, в которой с помощью эффективных стратегий по ослаблению помех и нормативному регулированию работы радиочастотных передатчиков реализуются механизмы защиты радиоастрономических наблюдений от вредных радиочастотных помех.