Радиотелескоп
обсерватории "Светлое"

(Изображение с Web-камеры можно увидеть, используя программы Netscape, Firefox или Mozilla)

Радиоастрономическая обсерватория "Светлое"

 
Portret Заведующий Приозерским отделом
Рахимов Исмаил Ахмедович,
доктор физ.-мат.наук


rahimov@rtf32s.nw.ru

 
Радиоастрономическая обсерватория "Светлое" - первый из трех наблюдательных пунктов радиоинтерферометрической сети "Квазар-КВО", который был в 1997г. принят в опытную, а в 1999г. - введен в штатную эксплуатацию. В 2006 году была проведена реконструкция телескопа.
Радиоастрономическая обсерватория "Светлое" расположена в поселке Светлое Приозерского района Ленинградской области
( φ=60°32′, λ=29°47′, h=86m )

Фотографии обсерватории

Обс.Светлое.Радиотелескоп
Лабораторный корпус,радиотелескоп, павильон КОС.  1024x800>> Радиотелескоп  1024x800>>
Павильон КОСАнтенны ГЛОНАСС/GPS
Павильон КОС  1024x800>>Антенны ГЛОНАСС/GPS   1024x800>>

Основным элементом радиоастрономической обсерватории является полноповоротный прецизионный радиотелескоп с диаметром главного зеркала 32м., который во многих отношениях является оптимальным при осуществлении астрометрических и геодинамических наблюдательных программ.
SkhemaTel

Антенна радиотелескопа построена по модифицированной схеме Кассегрена с главным квазипараболическим зеркалом с фокусным расстоянием 11,4 м и вторичным зеркалом - контррефлектором, представляющим собой модифицированный гиперболоид диаметром 4м и имеющим одну плоскость симметрии.

Вторичная система с контррефлектором
1. Вторичное зеркало-контррефлектор. 2. Подвеска контррефлектора.
Подвеска контррефлектора дает возможность перемещать его по трем осям - двум в плоскости симметрии, параллельной раскрыву зеркала, одной - вдоль оси главного зеркала, а также вращать его вокруг фокальной оси. Вторичное зеркало фокусирует принимаемое излучение в стороне от электрической оси антенны, и при его вращении фокальная точка описывает окружность. На этой окружности располагаются рупорные облучатели для разных длин волн, и, таким образом, быстрый переход с одной волны на другую осуществляется простым поворотом вторичного зеркала на заданный угол.
Рупора герметизированы радиопрозрачной пленкой и внутри них поддерживается небольшое избыточное давление сухого воздуха, подаваемого стойкой воздухонаполнения, размещенной в подзеркальной кабине радиотелескопа.



Раскрывы рупорных облучателей
1. 6.2 см, 2.6 см, 1.35 см 2. 18-21 см 3. 13/3.5 см.
Электропривод контррефлектора
со шкафом автоматики системы наведения контррефлектора АСН-КР
Стойка воздухонаполнения
БР5.833.015
Движение антенны по азимуту осуществляется по рельсовому кольцевому пути диаметром 40 метров. В соответствии с этим ходовая часть азимутального привода выполнена в виде дискретно-фрикционной многоприводной системы, состоящей из четырех спаренных ходовых тележек. Движение антенны по углу места осуществляется с помощью зубчатого венца.
Зубчатый венец Ходовая тележка азимутального вращения
Движение антенны по азимуту и углу места обеспечивается двумя группами приводов - приводом большой скорости, предназначенным для быстрого переброса антенны с одного радиоисточника на другой, а также для наблюдений быстро движущихся радиоисточников и приводом малой скорости, который позволяет осуществлять программное сопровождение радиоисточников с высокой точностью. Приводы расположены в азимутальной кабине.
Электроприводы азимутального и угломестного вращения
 1. Блок индикации угловых координат
 2. Стойка автоматики системы наведения контррефлектора
 3. Рабочая станция контроля и управления
 4. Стойка автоматики системы наведения главного зеркала
 5. Стойка возбуждения двигателей
 6. Стойки тиристорных преобразователей
 7. Шкаф защиты двигателей

Основные механические характеристики антенны
Диапазон скоростей: 
по углу местаот 0º до 1º в секунду
по азимутуот 0º до 1.6º в секунду
Диапазон ускорений: 
по углу места не более 0.8º/сек2
по азимуту не более 0.8º/сек2
Пределы поворота: 
по углу местаот -1.5º до +91º
по азимуту от +270º до - 270º
Рабочее состояние при скорости ветра до 20 м/сек

Отсчетными устройствами угловых координат при наведении антенны являются индуктосины - датчики точного отсчета (ТО), размещенные на валах подшипников угломестного и азимутального вращения. Соосно с колонной азимутальных индуктосинов находится оголовок закрепленной в земле сваи, фиксирующий центр вращения радиотелескопа - его геодезический центр. Датчиками грубого отсчета (ГО) служат вращающиеся трансформаторы 5БВТ, связанные с колонной зубчатой передачей. Объединение шкал ГО и ТО происходит в устройстве преобразования координат, которое формирует 20-ти разрядный двоичный код положения антенны по угловой координате.





Отсчетные устройства азимутального вращения
1. Колонна индуктосина 2-3. Индуктосины - рабочий и резервный 4. Оголовок центральной сваи.
5.Устройство преобразования координат и блок питания(справа)
Цифровая система контроля и управления радиотелескопом, разработана на базе промышленного компьютера, работающего под управлением ОС Linux. Система управления состоит из рабочей станции контроля и управления (РСКУ) радиотелескопом и консоли оператора наведения. Система управления обеспечивает наблюдения радиоисточников с точностью не хуже ±2". Цифровая система реализует пропорционально-интегрирующий алгоритм управления ("ПИ-алгоритм"), благодаря которому обеспечивается требуемая динамика движения опорно-поворотного устройства антенны радиотелескопа, а также обеспечивает контроль исполнения команд и безопасность работы электропривода. На консоли оператора наведения, расположенной на пульте управления радиотелескопом, отображаются основные параметры, характеризующие текущей состояние антенной системы радиотелескопа.

Рабочая станция контроля и управления радиотелескопом (слева) и промышленный компьютер с платами ввода-вывода(справа)
Основным аппаратным средством радиотелескопа, обеспечивающим его чувствительность по потоку, является высокочувствительный криогенный приемный СВЧ-комплекс. Он представляет из себя пять двухканальных (правой и левой поляризаций) приемных устройств на волны 1.35см., 3.5см., 6.2см., 13см. и 18-21см. Для высокоточных позиционных наблюдений в радиоинтерферометрическом режиме используются приемники на волны 3.5см и 13см (X- и S- диапазоны). В этих диапазонах осуществляется одновременный прием с помощью совмещенного облучателя в виде синфазного биконического рупора.
Криогенные приемники установлены в надзеркальной кабине. Там же установлено неохлаждаемое приемное устройство на волну 2.6 см для проведения радиоголографических измерений.

Приемники на волны 6.2 см и 1.35 см

Приемники на волны 13 см и 3.5 см

Приемники на волны 18 - 21 см
Для реализации низких шумовых температур системы "радиотелескоп-радиометр" усилительные устройства приемников всех диапазонов кроме волны 2.6 см располагаются в криостате и охлаждаются до температуры 20 К ("водородный уровень"). Для криостатирования усилителей используются двухступенчатые микрокриогенные системы замкнутого цикла, расположенные в азимутальной кабине. В вакуумной полости криостата, помимо собственно усилителей, выполненных на НЕМТ-транзисторах, расположена часть входных трактов (поляризаторы, анализаторы и вентили), что позволяет снизить шумовую температуру приемников практически до предельно низкого уровня. Шумовые температуры приемных устройств на фланцах криоблока составляют от 8 К на волнах 21/18 см и 6 см до 20 К на волне 1.35 см.

Газораспределительные панели МКС

Компрессор МКС

Панель управления МКС

В надзеркальной кабине размещена коммутационная матрица, на входе которой подключены 10 радиочастотных кабелей промежуточной частоты от 5 приемников (с левой и правой поляризациями), а на выходе - 4 канала промежуточной частоты, позволяющие передавать сигналы X- и S- диапазонов или других диапазонов в двух поляризациях через коммутационный шкаф в пультовой обсерватории.

Коммутационная матрица Коммутационный шкаф

Система частотно-временной синхронизации разработана как единая интегрированная система и состоит из:
  • хранителя времени и частоты на базе водородных стандартов частоты;
  • средств временной привязки (тайминга) РСДБ наблюдений по сигналам спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС с точностью не хуже 50нс на базе ГНСС приемника ПС-161 (производства РИРВ);
  • буферных усилителей опорных сигналов 5МГц и фазостабильных линий их передачи;
  • аппаратуры контроля и измерения параметров высокостабильных сигналов;
  • комплекта синхронизируемых СВЧ-гетеродинов с частотами 1.26, 2.02, 4.5, 8.08 и 22.92 ГГц;
  • средств фазовой калибровки приемопреобразующего тракта на базе генератора пикосекундных импульсов с длительностью 25-50 пс, амплитудой около 1В и частотой следования 1МГц;
  • системы контроля электрической длины кабеля.
Шкала времени обсерватории формируется при помощи прибора Ч7-37, который синхронизируется высокостабильным сигналом 5 МГц от водородного стандарта частоты. Для контроля расхождения местной шкалы времени (T обсерватории) и UTC используется GPS/ГЛОНАСС приемник типа ПС161.

Водородный стандарт частоты

Помещение эталона времени и частоты

Буферные усилители опорных сигналов 5 МГц
и аппаратура сличения высокостабильных сигналов


ПС-161- приемник синхронизирующий
спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS

Антенный блок генератора
пикосекундных импульсов


Приемный СВЧ комплекс диапазона 13/3.5 см
1. Блок контроля и управления системы (БКиУ) фазовой калибровки.
2. Термостат с пикосекундным генератором.
3. Блоки приемника 13/3.5 см.

Коаксиальные кабели для передачи сигналов промежуточной частоты, опорных сигналов времени и частоты, а также кабели сигналов управления расположены в кабельном канале.
Кабельный каналПомещение кабельной петли
Кабельный канал соединяет радиотелескоп и помещение стандарта времени и частоты с пультовой обсерватории, расположенной в лабораторном корпусе.
Система преобразования, форматирования и регистрации радиометрических и радиоинтерферометрических сигналов работает в базовой полосе промежуточных частот 100-1000 МГц.
Радиометрический модуль, содержащий четыре измерительных канала, соединенных через многоканальный аналого-цифровой преобразователь напряжения с процессором управления, дает возможность проводить точные радиометрические измерения одновременно в двух диапазонах частот по двум поляризациям радиоизлучения. Модуль работает как в модуляционном радиометрическом режиме, так и в режиме компенсационной радиометрии, совместимом с радиоинтерферометрическими наблюдениями.


Четырехканальный радиометрический модуль
Регистрация сигналов в радиоинтерферометрическом режиме обеспечивается системой записи, Mark5B+ на магнитные диски (Mark5B+ - 2Гбит/c). В обсерватории используется отечественная система преобразования сигналов Р1002М, промышленный образец которого был настроен, испытан и запущен в эксплуатацию в 2011 г.
Общий вид стоек с аппаратурой преобразования и регистрации сигналов в обсерватории "Светлое"


I. Стойка видеоконтроляII.Стойка системы преобразования сигналов III. Стойка СЧВСIV.Стойка выходных устройств
   
  1. Табло времени;
  2. Измерители временных интервалов (4 шт.);
  3. Синхрометр Ч7-37 - шкала времени обсерватории;
  4. Анализатор спектра - видеоконтроль сигналов фазовой калибровки;
  5. Распределительный усилитель опорного сигнала 5 МГц;
  6. Распределительный усилитель опорного сигнала 1PPS;
  7. Источник беcперебойного питания.
  1. Видеоконтроль радиометрическогог выходного сигнала;
  2. Блок управления РПУ;
  3. Двухканальный анализатор спектра;
  4. Коммутатор ПЧ;
  5. Выходное устройство 4-х канальный ПРМ;
  6. Источник бесперебойного питания;
  7. Выходное устройство 4-х канальный ЦРМ.
Пультовая обсерватории
1. Видеомонитор контроля въездных ворот  2. Метеопараметры   3. Вспомогательный терминал оператора.   4. Field System  5.Консоль оператора  
Электроснабжение обсерватории осуществляется по двум независимым высоковольтным линиям 10 кВ. В качестве резервных источников электропитания для поддержки стандарта времени и частоты, компрессорных установок малощумящего приемного СВЧ-комплекса, информационно-телекоммуникационных систем и пожарно-охранной сигнализации используются:
  - источник бесперебойного питания (ИБП) GALAXY 3000 с батареей на 33 минуты автономной работы мощностью 20 кВА (Франция, фирма MGE);
  - дизель-генераторная установка мощностью 17 кВА (Франция, фирма SDMO).



ИБП GALAXY 3000 Дизель-генератор

Для получения метеоданных в реальном масштабе времени используется автоматическая цифровая метеостанция WXT510 (Vaisala), содержащая каналы измерения скорости ветра V и его направления D, температуры воздуха t, относительной влажности воздуха Hu и атмосферного давления Р. Датчики метеостанции установлены на высоте 15м от земли, что позволяет избежать ошибок в измерении скорости ветра в связи с изменением температуры и влажности вблизи поверхности земли. Автоматическая метеостанция подключена к отдельному компьютеру, с помощью которого проводится автоматическая обработка измеряемых метеопараметров, выведение их на панель оператора и ведение базы метеоданных.



Наружный блок автоматической метеостанции.

Диапазоны и погрешности измерений метеоданных

Характеристика V, м/с D, град t, град С Hu, % P,мм. рт. ст.
Диапазон 0÷60 0÷360 -50÷+60 0÷100 450÷825
Погрешность ±0.3 ±2 ±0.3 ±3 ±0.4

На обсерватории с 1996 г. ведутся постоянные GPS-наблюдения, а с начала 2008 г. - постоянные GPS/ГЛОНАСС-наблюдения. Станция SVTL с 1996 г. входит в состав европейской геодинамической сети EPN (Europian Permanent GPS Network), а с декабря 2003 г. - в глобальную сеть IGS (International GNSS Service) . Антенна станции SVTL расположена на геодезическом столбе типового проекта, установленном на крыше лабораторного корпуса с надежной связью с несущими конструкциями здания. Наблюдения на станции проводились до декабря 2004 г. с приемником Trimble 4000SST, до 2008 г. - c приемником Leica SR520, а с февраля 2008 г. проводятся с трехсистемным (GPS/ГЛОНАСС/Galileo) приемником NET-G3 фирмы Topcon с высокоточной антенной CR-G3 типа Choke Ring. 72-канальный приемник NET-G3 обеспечивает фазовые и кодовые измерения на несущих частотах существующих спутниковых систем GPS, ГЛОНАСС, а в перспективе также и европейской системы Galileo. Для управления приемником используется программа PC-CDU (Topcon), которая контролирует процесс наблюдений, автоматически скачивает из приемника файлы наблюдений и конвертирует их в международный RINEX-формат. Файлы с результатами наблюдений в оперативном режиме (ежечасно) отправляются в центры данных EPN, IGS и в центр анализа данных ИПА РАН.

Антенна CR-G3

Трехсистемный приемник NET-G3
В рамках работ по модернизации комплекса "Квазар-КВО" в феврале 2010 г. на обсерватории установлен совмещённый GPS/ГЛОНАСС-приёмник фирмы Javad GNSS Delta-G3T с антенной RingAnt-DM. Антенна типа Dorne-Margolin/Choke Ring, снабженная радиопрозрачным колпаком (радомом) конусообразной формы, установлена на крыше лабораторного корпуса на специальной металлической конструкции. 216-канальный приёмник Delta-G3T обеспечивает фазовые и кодовые измерения на частотах L1, L2 и L5 одновременно по всем находящимся в зоне видимости (режим "all in view") спутникам навигационных систем ГЛОНАСС и GPS, а в перспективе - и системы Galileo. Приёмник подключён к водородному стандарту частоты обсерватории (5 МГЦ). Для управления приёмником используется программа PC-View, которая контролирует процесс наблюдений, автоматически каждый час выгружает из приёмника файлы наблюдений и конвертирует их в RINEX-формат. Файлы наблюдений архивируются и отправляются в центр анализа данных ИПА РАН. Приемник Delta-G3T оснащён RS-232 и USB интерфейсами, имеет выход 1 PPS (для синхронизации шкал времени) и вход Event marker (маркер событий).


Антенна Javad RingAnt-DM

Трехсистемный приемник Javad Delta-G3T
В декабре 2007 г. на обсерватории введена в эксплуатацию станция сбора измерений в составе российской системы дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ). Станция оснащена совмещенным ГЛОНАСС/GPS-приемником Протон с антенной типа Choke Ring. Антенна установлена на специальной металлической конструкции на крыше лабораторного корпуса. 40-канальный приемник Протон обеспечивает фазовые и кодовые измерения на несущих частотах спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS. Cпециальная компьютерная программа контролирует процесс наблюдений, в реальном масштабе времени принимает из приемника данные наблюдений и отправляет их в центр СДКМ, а также в центр сбора данных ИПА РАН.

ГЛОНАСС/GPS-антенна

В обсерватории в мае 2011 г. была установлена квантово-оптическая система (КОС) "Сажень-ТМ-БИС" производства ОАО "Научно-производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения". КОС предназначена для определения дальности и угловых координат геодезических и навигационных космических аппаратов (Lageos 1, Lageos 2, ГЛОНАСС и т.д.) с целью получения высокоточных данных, необходимых для определения параметров вращения Земли и геоцентра.
Расположение павильона КОС в обсерватории "Светлое" Внешний вид установленного оборудования:
1 – приёмо-передающий объектив;
2 – объектив гида с ночной камерой;
3 – опорно-поворотное устройство;
4 – метеостанция.

Основные технические характеристики КОС "Сажень-TM-БИС"
Высоты лоцируемых спутников: 
– дневное время 400-6000 км
– ночное время 400-23000 км
Апертура оптической системы25 см
Длина волны 532 нм
Частота импульсов 300 Гц
Длительность импульса 150 пс
Энергия импульса 2.5 мДж
Масса 170 кг
Точность нормальных точек 1 см
Точность угловых измерений 1-2"
Расходимость лазерного луча 5"
Павильон представляет собой цилиндрическое сооружение диаметром 3,5 м и высотой 4 м. в центральной части которого выполнен пилон с развязанным от основного здания фундаментом. Сверху установлено купольное укрытие фирмы AstroHaven". На пилоне смонтировано опорно-поворотное устройство (ОПУ) с приемно-передающим объективом, объективом гида с ночной камерой, с лазерным излучателем и голографическим фильтром.
С боку павильона установлена мачта, к которой крепится метеостанция фирмы "Vaisala". Также в комплект КОС входит приёмная система ГЛОНАСС/GPS, антенны которой установлены на крыше лабораторного корпуса.
В операторской лабораторного корпуса обсерватории установлено оборудование КОС, состоящее из компьютеров системы наведения (СН) и системы измерения дальности (СИД), телевизионного автомата (ТВА), блока управления приводами, приёмников ГЛОНАСС/GPS, блока накачки лазера, блоков управления камерами и оптическими элементами, а также источников бесперебойного питания.
Размещение оборудования на рабочем месте оператора КОС.

Радиометр водяного пара (РВП) предназначен для измерения яркостной температуры (Я.т.) излучения атмосферы на двух частотах К и Ка диапазона длин волн.
По результатам измерений проводится оценка параметров нижних слоёв: влажностной компоненты тропосферной задержки(ВТЗ) распространения радиосигнала, интегрального влагосодержания(кг/м2) и водосодержания (кг/м2) на луче зрения антенны. РВП работает круглосуточно и выдаёт данные о параметрах тропосферы с задержкой не более пяти минут и разрешением до 10 с. (Данные наблюдений доступны здесь.)
В настоящее время в обсерватории работают два образца РВП, прототип прибора - РВП-1 и изделие на современной элементной базе - РВП-3.
РВП-1 РВП-3
Принцип действия РВП заключается в следующем. Тепловое излучение атмосферы, интенсивность которого пропорциональна яркостной температуре атмосферы, принимается рупорно-линзовыми антеннами и подаётся на входы радиометрических блоков. Радиометрические блоки преобразуют входные сигналы от рупорно-линзовых антенн в сигналы промежуточных частот и обеспечивают их усиление и фильтрацию, а так же производят детектирование сигналов промежуточных частот, их аналого-цифровое преобразование и передачу данных по каналам связи в ПЭВМ. Результаты измерений обрабатываются в ПЭВМ с использованием специального программного обеспечения и преобразуются в значения Я.т. атмосферы, ВТЗ, интегрального влагосодержания и водосодержания.
Локальная геодезическая сеть обсерватории предназначена для мониторинга смещения опорных точек радиотелескопа и GPS-антенны, вызываемых деформациями конструкций инструментов и местными грунтовыми подвижками. Геодезические столбы, на которых расположены GPS-антенны и основные наземные марки, снабжены унифицированными оголовками из нержавеющей стали с резьбовым элементом для принудительной центровки.

План ЛГС обсерватории " Светлое"
Показаны марки, расположенные на крыше лабораторного здания (101 - SVTL, точка к которой относятся GPS-наблюдения, 103, 104 - марки, использующиеся для эпизодических специальных измерений), 110 - опорная точка радиотелескопа (точка пересечения азимутальной и угломестной осей), 102, 107, 108, 109 - наземные марки ЛГС. Марки 102, 107, 109 расположены на геодезических столбах высотой над уровнем земли 1-1.5 м, заглубленных ниже уровня промерзания почвы (1.5-2 м), марка 108 расположена на уровне земли, на специальном столбе, заглубленном на 3.5 м.
    
Реперный столб   640x480>

Обсерватория имеет локальную вычислительную сеть (ЛВС) в стандартах Fast Ethernet и Gigabit Ethernet с выделенным Unix-сервером, объединяющую 15 рабочих станций. Обсерватория соединена по волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) с магистральной линией связи "ВэбПлас" и далее через сеть Интернет с ИПА РАН в Санкт-Петербурге. В настоящее время пропускная способность ВОЛС - 2 Мбит/c.
Обсерватория с 2010 года участвует в регулярных наблюдениях (часовая сессия) по Российским программам (Ru-UT) для определения поправок Всемирного времени в режиме е-РСДБ. Передача данных наблюдений в этом режиме осуществляется по отдельному высокоскоростному каналу связи 1Гбит/с.
Установленное в обсерватории и узле доступа оборудование обеспечивают передачу данных, выход в Интернет, проведение видеоконференций, оперативную телефонную связь с ИПА РАН в Санкт-Петербурге и обсерваториями "Бадары" и "Зеленчукская" в технологии VoIP и удаленное наблюдение за радиотелескопом в режиме реального времени.
На обсерватории установлена приемо-передающая станция спутниковой связи для передачи цифровых данных (радиоастрономических, контрольных и информационных) по одному каналу со скоростью до 10 Мбит/c на частотах 11/14 ГГц.


На обсерватории установлен оптический телескоп LX200.
Основные технические характеристики
телескопа LX200
Оптическая схема Шмидт-Кассегерен
Диаметр главного зеркала 40 см
Фокусное расстояние 400 см
Разрешающая способность 028 угл.сек
Проницающая способность 16 зв.вел.
Автоматизация процессов поиска, наведения, гидирования.

Павильон оптического телескопа Оптический телескоп LX200



Адрес: 188833, Ленинградская область, Приозерский район, п. Светлое
Телефон/Факс: (812)312-5419, (81379)61994, (81379)61255
E-mail: rahimov@osvtl.spb.ru