Способ радиоголографического контроля поверхности главного зеркала радиотелескопа РАТАН-600 с радиальным движением опорного элемента

Abstract

In recent decades, radioholographic methods of antenna measurements are widely used in the antenna technology and radio astronomy. We consider a new method of the radioholographic signal recording for RATAN-600 radio telescope, which does not require any special phase-stabilized instrumentation. In the method proposed, the reference signal is formed with a radial movement of the reference element (shield) relative to the whole antenna, while the interferogram (hologram) is recorded using a conventional radio astronomy receiver as the feed carriage moves in the direction opposed to that of the reference shield. We give the scheme and the mathematical description of the new method of the radioholographic signal recording, as well as the results of the modeling of the reconstruction of the electrical field amplitude and phase distribution in the telescope aperture related to the positions of the main mirror shields. We estimate the characteristics of the source of the radioholographic signal required in order to provide the necessary degree of the time and space coherence. We found the optimal relation between the speeds of movement of the feed carriage and the reference shield, the spatial resolution a which can be achieved, and the maximum dimension D of the aperture being measured. According to our estimates, a is not larger than the size of a single shield, while D is more than 100 m and D = 150-200 m seems to be feasible. We present the first results of the application of the new method to the measurement of the antenna system “South sector + Flat reflector” of RATAN-600 radio telescope using the signal from a geostationary Earth satellite at the wavelength of 2.5 cm and in the autocollimation mode at the wavelengths of 1.8 cm and 1.0 cm. The repeatability of the performed radioholographic measurements is characterized by the correlation coefficient of 0.9 in amplitude and 0.7 in phase (radial position). Yet we estimate the accuracy of the method to be not better than 0.2 mm RMS, it is limited by the turbulence of the near-surface atmosphere layer during the daytime. At night, when the spatial phase variance of the near-surface layer is low, the expected method accuracy should be no worse than 0.1 mm RMS.

• active surface

Аннотация (на русском)

Способ радиоголографического контроля поверхности главного зеркала радиотелескопа РАТАН-600 с радиальным движением опорного элемента

Радиоголографические методы контроля широко применяются в последние десятилетия в антенной технике и радиоастрономии. Рассмотрен новый способ записи радиоголографического сигнала на радиотелескопе РАТАН-600, не требующий применения специальной фазостабильной радиоголографической аппаратуры. В предложенном способе внешний опорный сигнал формируется радиальным движением опорного элемента (щита) относительно всей антенны, а интерферограмма (голограмма) записывается обычным радиоастрономическим приемником в процессе движения каретки облучателя в направлении взаимного разбегания с опорным щитом. Приводится схема, математическое описание нового способа формирования радиоголографического сигнала и результаты моделирования восстановленного распределения амплитуды и фазы поля на апертуре c привязкой к щитам Главного зеркала. Дана оценка требований к источнику радиоголографического сигнала для обеспечения временной и пространственной когерентности. Найдены оптимальные соотношения скорости движения каретки облучателя и опорного щита, достигаемое пространственного разрешение a и максимальный размер измеряемой апертуры D. По нашим оценкам, a не хуже размера одного щита, D превышает 100 м с перспективой достижения D = 150-200 м. Представлены первые результаты применения нового радиоголографического метода на антенной системе «Юг+Плоский» радиотелескопа РАТАН-600 по сигналу геостационарного спутника Земли на волне 2.5 см и в режиме автоколлимации на волнах 1.8 см и 1 см. Повторяемость выполненных радиоголографических измерений в хороших погодных условиях можно охарактеризовать коэффициентом корреляции 0.9 по амплитуде и 0.7 по фазе (радиусу). По нашим оценкам, точность метода пока не выше 0.2 мм (СКО) и ограничивается турбулентностью атмосферы приземного слоя в дневное время. В ночное время в условиях низкий фазовых пространственных вариаций атмосферы приземного слоя ожидаемая точность не хуже 0.1 мм (СКО).

For citation

References

1. J. C. Bennet, A. P. Anderson, P. A. Mcinnes, A. J. T. Whitaker. Microwave holographic metrology of large reflector antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. AP-24, May 1976, p. 295-303.
2. Г. А. Пинчук, А. А. Стоцкий. Особенности применения методов радиоголографии для исследования радиотелескопа РАТАН-600. Препринт САО АН СССР N3Л. Ленинград, 1983.
3. В. И. Синянский, А. А. Стоцкий. Радиоголографический метод исследования и юстировки радиотелескопа РАТАН-600. Препринт САО АН СССР N55Л. Ленинград, 1988.
4. G. A. Pinchuk, V. I. Sinyanskii, A. A. Stotskii and V. B. Khaikin. Use of autocollimation radioholographic method for the RATAN-600 radio telescope testing / Proc. of International Workshop Holography testing of large radio telescopes. N. Arkhyz, 1990.
5. V. Khaikin V. New applications of radio holography for MM observations with RATAN-600 radio telescope / Proc. of IAU Colloquium 140, Hakone, Japan, 1991.
6. Н. В. Векслер, А. В. Калинин, В. С. Коротков, В. И. Турчин. Измерение поляризационных и фазовых диаграмм направленности и амплитудно-фазового распределения корреляционным методом с использованием наземных источников радиоизлучения // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 27. № 3, 1984. С. 341-349.
7. В. Б. Хайкин, М. К. Лебедев, Н. Н. Бурсов, А. А. Стороженко. Контроль характеристик радиотелескопа РАТАН-600 по ГСЗ // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2015. № 7. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jul15/3/text.pdf
8. В. Б. Хайкин, А. В. Шендрик, Н. Н. Бурсов, М. К. Лебедев, А. А. Стороженко. Способы и результаты контроля характеристик антенной системы «Юг Плоский» радиотелескопа РАТАН-600 в многоазимутальном режиме работы по сигналу геостационарных спутников Земли / Тезисы докладов X Всероссийского семинара по радиофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн. Нижний Новгород, март 2016 г.
9. V. Khaikin, M. Lebedev, N. Bursov, N. Ovchinnikova, S. Menshikov. Radiophysical Methods of Fast Diagnostics of Main Mirror Condition and Panels Surface of RATAN-600 Radio Telescope / Proc. of RSEMW, June 2017, Divnomorskoe, Russia.