Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 14651 10.12737/23588 Результаты исследований Results of current research Результаты исследований Correlation plots of the Siberian Radioheliograph Корреляционные кривые Сибирского радиогелиографа https://orcid.org/0009-0004-1651-1259 Лесовой Сергей Владимирович Lesovoi Sergey Vladimirovich lesovoi@iszf.irk.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Кобец Вероника Сергеевна Kobets Veronika Sergeevna nikakobets@gmail.com Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation Институт солнечно-земной физики СО РАН RU Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS RU 20 12 2016 20 12 2016 3 1 17 21 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/14651/view

Сибирский солнечный радиотелескоп (ССРТ) [Grechnev et al., 2003] находится в стадии модернизации. Цель модернизации — изменить текущий принцип формирования изображения за счет вращения Земли на апертурный синтез в широком диапазоне частот — 4–8 ГГц. В настоящее время запущена первая очередь модернизированного радиотелескопа — Сибирский радиогелиограф, состоящий из 48-антенной Т-образной решетки и приемной системы, обеспечивающей апертурный синтез [Lesovoi et al., 2012, 2014]. Один из видов данных Сибирского радиогелиографа — корреляционные кривые [badary.iszf.irk.ru/srhCorrPlot.php]. Такого рода данные радиогелиографов, ведущих регулярные наблюдения, очень информативны и публикуются наряду с изображениями Солнца. Для примера можно привести данные радиогелиографа в Нобеяме [solar.nro.nao.ac.jp/norh/html/cor_plot]. Цель данной работы — объяснить, что такое корреляционная кривая радиогелиографа. Корреляционные кривые получают путем суммирования комплексных ковариаций, вычисляемых для различных пар антенн. В работе показано, что ковариация двухуровневых величин с точностью до коррекции Ван Флека является коэффициентом корреляции этих величин. Поскольку ковариация сигналов от пары антенн соответствует определенной пространственной гармонике, то каждую точку корреляционной кривой можно рассматривать как интеграл по пространственному спектру наблюдаемого объекта. Пределы интегрирования (суммирования) определяются задачей. Для получения динамики только компактных объектов суммируются значения только высоких гармоник пространственного спектра. Для получения максимальной чувствительности суммируется весь спектр.

The Siberian Solar Radio Telescope [Grechnev et al., 2011] is now being upgraded. The upgrading is aimed at providing the aperture synthesis imaging in the frequency range 4–8 GHz [Lesovoi et al., 2011, 2014] instead of the single-frequency direct imaging due to the Earth rotation. The first phase of the upgrading is a 48-antenna array — Siberian Radioheliograph. One type of radioheliograph data represents correlation plots [badary.iszf.irk.ru/srhCorrPlot.php]. In evaluating the covariation of two-level signals, these plots are sums of complex correlations, obtained for different antenna pairs. Bearing in mind that correlation of signals from an antenna pair is related to a spatial frequency, we can say that each value of the plot is an integral over a spatial spectrum. Limits of the integration are defined by a task. Only high spatial frequencies are integrated to obtain dynamics of compact sources. The whole spectrum is integrated to reach maximum sensitivity. We show that the covariation of two-level values accurate to Van Vleck correction is a correlation coefficient of these values.

 радиотелескоп корреляция пространственный спектр radio telescope correlation spatial spectrum

ВВЕДЕНИЕСибирский солнечный радиотелескоп (ССРТ) использует для построения изображения Солнца вращение Земли и частотное сканирование в полосе частот 2 % от рабочей частоты [Grechnev et al., 2003]. Такой подход ограничивает временное разрешение временем прохождения Солнца через диаграмму направленности, а конструкция антенн и приемной системы является практически одночастотной. Для решения современных задач солнечно-земной физики необходимы достаточно высокое временное разрешение и широкая полоса частот. Это возможно только при смене способа формирования изображения с пассажного на фурье-синтез. Уже запущена в работу первая очередь модернизации ССРТ — 48-антенный радиогелиограф [Lesovoi et al., 2012, 2014], на котором ведутся регулярные наблюдения. Рабочий режим радиогелиографа подразумевает фурье-синтез изображений Солнца каждые 5 с на пяти частотах в диапазоне 4–8 ГГц. Наряду с изображениями полного диска Солнца представляют интерес так называемые корреляционные кривые. Пример корреляционной кривой Сибирского радиогелиографа показан на рис. 1. Такого рода данные очень удобны для мониторинга уровня активности и характеризуются очень высокой чувствительностью. Пожалуй, впервые в практику наблюдений Солнца такие данные были введены командой радиогелиографа в Нобеяме (NoRH, [solar.nro.nao.ac.jp/norh/ html/cor_plot]). Цель данной работы — детальное объяснение того, что такое корреляционная кривая и чего можно ожидать от данных такого вида. Сначала обосновывается утверждение о том, что каждая точка корреляционной кривой является суммой коэффициентов корреляции, затем приводятся данные о связи корреляционных кривых с плотностью потока принятого радиоизлучения и о суточных трендах корреляционных кривых.Рис. 1. Пример регулярных данных Сибирского радиогелиографа 

Томпсон А.Р., Моран Дж.М., Свенсон Дж.У. Интерферометрия и синтез в радиоастрономии. М.: Физматлит, 2003. 634 с. Benkevitch L.V., Rogers A.E.E., Lonsdale C.J., Cappallo R.J. Oberoi D., Erickson P.J., Baker K.A.V. Van Vleck correction generalization for complex correlators with multilevel quantization. 2016. URL: http://arxiv.org/abs/ 1608.04367v1 (accessed December 16, 2016). Benkevitch L.V., Rogers A.E.E., Lonsdale C.J., et al. Van Vleck correction generalization for complex correlators with multilevel quantization. 2016. URL: http://arxiv.org/abs/ 1608.04367v1 (accessed December 16, 2016). Grechnev V.V., Lesovoi S.V., Smolkov G.Ya., Krissinel B.B., Zandanov V.G., Altyntsev A.T., Kardapolova N.N., Sergeev R.Y., Uralov A.M., Maksimov V.P., Lubyshev B.I. The Siberian Solar Radio Telescope: The current state of the instrument, observations, and data. Solar Phys. 2003, vol. 216, iss. 1, pp. 239-272. Grechnev V.V., Lesovoi S.V., Smolkov G.Ya., et al. The Siberian Solar Radio Telescope: The current state of the instrument, observations, and data // Solar Phys. 2003. V. 216, iss. 1. P. 239-272. Kochanov A.A., Anfinogentov S.A., Prosovetsky D.V., Rudenko G.V., Grechnev V.V. Imaging of the solar atmosphere by the Siberian Solar Radio Telescope at 5.7 GHz with an enhanced dynamic range. Publications of the Astronomical Society of Japan. 2013, vol. 65, no. SP1, article id. 19, 12 p. Kochanov A.A., Anfinogentov S.A., Prosovetsky D.V., et al. Imaging of the solar atmosphere by the Siberian Solar Radio Telescope at 5.7 GHz with an enhanced dynamic range // Publications of the Astronomical Society of Japan. 2013. V. 65, N SP1, article id. 19. 12 p. Lesovoi S.V., Altyntsev A.T., Ivanov E.F., Gubin A.V. The Multifrequency Siberian Radioheliograph. Solar Phys. 2012, vol. 280, iss. 2, pp. 651-661. Lesovoi S.V., Altyntsev A.T., Ivanov E.F., Gubin A.V. The Multifrequency Siberian Radioheliograph // Solar Phys. 2012. V. 280, iss. 2. P. 651-661. Lesovoi S.V., Altyntsev A.T., Ivanov E.F., Gubin A.V. A 96-antenna radioheliograph. Res. Astron. Astrophys. 2014, vol. 14, iss. 7, рр. 864-868. Lesovoi S.V., Altyntsev A.T., Ivanov E.F., Gubin A.V. A 96-antenna radioheliograph // Res. Astron. Astrophys. 2014. V. 14, iss. 7. P. 864-868. Price R. A useful theorem for nonlinear devices having Gaussian inputs. IRE Trans. Inf. Theory. 1958, IT-4, no. 2, pp. 69-72. Price R. A useful theorem for nonlinear devices having Gaussian inputs // IRE Trans. Inf. Theory. 1958. IT-4, N 2. P. 69-72. Van Vleck J.H., Middleton D. The spectrum of clipped noise. Proc. IEEE. 1966, vol. 54, pp. 2-19. DOI: 10.1109/ PROC.1966.4567. Van Vleck J.H., Middleton D. The spectrum of clipped noise // Proc. IEEE. 1966. V. 54. P. 2-19. DOI: 10.1109/ PROC.1966.4567. Tompson A.R., Moran J.M., Svenson J.U. Interferometriya i sintez v radioastronomii [Interferometry and Synthesis in Radio Astronomy]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2003. 624 p. (In Russian). English edition: Thompson A.R., Moran J.M., Swenson G.W. Interferometry and Syntnesis in Radio Astronomy: 2nd edition. Willey-VCH Publ., 2001, 715 p. URL: badary.iszf.irk.ru/ srhCorrPlot.php (дата обращения 16 декабря 2016 г.). URL: badary.iszf.irk.ru/srhCorrPlot.php (accessed December 16, 2016). URL: solar.nro.nao.ac.jp/norh/ html/cor_plot (дата обращения 16 декабря 2016 г.). URL: solar.nro.nao.ac.jp/norh/html/cor_plot (accessed December 16, 2016).