Расчет диаграмм направленности РАТАН-600

для наблюдений Солнца

Для расчета диаграмм направленности РАТАН-600 можно использовать алгоритм Гельфрейха [1,2]  или алгоритм Коржавина (неопубликован).

Алгоритм Коржавина реализован в программе bp1 (Верходанов О., С++) [3]  и у Майоровой Л. (33GSO, Fortran )

Алгоритм Гельфрейха реализован, например, у Л. Опейкиной   (на Фортране)  для расчета диаграмм для режима гелиографа, а также в программе Beamsu (на С++ Builder) .

Ниже приведены примеры расчета диаграмм с помощью этой программы.

  1. Расчет ДНА с помощью программы Beamsu (при наблюдениях на северном секторе)

Программа написана на С++ Builder под Windows и имеет оконный интерфейс, в котором вводятся все необходимые входные параметры. В программе реализован алгоритм Гельфрейха Г.Б. [12].
Для начала работы, в каталоге, в котором находится программа, нужно создать входной файл с именем input.dat, содержащий две строки:
 wl ag am as hg hm hs afg afm afs f nd n1 n2 nx ny dx dy dnn drnn df
8.01 293 6 31.1 8 42 43.2 180 0 0.0 8.403 1 1 900 42 42 10.0 10.0 600 0.0 0.0
Первая строка описывает имена переменных, и является комментарием. Во вторую нужно записать значения  переменных.  Здесь:
wl- длина волны
ag, am, as - градусы, минуты, секунды дуги азимута источника,
hg, hm, hs - градусы, минуты, секунды дуги высоты источника над горизонтом,
afg, afm, afs - градусы, минуты, секунды дуги азимута фокальной точки,
f- расстояние фокальной точки до центра антенны, в горизонтальной плоскости в метрах,
nd  - шаг вычисления диаграммы,
n1, n2 - номера первого и последнего щитов в синфазной установке,
nx, ny  - количество точек по осям,
dx, dy - размер ячеек сетки,
dnn - номер опорного щита,
drnn  - добавка к радиусу опорного щита,
df - сдвиг частоты.
 Изменение расстояний между числами не имеет особого значения, однако важно не перепутать форматы чисел (целые с вещественными). При первом запуске программа считывает эти параметры из файла.

Рис. 3 Общий вид окна программы  Beamsu для расчета ДНА РАТАН-600 .

 Для расчета двумерного изображения ДНА надо последовательно нажать кнопки [1Set Calc] и [2Beam Calc]. При нажатии на первую кнопку происходит расчет установки антенны. Результаты записываются в файлы, имена которых можно корректировать. По умолчанию даются имена mel.dat, radii.dat, angles.dat. При нажатии на вторую кнопку создается файл dia.dat с двумерной диаграммой. Между этими двумя шагами при необходимости можно изменить значения переменных в группе General parameters и пересчитать диаграмму, нажав третью кнопку Recalc. Временный файл log1.$$$ будет содержать сообщения об ошибках. При расчете диаграмм для нескольких установок в режиме эстафеты (или эстафеты с зонированием ) нужно изменить название файла, в который будет записываться рассчитанная ДНА (например, dia01.dat dia02.dat и т.д.) , а также скорректировать координаты источника и фокуса. Изменять входной файл input.dat или перезагружать его при этом не нужно.

Рис. 4 Расчет ДНА РАТАН-600 для различных режимов наблюдения программой Beamsu: a)при наблюдениях Солнца в режиме эстафеты  b) при наблюдениях Солнца  в режиме гелиографа, синфазная установка.

 Программа картографирования использует центральное сечение диаграммы, рассчитанной по программе Beamsu. Это сечение записывается в файл goldia.dat, и отображается в графическом окне программы при нажатии на кнопку Plot (рис. 3). Файл с ДНА должен находиться в одном каталоге с входными данными для программы RAIS.
 

  2. Расчет ДНА с помощью программы bp1

Для наблюдений в системе ЮП, расчет ДНА производится программой bp1 [13], которая установлена, в частности, на сервере rs.ratan.sao.ru и brown.nord.nw.ru, и имеет около 20 ключей, которые подробно описаны в manual.

На сайте ПРОГНОЗ представлен веб-интерфейс для расчета ДНА по этой программе, с огрниченным набором ключей, для Южного сектора с Перископом.

При работе с программой  RAIS для двумерного картографирования, при загрузке набора сканов создается командный файл, содержащий строку с нужными ключами. Например, файл для длины волны 3.83 см имеет имя bp3_83 и содержит строку:
bp1 -d -F beam3_83cm.dat -S0.2 -H22.7962 -N-1 -W3.83142 -k
 Если программа обнаружит в рабочем каталоге сканы на нескольких длинах волн, она создает еще один пакетный файл, с именем bp2, в котором содержатся командные строки для расчета ДНА на всех найденных длинах волн. Нужно скопировать этот файл на сервер, добавить файлу атрибут "исполняемый" и запустить на выполнение. В результате будут созданы FITS файлы с именами типа beam3_83cm.fit . Эти файлы следует скопировать обратно в каталог со сканами.

В принципе, нет необходимости рассчитывать диаграммы каждый раз заново, поскольку в режиме Ю+П ДНА на одной и той же волне не меняется со временем. Уставки (параболы) для кругового отражателя, как правило, используются одни и те же, меняется только высота плоского отражателя. Изменение происходит в шаге между отсчетами в регистрации, из-за разной скорости прохождения Солнца через ДНА, поскольку в дни летнего и зимнего солнцестояний полное время прохождения Солнца через все азимуты от 30о до -30о составляет 4.5 часов, а в дни равноденствий- 4 часа. Коррекция шага ДНА выполняется уже в самой программе картографирования. Кроме того, мы пользуемся приближением, в котором ДНА в азимутах можно считать постоянной.

В связи с этим, в программе RAIS используется банк данных рассчитанных ДНА на все длины волн. Если программа не находит нужной ДНА в текущем каталоге, она берет ее из каталога по умолчанию (например, beams), указанном в RAIS.

Рис. 5 a) Одномерные ДНА для ЮП на 30 длинах волн от 1.92 см до 17.96 см. b) Одномерные сечения ДНА для СЕВ на волне 8.01 см для различных установок в режиме эстафеты

Литература

1. Гельфрейх Г.Б. Радиоастрономический способ юстировки антенн переменного профиля. Изв. ГАО  АН СССР, 1972, N 188.
2. Гельфрейх Г.Б. Об одном алгоритме расчета диаграммы направленности антенны типа РАТАН-600 с учетом аберраций и поляризационных
эффектов. Астр. иссл.(Изв. САО АН СССР), 1977, N 9.
3. Верходанов О.В. Интерактивная первичная графическая обработка одномерных векторов данных в оболочке X-window под ОС UNIX на РАТАН-600. Программа fgr - версия 2.1. Препринт САО РАН No 106. C.1-57. Нижний Архыз. 1995.

4. С.Х. Тохчукова, Реализация метода многоазимутальных наблюдений Солнца на РАТАН-600"// Препринт САО РАН, Нижний Архыз, 2002, N174, с.1-27.