This web page is created within BALTICS project funded from the European Union’s Horizon2020 Research and Innovation Programme under grant agreement No.692257.
Blog Layout
Sekmīgi noslēdzies LZP projekts “Radio lokācijas, balstīta uz radioviļņu izkliedes efektu, metodes pielietojums kosmosa objektu detektēšanai”
dec. 29, 2021
Ventspils Augstskolas Inženierzinātņu institūta “Ventspils Starptautiskais radio astronomijas centrs (VeA VSRC)” realizētais Latvijas Zinātnes Padomes granta projekts “Radio lokācijas, balstīta uz radioviļņu izkliedes efektu, metodes pielietojums kosmosa objektu detektēšanai” („The application of the forward scatter radar method for the detection of space objects”) ir noslēdzies 2021. gada 31. decembrī. Projekta mērķis bija izstrādāt metodiku, kas, apvienojot radioviļņu izkliedes efektu ar radara VLBI tehnoloģiju, spētu detektēt Zemei tuvojušos asteorīdus, komētas un kosmiskās atlūzas tuvajā Zemes telpā.
Minētās metodes pamatā ir pielietots efekts, kas rodas, ja spilgts debess ķermenis apgaismo pētāmo ķermeni, līdz ar to enerģija tiek izkliedēta pa redzes līniju uz priekšu, tādejādi ievērojami pieaugot, salīdzinot ar atstaroto enerģiju.
Izstrādātās metodikas apraksts:
Attēls Nr.1. Radioviļņu izkliedes efekta attēlojums. Novērojamais objekts atrodas starp raidītāju un uztvērēju un paaugstinātās intensitātes signāls tiek izkliedēts objekta ēnas virzienā. Izkliedes efekts kļūst redzams, ja objekta izmēri L ir lielāki par novērojumā izmantoto viļņa garumu λ.
Radioviļņu izkliedes efekta (FSR) metode ir bistatiska un tās pamatā ir fenomens - novērojumā objekta bistātiskā radara šķērsgriezums ievērojami palielinās laika momentā, kad raidītais signāls tiek izkliedēts uz priekšu pa redzes līniju.
FSR metodes galvenās iezīmes:
● Enerģija, kas tiek izkliedēta pa redzes līniju uz priekšu ir trīs reizes lielāka kā atstarotā energija.
● FSR barjeras zona ir ļoti šaura (daži grādi), līdz ar to metode var tikt pielietota “raidītājs-uztvērējs” trajektorijas tuvumā.
● FSR metodes pielietojumā radītais novērojamā objekta ēnas lauks nav atkarīgs no objekta formas un materiāla, bet to nosaka tikai objekta ēnas kontūra. Ņemot vērā šo secinājumu, metodi var pielietot, lai atklātu grūti nosakāmus objektus, piemēram, kas uzbūvēti, izmantojot "Stealth" tehnoloģiju, vai arī, piemēram, asteroīdus ar mazu atstarošanas koeficientu.
Projekta īstenošanas laikā veiktās aktivitātes:
Kā viena no projekta aktivitātēm bija organizēt un veikt augstas precizitātes mērījumus ar Irbenes radio teleskopa kompleksa radiointerferometru (VLBI), kā raidītājus izmantojot GPS, Galileo un GLONASS navigācijas kosmosa satelītu (NSS) signālus.
Kā viens no projekta apakšmērkiem bija ekperimentāli pierādīt FSR metodes veiksmīgu pielietojumu kosmosa objektu detektēšanā, tādēļ 2021. gadā tika veiktas vairākas novērojumu sesijas, izmantojot VeA VSRC Irbenes radio teleskopa kompleksu gan vienas antennas režīmā, gan interferometra režīmā, pielietojot abas Irbenes antenas RT-32 un RT-16. Interferometra kalibrēšanā tika izmantoti GPS NSS raidītie signāli.
Attēls Nr.2. Projekta laikā organizētajos novērojumos navigācijas satelīti, kas atrodas Zemes tuvajā telpā, tika izmantoti kā raidītāji, bet Irbenes radio telekskopa kompleksa antenas RT-32 un RT-16 tika izmantotas kā uztvērēji. Novērojumi tika organizēti gan vienas antenas režīmā, gan interferometra režīmā. Novērojumos tika izmantoti 1.6 GHz frekvenču joslas uztvērēji.
Novērojumu sesijas laikā abas antenas uztvēra navigācijas satelītu raidītos signālus un tika konstatēts novērojamā objekta virzība pāri "raidītājs-uztvērējs" trajektorijai. Novērojumu sesijās tika novērotas vairāk kā divdesmit kosmiskās atlūzas un satelīti, kuru orbītas slīpums jeb inklinācija ir maza. Organizētajās novērojumu sesijās vairāk kā 50% gadījumos tika sekmīgi iegūts izkliedētais signāls un projekta īstenošanas laikā tika detektēti objekti gan ar dažādu ģeometrisko laukumu, gan dažādos attālumos no Zemes, gan dažādos leņķiskos attālumos no detektēšanas līnijas.
Attēls Nr.3. Novērojumu datu apstrādes rezultātā iegūtais interferometra signāla jaudas spektrs (atlūzas pārlidojuma brīdī). Novērojumā tika pielietota 1 sec integrācija, kā arī signāls tika secīgi nobīdīts 30 sekunžu intervālā. Attēlā var redzēt divus skaidri nodalāmus signālus - 1) signāls no navigācijas satelīta ar lēni mainīgu frekvenci konkrētā laika intervālā; 2) signāls no novērojamā objekta, kurš ātri šķērso FSR barjeras zonu un kura frekvence ir strauji mainīga konkrētā laika intervālā.
Projekta īstenošanas laikā tika izstrādāta novērošanas metodika, pielietojot FSR metodi lidmašīnu detektēšanā. Raidītais signāls no NSS satelītiem tika izkliedēts no lidmašīnām un tika detektēts Irbenes kompleksa radioteleskopos. Novērojumu datos tika identificēti stiprāki signāli, pielietojot FSR metodiku lidmašīnu identificēšanā un tas varētu būt izskaidrojams ar lidmašīnu tuvo attālumu līdz novērošanas antenām. Spēcīgu signālu detektēšana atvieglo novērošanas procedūras verificēšanu un datu apstrādes metožu uzlabojumu veikšanu.
Novērojumā objekta kustības parametru un koordinātu precizitāti nosaka radio teleskopa kompleksa kalibrācijas precizitāte. Veicot Irbenes kompleksa interferometra kalibrāciju, izmantojot NSS signālu, tika iegūtas bāzes projekcijas un instrumentālās aiztures vērtības ar kļūdu, ko nosaka diskrētā aizture, kuru savukārt ierobežo raidītā satelīta signāla frekvenču joslas platums. Novērojumu sesiju rezultātu analīzē tika secināts, ka kalibrēšana, izmantojot dabiskos radio avotus NSS darbības frekvencē, nav efektīva lielo traucējumu dēļ 1.6GHz frekvenču joslā, līdz ar to parametru kalibrācija tika veikta citās frekvenčus. Iegūto rezultātu salīdzinājums ļāva novērtēt kalibrēšanas efektivitāti, izmantojot signālus no satelītiem, kas atrodas Zemes tuvajā telpā. Kalibrācija, izmantojot stiprus signālus ļauj izmantot interferometru ar mazāka diametra antenām.
Projekta īstenošanas laikā iegūtie rezultāti:
Projekta īstenošanas laikā izveidotā metode ļauj atklāt kosmosa objektus, neatkarīgi no tās formas, materiāla un starojuma intensitātes. Pielietojot FSR metodi, var ievērojami palielināt atklāšanas varbūtību tiem ķermeņiem, kas rada draudus Zemei, kā arī metode ļauj palielināt novērošanas distanci, kurā novērojuma ķermenis tiktu identificēts.
Projekta īstenošanas laikā tika izstrādāta metodoloģija kosmosa atlūzu fragmentu detektēšanai, metodoloģijā iekļaujot nepieciešamo datu apstrādes metodiku un korelācijas analīzi spektrālajā domēnā. Nozīmīgs projekta rezultāts ir tehnisko prasību izveide radioteleskopa uztveršanas un datu reģistrācijas sistēmām, novērošanas metožu un datu apstrādes algoritmu izstrādē un to eksperimentālajā pārbaudē.
Projekta laikā iegūto rezultātu analīze ļāva izstrādāt ieteikumus, kā veikt optimālā novērošanas režīma izvēli dažādiem objektiem, kā arī ļāva izveidot metodiku kosmisko objektu detektēšanai ar radio lokāciju, balstītu uz radio viļņu izkliedes efektu. Papildus tika izstrādāti novērojumu datu apstrādes algoritmi, kā arī veikta to testēšana uz veikto novērojumu datiem. Sekmīgie novērojumu rezultāti apstiprina FSR metodikas daudzsološo pielietojuma potenciālu kosmosa draudu problēmātikas risināšanai.
Projekta īstenošanas laikā veikto radio astronomisko objektu novērojumu dati pieejami šeit.
Pētījums tiek realizēts Latvijas Zinātnes padomes Fundamentālo un lietišķo pētījumu projekta Nr. lzp-2020/2-0101 “Radio lokācijas, balstīta uz radioviļņu izkliedes efektu, metodes pielietojums kosmosa objektu detektēšanai" ietvaros.
E-pasts: virac@venta.lv
Tālrunis: +37163629656
Ekskursijas: +37129230818
Inženieru iela 101, Ventspils, LV-3601
