05-10-2023
Апертурный синтез — интерференционный метод радионаблюдений, позволяющий получать на небольших радиотелескопах, разнесенных в пространстве, высокое угловое разрешение. Широко применяется в радиолокации и радиоастрономии.
Одиночный радиотелескоп с параболической антенной имеет предельную разрешающую способность
где — длина волны, — диаметр апертуры. Крупнейшие радиотелескопы (диаметром до 100 м на сантиметровый волнах) дают разрешение в несколько угловых секунд. Для сравнения, в оптике такое же разрешение позволяет получить любительский 10-см рефлектор. Однако если взять два радиотелескопа и заставить их работать в режиме радиоинтерферометра, то разрешение будет обратнопропорционально не размеру антенн, а расстоянию между ними.
Содержание |
В радиоастрономии обычно оперируют понятием потока излучения или антенной температурой . Обе эти величины характеризуют количество энергии, приходящее от и исследуемого источника. Однако возможен формализм как пространственных координат , так и пространственных частот . Переход от одного формализму к другому осуществляется преобразованием Фурье:
Предположим, что у нас есть две антенны, расстояние (база) между которыми может меняться до некоторого предельного . Если эти две антенны навести на один объект, то на их приемниках появится напряжение и . При этом и будет суть один и тот же сигнал, только сдвинутый на время, затраченное на прохождение добавочного расстояния (см. илл.). Доказано[1], что взаимнокорреляционная функция этих сигналов будет связана с антенной температурой:
причем из свойств преобразования фурье следует:
где — уловое разрешение интерферометра, — уловые размеры источника, — максимально допустимая база, — шаг при смене баз. Таким образом одно наблюдение на таком интреферометре позволяет получить одну точку на uv-плоскости. После того, как все необходимые точки получены, с помощью обратного фурье-преобразования можно восстановить изображение объекта .
В принципе для осуществления синтеза достаточно даже двух антенн. Но для протяженных источников шаг изменения баз может оказаться слишком малым и для заполнения uv-плоскости понадобится много часов. Если источник имеет переменность на меньших масштабах времени, то она не будет выявлена. Однако, если взять N антенн и расположить их в форме креста на необходимом расстоянии друг от друга, то уже после одного наблюдения вся uv-плоскость окажется заполненной, так как попарная корреляция даст все необходимые базы. Такая схема называется крестом Миллса.
Апертурный синтез.
