Table Of ContentПрограмма для подготовки радиометрических наблюдений
Sched Maker v2.06
М.А. Харинов
Институт прикладной астрономии РАН
Представлена программа Sched Maker v2.06, разработанная в ИПА РАН для
подготовки радиометрических наблюдений на радиотелескопах РТ-32 РСДБ-
сети «Квазар-КВО». Главной задачей работы Sched Maker является формирова-
ние управляющего файла с помощью которого радиометрические наблюдения
проводятся в практически автоматическом режиме. В статье подробно описы-
ваются функции Sched Maker и методика последовательного формирования
управляющего файла наблюдений.
Труды Института прикладной астрономии РАН, вып.15, с.15-37, 2006.
1. Введение
Радиотелескопы РТ-32 интерферометрической сети «Квазар-КВО» пред-
назначены, прежде всего, для проведения РСДБ наблюдений. Но кроме этого,
по своим техническим характеристикам они позволяют проводить качествен-
ные наблюдения и в радиометрическом режиме. Использование отдельных
программных и аппаратных ресурсов радиотелескопа, применяющихся в
РСДБ, позволяет обеспечивать высокую степень автоматизации наблюдений
в режиме одиночного телескопа [1].
Главным элементом управления радиотелескопа является центральный
компьютер. В международных РСДБ сетях в качестве стандарта программно-
го обеспечения центрального управляющего компьютера радиотелескопа
принят программный пакет Mark IV Field System (FS) [2]. FS позволяет осу-
ществлять управление и контроль за системами радиотелескопа: контроля и
управления антенной, регистрации сигнала, приёмной СВЧ аппаратуры, маг-
нитной записи, метеостанцией.
Регулярно на радиотелескопах сети «Квазар-КВО» ведётся до четырёх
наблюдательных программ в режиме одиночного телескопа, которые вклю-
чают наблюдения внегалактических и галактических источников, Солнца и
планет. Некоторые программы насчитывают до восьмидесяти и больше сетов
(сет - отдельное, непрерывное наблюдение одного источника, обычно дли-
тельностью 10÷60 минут), что сравнимо с радиоинтерферометрическими се-
ансами.
Автоматизация проведения радиометрического наблюдения с помощью
FS требует наличия специального управляющего файла (SNAP-файл), со-
стоящего из команд на языке SNAP (Standard Notation for Astronomy Proce-
dures). Выполняемые в ходе наблюдения SNAP-команды управляющего фай-
ла производят следующие необходимые действия [3]:
1
• управление режимами наблюдения антенной (наведение на источник,
сопровождение, сканирование, остановка антенны и т.д.),
• режимом калибровки радиоприёмного комплекса,
• управление режимами системы радиометрической регистрации (вклю-
чение и выключение записи радиометрических данных, положения ан-
тенны в файл данных),
• вывод информационных сообщений для оператора.
Программы интерферометрических сеансов на языке SNAP формируют-
ся с помощью стандартизованных пакетов планирования: NASA SKED (пла-
нирование геодезических экспериментов) и NRAO SCHED (планирование ас-
трофизических экспериментов). Подобных пакетов, специализированных под
FS, для подготовки радиометрических наблюдений нет. Как нет и стандарт-
ных общепринятых команд на языке SNAP ориентированных на проведение
наблюдений в режиме одиночного телескопа. Разнообразие существующих
радиотелескопов и применяемых в них систем регистрации и управления есть
одна из причин уникальности используемого программного обеспечения, как
правило, разрабатываемого силами сотрудников института, обсерватории.
Так, необходимые команды SNAP для радиометрии специально разработаны
в ИПА РАН для центральных управляющих компьютеров радиотелескопов
сети «Квазар-КВО».
Нетривиальная система SNAP-команд, значительный объём наблюдений,
и интенсивность их проведения на современном уровне ведут к необходимо-
сти автоматизации процесса формирования управляющего файла. Это осо-
бенно важно в связи с большой возможностью возникновения случайной
ошибки или опечатки, при ручном наборе, которая может привести к срыву
наблюдений на несколько часов.
Таким образом, разработана и создана программа Sched Maker для под-
готовки радиометрических наблюдений. Рассмотрим подробно её возможно-
сти.
2. Структура Sched Maker
Создание SNAP-файла является главной задачей при подготовке наблю-
дения. Её решение производится поэтапно, как показано на рисунке 1:
• формирование списка объектов наблюдения,
• расчёт таблицы видимости источников на заданный момент звёздного
времени и для заданных координат станции,
• составление расписания наблюдения согласно таблице видимости,
• выбор метода наблюдения источников, установка его параметров,
2
список
источников
расписание
наблюдения
таблица SNAP
координаты
видимости файл
станции
метод
наблюдения
звёздное
время
Рис.1. Блок-схема алгоритма создания SNAP-файла в ПО Sched Maker.
• автоматическое формирование управляющего файла для центрального
компьютера радиотелескопа по расписанию наблюдения, с возможно-
стью ручного редактирования.
В соответствии с представленным алгоритмом и разрабатывалась про-
грамма Sched Maker. Внешне структура программы, как видно из рисунка 2.,
представлена в виде системы из шести закладок: Расписание, Видимость,
Сортировка, Создать SNP, Помощь и О программе. Каждая закладка выпол-
няет свой собственный определённый круг функций:
Рис.2. Окно программы Sched Maker, закладка Расписание. Загружен файл со
списком источников IDV.txt астрофизической программы исследований внут-
рисуточных вариаций (IDV).
3
• Расписание – закладка для открытия файла расписания наблюдений,
последующего его просмотра, редактирования и проверки правильно-
сти стиля написания заглавия и таблицы расписания в файле. Также
эта закладка предназначена для загрузки файла специального списка
источников для последующего расчёта суточной таблицы видимости
источников над горизонтом на определённую дату, с помощью за-
кладки Видимость.
• Видимость – эта закладка реализует функцию расчёта высоты источ-
ника над горизонтом для определённого пункта наблюдения. Види-
мость источника рассчитывается для указанного момента звёздного
истинного времени.
• Сортировка – закладка автоматического формирования расписания
наблюдения согласно рассчитанной таблицы видимости.
• Создать SNP – закладка формирования управляющего файла, с ин-
терфейсом для выбора метода наблюдения (растровое, прямоугольное,
плавное азимутальное или угломестное сканирование) и установки
различных параметров.
• Помощь – просмотр описания программы Sched Maker и кратких ин-
струкций по использованию программы.
• О программе – общая информация о Sched Maker (см. рис. 3).
Такая система позволяет легко переключаться между закладками и решать
необходимые задачи подготовки радиометрических наблюдений.
3. Список источников
Исходными данными для задачи формирования подробной развернутой
программы радиометрических наблюдений на языке SNAP является инфор-
мация о радиоисточниках, которые предстоит наблюдать: название источни-
ка, прямое восхождение, склонение, эпоха, момент всемирного времени UT
начала и конца сета наблюдения. Перечисленные данные всех источников за-
носятся в один файл, таким образом, формируя список источников для буду-
щего наблюдения.
Файл списка источников можно создать непосредственно в программе
Sched Maker. Составленный список источников сохраняется в текстовом фай-
ле с расширением txt. При этом автоматически соблюдается необходимый
формат записей в файле - SM-OS-05 (см. раздел 3.1).
Кроме того, список источников можно создать в обычном тестовом ре-
дакторе - например, в Блокноте. Но в этом случае нужно самому учесть пра-
вила формата SM-OS-05. Проверить формат уже созданного файла элемен-
тарно – достаточно открыть файл списка источников в закладке Расписание и
посмотреть, как заполнены поля ввода и таблица (см. рис.2).
Ниже рассмотрим подробно формат SM-OS-05.
4
Рис.3. Окно программы Sched Maker, закладка О программе.
3.1. Формат Расписания – SM-OS-05
Формат SM-OS-05 разработан в ИПА РАН для правильной передачи
данных об объектах наблюдения программе Sched Maker. Название формата
SM-OS-05 есть аббревиатура сочетания слов Sched Maker – Observation
Schedule – 2005. Т.е. главное предназначение формата - стандартизация файла
расписания суточного радиометрического наблюдения. Пример файла списка
источников в формате SM-OS-05 представлен в табл.1.
Таблица 1. Пример файла списка источников в формате SM-OS-05 (в заглавии символы
подчёркивания обозначают пробелы).
IDV
Расписание_на_3_-_4_Ноября_2004_._Зеленчук
Диапазон_6_(см)_._холодный
beg end source RA DE epoch # min comm
00:00:00 00:00:00 1810+046 181315.96 043932.5 2000 4-a-1 15
00:00:00 00:00:00 1850-01 185031.00 -000154.0 2000 4-a-1 15
00:00:00 00:00:00 1911+048 191149.57 045857.8 2000 4-a-1 15
В начале файла указывается название наблюдательной программы, на-
пример, - IDV (внутрисуточные вариации потока). Во второй строке записаны
дни наблюдений, месяц, год и название обсерватории. В последней строке за-
главия даётся информация о длине волны, на которой будут вестись наблю-
дения и режим приёмников (тёплый или холодный).
5
После заглавия, через строку, составляется непосредственно сама табли-
ца расписания наблюдений. В первой строке таблицы указаны названия соот-
ветствующих столбцов:
• beg – момент времени начала сета наблюдения по UT;
• end – момент времени конца сета наблюдения по UT;
• source – название источника;
• RA – прямое восхождение на эпоху, указанную в столбце epoch;
• DE – склонение на эпоху, указанную в столбце epoch;
• epoch – эпоха;
• # - индекс ПТК (Приоритет источника, его Тип, минимальное Количе-
ство сетов в сутки);
• min – длительность сета для данного источника;
• comm – комментарии.
В столбце комментариев, через запятую кратко записывается любая инфор-
мация об источнике, которая, по мнению наблюдателя, может оказаться по-
лезной.
Следует отметить, что при составлении расписания наблюдения, в загла-
вии необходимо учитывать расстановку пробелов между словами. Выполне-
ние этого замечания позволит программе Sched Maker правильно воспринять
информацию, записанную в заглавии, и соответственно отразить её в коммен-
тариях создаваемого управляющего файла. В табл. 1. чётко показана расста-
новка пробелов, для этого пробелы специально были заменены символом
подчёркивания – «_».
Ещё одно требование - название наблюдательной программы, в первой
строке файла расписания должно быть записано одним словом. В случае если
название состоит из нескольких слов, пробелы между словами заменяются
любым удобным символом, например: Тесные_двойные (символ подчёркива-
ния «_»), или Тесные+двойные (символ сложения «+»).
4. Таблица видимости
Как уже отмечалось выше, для формирования SNAP-файла необходимо
составить расписание наблюдения, которое кроме других данных также со-
держит моменты времени, когда следует наблюдать каждый источник. Время
наблюдения объектов определяется согласно их высоте, что можно предста-
вить в виде таблицы видимости источников над горизонтом.
Для расчёта таблицы видимости, сначала, в закладке Расписание с по-
мощью кнопки Открыть файл загружается список источников (см. рис. 2).
После этого, автоматически в таблице видимости источников, закладка Ви-
димость, именами источников из загруженного списка заполняется столбик
6
источник (см. рис. 4). В полях ввода Широта, Долгота и Высота (над уров-
нем моря) указываются координаты наблюдательного пункта. В программе
изначально заложены координаты радиотелескопов сети «Квазар-КВО» об-
серваторий «Светлое», «Зеленчукская» и «Бадары», что делает процедуру
ввода их координат максимально упрощённой - достаточно просто выбрать
название нуждой обсерватории из выпадающего списка Название НП (назва-
ние наблюдательно пункта), и координаты соответствующего радиотелескопа
автоматически будут введены в поля ввода координат.
Далее нужно ввести истинное звёздное время в момент начала суток, ко-
гда планируется проводить наблюдение. Этот параметр можно взять из Ас-
трономического Ежегодника выпускаемого Институтом прикладной астро-
номии РАН.
Теперь остаётся только нажать иконку Рас- считать видимость
(кнопка с рисунком в виде сине-красной синусоиды - ).
Программой сразу же будет заполнена таблица видимости источников. При-
мер результата показан на рис. 4., цифры 0,1,2..23, в самой первой строке таб-
лицы обозначают моменты всемирного времени UT.
Ошибки расчета угла места источников программой Sched Maker не пре-
вышают одного градуса, что достаточно при составлении расписания наблю-
дения. Непосредственно во время наблюдения наведение на источники про-
изводится на основе заданных экваториальных координат посредством FS,
которое для преобразования координат в горизонтальную систему использует
уже наиболее полные и точные алгоритмы.
Рис.4. Расчет таблицы видимости источников. Закладка Видимость.
7
5. Расписание наблюдения
Очередной этап процесса формирования управляющего файла - состав-
ление расписания наблюдения согласно таблице видимости. Источники рас-
ставляются так, чтобы во время своих наблюдательных сетов они находились
как можно ближе к положению кульминации, что обеспечивает наиболее ка-
чественный приём их радиоизлучения. Качество таких записей, в условиях
ясного неба, ограничивается только текущими свойствами системы радиоте-
лескоп-радиометр.
Расписание наблюдения представляет собой текстовый файл с расшире-
нием txt написанное в формате SM-OS-05. Составление расписания наблюда-
тельных программ, как и в случаи списка источников, можно совершать или в
программе Sched Maker (закладка Расписание), или в Блокноте. Пример рас-
писания представлен в табл.2. Как правило, расписание составляется на одни
сутки: первый сет начинается не раньше 00:00:00UT а последний заканчива-
ется не позже 23:59:00UT. Если программа наблюдений запланирована более
чем на сутки, то на каждые сутки создаётся своё расписание, и формируется
свой отдельный SNAP-файл.
Таблица 2. Пример файла расписания наблюдения в формате SM-OS-05.
IDV
Расписание на 12 – 13 Мая 2006 . Зеленчук
Диапазон 3.5 (см) . холодный
beg end source RA DE epoch # min comm
00:00:00 00:20:00 1810+046 181315.96 043932.5 2000 4-a-1 15
00:25:00 01:25:00 1850-01 185031.00 -000154.0 2000 4-a-1 15
01:30:00 01:55:00 1911+048 191149.57 045857.8 2000 4-a-1 15
Как видно из табл. 2., между сетами даётся стандартный промежуток
времени в 5 минут для переброса антенны на следующий источник [3]. Дли-
тельность сетов зависит напрямую от свойств объектов наблюдения: угловой
размер, плотность потока, исследуемый или опорный, связь с другими объек-
тами из списка источников. В зависимости от этих характеристик по сово-
купности всего расписания можно выделить несколько видов наблюдатель-
ных программ, как будет показано ниже.
5.1. Виды наблюдательных программ
При подготовке расписания наблюдений учитываются задачи исследова-
тельской программы, исходя из которой, формируется представление о
структуре будущего наблюдения. В результате уже–более 10-ти летней прак-
тики службы радиометрии сети «Квазар-КВО» выделено три основных вида
наблюдательных программ.
8
1. Первый и простейший – когда наблюдаются однотипные источники. В
этом случае возможно любое расположение источников друг относительно
друга, определяется только таблицей видимости. Допускается для каждого
источника приоритетность, различная длина сетов и количество сетов за су-
тки.
Примером может служить мониторинг звёзд и тесных двойных систем с
целью поиска активности и определения её периодичности. Источники имеют
в отсутствии активности потоки одного порядка. Особо активные имеют при-
оритеты при расстановке в расписании и за сутки наблюдаются несколько
раз.
2. Второй случай – однотипные исследуемые источники с регулярными
сетами опорных «несвязных», расположенных независимо от исследуемых,
источников. Этот вид наблюдательных программ используется, когда количе-
ство исследуемых источников велико и для каждого нет возможности найти
опорный, с достаточно сильным стабильным потоком. Тогда используют не-
сколько хорошо известных стабильных опорных источников. Опорные ис-
точники выбираются с большими потоками и имеют длительности наблюда-
тельных сетов в несколько раз меньше чем у исследуемых. Количество по-
вторных наблюдений одного и того же опорного источника ограничено толь-
ко количеством регулярных сетов, предусмотренных для списка опорных ис-
точников.
По результатам их наблюдений строится зависимость нормированной
эффективной площади поверхности радиотелескопа (включающая информа-
цию о затухании в атмосфере) от высоты наблюдения, зная которую, найден-
ные антенные температуры исследуемых источников преобразуются в плот-
ность потока.
3. Третий вид – исследуемые источники со «связными» опорными. В
данном случае для каждого исследуемого источника имеется близлежащий
опорный источники. Расписание для такого списка источников предстает в
виде пар сетов: сет исследуемого источника, и сразу за ним сет с опорным ис-
точником.
Характерный пример третьего вида – наблюдательные программы ис-
следования внутрисуточных вариаций потоков радиоизлучения (IDV – Intra
Day Variation). Исследуемые источники в подобных программах в большин-
стве имеют потоки порядка 1 Ян и меньше. Достоверное обнаружение малых
вариаций потока требует точного учета поправок потока связанных с измене-
нием эффективной площади поверхности антенны радиотелескопа в процессе
наблюдения, учет быстрых флуктуаций атмосферы. Автоматический учёт та-
ких эффектов происходит при наблюдении опорного источника вблизи ис-
следуемого. Т.е., исследуемый источник напрямую калибруется по опорному
источнику.
Третий вид наблюдательных программ является предпочтительным для
прецизионных наблюдений.
9
5.2. Автоматическая сортировка в расписании
В настоящей версии Sched Maker добавлена процедура автоматического
составления расписания наблюдения в соответствии с таблицей видимости
источников. Алгоритм процедуры основан на сортировке списка источников
методом ПТК (Приоритет, Тип источника, Количество сетов в сутки), пред-
ложенным автором. Данный метод использует так называемые ПТК–индексы,
которые приписываются каждому источнику, и характеризуют три основных
параметра, необходимые при составлении расписания:
• Приоритет – представляется в виде положительных целых чисел, на-
чиная с самого высокого приоритета –1, и далее (обычно не больше четырёх).
Индекс учитывается при сортировке источников по углу места: источник
имеющий больший приоритет (меньший индекс) получает преимущества над
оставшимися источниками наблюдаться в моменты времени своих кульмина-
ций. Так как составление расписания начинается с источников с наибольшим
приоритетом, и далее по убыванию.
• Тип источника – определяет вид наблюдательной программы и харак-
теризует отношение между источниками из списка (исследуемый, опорный,
связка исследуемого с опорным). Индекс Тип принимает буквенно-числовые
значения: a (анг. any)– простейший тип, источник свободный, не “связанный”
ни с каким другим в списке источников; c (анг. calibrator) – источники, опор-
ные по отношению к остальным; i (анг. investigate)– исследуемые источники.
Тип i используется в связке с источниками о -типа в наблюдательных про-
граммах третьего вида. Индексы источников i и c типов в наблюдениях
третьего вида дополняются числами, обозначающих пары исследуемый-
опорный, например: i1 ↔ c1, i2 ↔ c2, и т.д.
• Количество сетов в сутки – определяет максимальное количество се-
тов соответствующего источника за одни суточные наблюдения. Индекс при-
нимает положительные целочисленные значения. Эта характеристика исполь-
зуется в связке с индексом приоритета – у источников с высоким приорите-
том больше шансов набрать максимальное количество сетов.
Индексы ПТК в списке источников записываются через символ тире (см.
рис. 2, табл. 1, табл. 2). Например, для опорного источника 2-го приоритета
(если исследуемый источник имеет несколько опорных источников), связан-
ного с четвертым исследуемым источником, должного наблюдаться до 5-ти
раз в сутки, индекс ПТК принимает вид: 2-с4-5.
В процедуре автоматического составления расписания наблюдения учи-
тывается ещё один параметр, кроме высоты и индексов ПТК, - длительность
сета. В списке источников длительность сета указывается в минутах.
Алгоритм составления расписания начинается с поиска источника, оп-
тимально подходящего для наблюдения в момент времени 00:00:00UT. Поиск
источника производится сортировкой методом ПТК. Вся информация о най-
денном источнике из списка источников (см. табл. 1) заносится в первую
строку таблицы расписания наблюдения (см. табл. 2). Добавлением длитель-
10
