Формирование и коррекция радиоизображений на многоантенном радиоинтерферометре с частотным сканированием: Применительно к ССРТ
Диссертация
При написании работы автор постоянно чувствовал поддержку и помощь всего коллектива радиоастрономического отдела. Автор глубоко признателен научному руководителю Г. Я Смолькову и научному консультанту В. П. Максимову. Автор благодарен С. М. Кузнецовой и Д. В. Просовецкому за помощь в разработке программного обеспечения для решения задач восстановления и интерпретации данных, Б. В. Агалакову и Б… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ЗАДАЧИ, ВОЗЛАГАЕМЫЕ НА ССРТ, ТРЕБОВАНИЯ К ЕГО ПАРАМЕТРАМ И ПРОГРАММА НАБЛЮДЕНИЙ
- 1. 1. Существующие радиотелескопы, используемые для наблюдений Солнца
- 1. 2. Сибирский солнечный радиотелескоп (ССРТ)
- 1. 2. 1. Основные характеристики ССРТ
- 1. 2. 2. Структура волноводной системы сбора СВЧ-сигналов
- 1. 2. 3. Приемные системы
- 1. 2. 4. Построение и восстановление радиоизображений
- 1. 2. 5. Обзор наблюдений и данных
- 1. 2. 6. Научно-техническое сотрудничество
- 1. 3. Системный подход к проектированию Сибирского солнечного радиотелескопа
- ГЛАВА 2. ОПТИМАЛЬНАЯ ДИСКРЕТИЗАЦИЯ ДВУМЕРНЫХ РАДИОИЗОБРАЖЕНИЙ СОЛНЦА ПРИ НАБЛЮДЕНИЯХ НА КРЕСТООБРАЗНОМ РАДИОИНТЕРФЕРОМЕТРЕ С ЧАСТОТНЫМ СКАНИРОВАНИЕМ
- 2. 1. Модель сигнала с ограниченным (финитным) спектром
- 2. 2. Принцип организации двумерного разрешения'
- 2. 3. Оптимальная дискретизация двумерных радиоизображений
- 2. 4. Сетка перестраиваемых частот
- 2. 5. Сетка фиксированных частот
- 2. 6. Формирование радиокарты в двумерном режиме с фиксированным частотным разносом
- 2. 7. Влияние полосы частот канала приемного устройства на пространстранственную частотную характеристику ССРТ
- 2. 8. Выбор конкретного варианта реализации частотного разноса — многочастотное приемное устройство ССРТ
- 2. 9. Режим прерывистого сканирования
- 2. 10. Основные результаты
- ГЛАВА 3. СИНТЕЗ РАДИОИЗОБРАЖЕНИЙ СОЛНЦА НА ССРТ ПРИ НАБЛЮДЕНИЯХ С НОЖЕВОЙ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ
- 3. 1. Постановка задачи и радоновские образы
- 3. 2. Восстановление радиоизображения в пространстве Фурье-спектров
- 3. 3. Основные этапы восстановления по проекциям
- 3. 4. Алгоритм восстановления радиоизображения по сканам
- 3. 5. Интерполяция и фильтрация кубическими сплайнами
- 3. 6. Восстановление сканов, учитывая пространственный спектр ДН
- 3. 7. Двумерная интерполяция на U-V — плоскости
- 3. 8. Экстраполяция спектра радиоизбражения Солнца методом Гершберга-Папулиса
- 3. 9. Экстраполяция спектра радиоизбражения Солнца методом проекции на выпуклые множества
- 3. 10. Основные результаты
- ГЛАВА 4. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ СОЛНЦА НА ССРТ ч* МОДИФИЦИРОВАННЫМ ФИЛЬТРОМ ВИНЕРА-ТИХОНОВА ЭВОЛЮЦИОННЫЙ)
- 4. 1. Методы восстановления радиоизображений
- 4. 1. 1. Постановка задачи восстановления
- 4. 1. 2. Обзор методов коррекции сглаживающего действия аппаратной функции (ДН)
- 4. 1. 3. Метод чистки (CLEAN)
- 4. 1. 4. Метод максимальной энтропии (ММЕ)
- 4. 1. 5. Метод инверсной фильтрации со стабилизирующим функционалом
- 4. 2. Анализ предельного разрешения радиотелескопа на основе сфероидальных волновых функций
- 4. 3. Восстановление изображения Солнца на ССРТ модифицированным фильтром
- 4. 1. Методы восстановления радиоизображений
- Винера-Тихонова
- 4. 4. Планирование эксперимента при исследовании слабоконтрастных образований в короне Солнца
- 4. 5. Основные результаты
Список литературы
- Есепкина Н.А., Корольков Д. В., Парийский Ю. Н. Радиотелескопы и интерферометры. М.: Наука, 1973.415 с.
- Willson R.F., Lang К. R. Polarized horseshoes around sunspots at 6 centimeter wavelength// Astrophysical Journal. 1982. V. 255. P. LI 11 LI 17.
- Железняков В.В. Радиоизлучение Солнца и планет. М.: Наука, 1964. 560 с.
- Болдырев С.И. Микроволновые источники излучения в магнитосферах активных областей на Солнце// Дисс. соискание уч. степени к.ф.м.н. Москва, 1999. 141с.
- Akhmedov Sh.B., Borovik V.N., Gelfreikh G.B., Bogod V.M., Korzhavin A.N., Petrov Z.E., Dikij V.N., Lang K. R., Willson R.F. Structure of a solar active region from RATAN-600 and Very Large Array observations// Astrophys. J. 1986. V. 301. P. 460−464.
- Schmahl E.J., Gopalswamy N., Kundu M.R. VLA observations of active region 5555 during the 1st max'91 campaign// Proc. Max'91/SMM Solar Flares: observations and theory/Eds. Winglee R.M., Kiplinger A.L. Boulder: University of Colorado. 1990. P. 23−28.
- White S.M., Lee J., Kundu M.R. The emergence of a Solar Active Region// Second advances in solar euroconference: three-dimension structure of solar active regions/Eds. Alissandrakis C., Schmieder B. San Francisco, USA. 1998. P. 130−134.
- Nakajima H., Nishio M., Enome S., Shibasaki К, Takano Т., Hanaoka Y., Torii Ch., Sekiguchi H., Bushimata T. et al. The Nobeyama Radiogeliograph// Nobeyama Radio Observatory Report, N 357. 1994.
- Железняков B.B. Излучение в астрофизической плазме. М.: Янус-К, 1997. 528 с.
- Крюгер А. Солнечная радиоастрономия и радиофизика. М.: Мир, 1984. 469 с.
- Kundu. M.R. Solar radioastronomy, v. I, II. N.Y., L., S., 1965. 660 p.
- Смольков Г. Я., Тресков Т. А., Криссинель Б. Б., Потапов Н. Н. Основные проектные параметры Сибирского солнечного радиотелескопа// Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М: Наука, 1983. Вып. 64. С. 130−148.
- Гречнев В.В., Лесовой С. В., Смольков Г. Я. и др. Сибирский Солнечный радиотелескоп: современное состояние инструмента, наблюдения и данные.// Препринт ИСЗФ СО РАН № 1−03. 2003. 38 с.
- Лубышев Б.И., Тресков Т. А. ССРТ: основные формулы для обработки данных наблюдений Солнца// Препринт ИСЗФ СО РАН № 4−96. 1996. 36 с.
- Ярославский Л.П. Введение в цифровую обработку сигналов. М.: Сов. Радио, 1979. 312 с.
- Котельников В.А. О пропускной способности «эфира» и проволоки в электросвязи. М.: Институт радиотехники и электроники МЭИ (ТУ), 2003. 24 с.
- Джери А.Д. Теорема отсчетов Шеннона, ее различные обобщения и приложения.// ТИИЭР. 1977, N 11. С. 53−89.
- Драган Я.П. Модели сигналов в линейных системах. Киев: Наукова думка, 1972.302 с.
- Хургин Я.И., Яковлев В. П. Методы теории целых функций в радиофизике, теории связи и оптике. М.: Физматгиз, 1962. 220 с.
- Miyakava Н. // J. Inst. Electr. Commun. Engs. Japan, 1959. V 42. P 4−10.
- Игнатьев H.K. Общие методы исследования систем с дискретизацией// Электросвязь. 1960, № 8, С. 3−11
- Игнатьев Н.К. Оптимальная дискретизация двумерных сообщений// Изв. Вузов. Радиотехника. 1961, № 6. С. 21- 26.
- Питерсен Д. Методы дискретного и быстрого преобразования Фурье для N-мерных решеток.// ТИИЭР. 1970. Т. 58, N 8, С. 170−172.
- Турбович И.Т. К вопросу о применении теоремы Котельникова к функции времени с неограниченным спектром.// Изв. Вузов. Радиотехника. 1956. Т. 13. N8. С. 11−12.
- Харкевич А. А. Спектр и анализ. М.: Гостехиздат, 1957. 236 с.
- Железное Н.А. Некоторые вопросы теории информационных электрических систем.// Труды ЛКВИА. Т. 191. 1960. С 155−160.
- Gabor D. Theory of Information.// J. IEE. 1946. V. 93 P. 429−457.
- Бриллюэн JI. Наука и теория информации. М.: Физматгиз, 1960. 255 с.
- Колмогоров А.Н., Тихомиров В. Н. в -энтропия и е емкость множеств в функциональных пространствах.// УМН. 1959. Т. 14. Вып. 2. С. 3- 86.
- Драган Я.П. Структура и представления моделей стохастических сигналов. Киев: Наук. Думка, 1980. 384 с.
- Цыбаков Б.С., Яковлев В. П. О точности восстановления функции с помощью конечного числа членов ряда Котельникова.// Радиотехника и электроника. 1959. Т. 4, N 3. С. 542−552.
- Ландау Г. Метод выборок, передача информации и частота Найквиста.// ТИИР. 1967. Т. 55, N 10. С. 56−62.
- Рисовер Л.М. Аналогово-цифровой фильтр нижних частот в качестве интегрирующего устройства на выходе приемника радиотелескопа. // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М: Наука, 1975. Вып. 37. С. 225−232.
- Обухов А.Г., Рисовер Л. М. Оптимальная дискретизация и интерполяция двумерных радиоизображений// Известия ВУЗов. Радиофизика. 1976. Т. 19, № 11.С. 1711−1715.
- Поллард Дж. Справочник по вычислительным методам статистики. Перевод с англ. М.: Финансы и статистика, 1982. 344 с. .
- Баландин А. Л., Кузнецова С. М., Обухов А. Г., Смольков Г. Я. Построение радиоизображения Солнца на ССРТ методом компьютерной томографии// Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1991. Вып. 95. С. 3−15.
- Обухов А.Г. Оптимальное размещение отсчетов двумерного распределения радиояркости// Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1975. Вып. 37. С. 220−224.
- Касьянов Г. Т., Котович В. В., Обухов А. Г. Режим прерывистого сканирования в ССРТ// Тезисы XVIII Всесоюзной радиоастрономической конференции. Иркутск, 1986. 106 с.
- Bracewell R.N. Strip integration in radioastronomy// Austr. J.Phys. 1956. V. 9. P. 198−217.
- Bracewell R. N, Riddle A.C. Inversion of fanbeam scans in radioastronomy// The Astrophys. J. 1967. V.150. P. 427−434.
- Даджион Д., Мерсеро P. Цифровая обработка многомерных сигналов. М.: Мир, 1988.488 с.
- Хермен Г. Восстановление изображений по проекциям. В кн. Основы реконструктивной томографии. М.: Мир, 1983. 352 с.
- Вайнштейн Б.К., Михайлов A.M. Некоторые свойства синтеза проектирующих функций//Кристаллография. 1972. Т. 17. Вып. 2. С. 257−263.
- Вайнштейн Б.К., Орлов С. С. К теории восстановления функций по их проекциям//Там же. С. 253−257.
- Мерсеро Р., Оппенхейм А. Цифровое восстановление многомерных сигналов по их проекциям // ТИИЭР. 1974. Т.62, № 10. С. 29−51.
- Агалаков Б.В., Баландин A. JL, Кузнецова С. М., Обухов А. Г., Смольков Г. Я. Построение радиоизображения Солнца на ССРТ в режиме линейного интерферометра// XXI Всесоюзная конференция «Радиотелескопы и интерферометры». Ереван, 1989. С. 245−246.
- Balandin A.L., Kuznetsova S.M., Obukhov A.G. Solar Radio Image synthesis on the SSRT in observations with a knife-edge beam// XXII Young European Radio Astronomers' Conference (Programme and abstracts). Kharkov, 1989. 47 p.
- Агафонов М.И. Томография при. ограниченном числе проекций. I. Радиоастрономический подход к проблеме и метод 2-CLEAN DSA// Препринт НИРФИ РАН № 476. Нижний Новгород, 2003. 30 с.
- Минченко Б.С. Синтез радиоизображений на радиотелескопе РАТАН 600// Изв. вузов. Радиофизика. 1983. Т. 26, № 11. С. 463−1471.
- Гершенгорн Г. И., Обухов А. Г. Фильтрация и изображений кубическими сплайн-функциями для ССРТ// XVIII Всесоюзная конференция «Радиотелескопы и интерферометры». Иркутск, 1986. С. 147−148.
- Марчук Г. И. Методы вычислительной математики. М.: Наука, 1977. 456 с.
- Быстрые алгоритмы в цифровой обработке изображений/ Под ред. Т. С. Хуанга. М.: Радио и связь, 1984.224 с.
- Язев С.А., Зубкова Г. Н., Лубышев Б. И., Нефедьев В. П. О «неожиданной» вспышке 23 августа 1988 г.// Солнечные данные. 1990, № 6. С.76−81.
- Потапов Н.Н. Первичная обработка одномерных сканов// Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1989. Вып.87. С. 215 218.
- Reinsch С.Н. Smoothing by spline function/ANumer. Math. 1967. V. 10, N 3. P.177−183.
- Harris J.L. Image evaluation and restoration// J. Opt. Soc. Amer. 1966. V. 56. P.569−574.
- Виткус Р.Ю., Ярославский Л. П. Адаптивные линейные фильтры для обработки изображений// Адаптивные методы обработки изображений. М.: Наука, 1988. С. 6−34.
- Тихонов А.Н., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач. М.: Радио и связь, 1986, 304 с.
- Василенко Г. И., Тараторин A.M. Восстановление изображений. М.: Радио и связь, 302 с.
- Harris J.L. Information extraction from diffraction limited imagery// Pattern Recognition J. 1970. V. 2.P. 69−77.
- Steer D.G., Dewdnew P.E., Ito M.R. Enhancements to deconvolution algorithm «CLEAN"//Astron. Astrophys. 1984. V. 137, N2. P.159−165.
- Шафер P., Мерсеро P., Ричарде M. Итерационные алгоритмы восстановления сигналов при наличии ограничений// ТЖЭР. 1981. Т.69. № 4. С.432−442.
- С.М. Кузнецова, Обухов А. Г., Смольков Г. Я. Модификация алгоритма Гершберга-Папулиса для коррекции радиоизображений протяженных источников// Тезисы XXII Всесоюзной конференции «Радиотелескопы и интерферометры». Ереван, 1990. С. 156−157.
- Бейтс P. X., Гарден К. Л., Петере Т. М. Реконструктивная вычислительная томография// ТИИЭР. 1983. Т. 71, № 3. С. 84−104.
- Наттерер Ф. Математические аспекты компьютерной томографии. М: Мир, 1990. 280 с.
- Сезан М, Старк Г. Применение теории выпуклого проецирования для восстановления изображений в томографии и смежных областях.// В кн.: Реконструкция изображений/ Под редакцией Старка Г. М.: Мир, 1992. 633 с.
- Хенсон К. Байесовские и подобные методы и реконструкция изображений по неполным данным. // В кн.: Реконструкция изображений/ Под редакцией Г. Старка. М.: Мир, 1992. 633 с.
- Бергман Л. М. Нахождение общих точек выпуклых множеств методом последовательных проекций.// ДАН СССР. 1965. Т. 162. В. 3. С. 487.
- Губин Л. Г., Поляк Б. Т., Райк Е. В. Метод проекций для нахождения общих точек выпуклых множеств. // ЖВМ и МФ. 1967. Вып. 7. С. 1−5.
- Юла Д. К. Математическая теория восстановления изображений методом выпуклых проекций. В кн.: Реконструкция изображений/Под редакцией Старка Г. Пер. с англ. -М: Мир, 1992. 633 с.
- Прэтт У. Цифровая обработка изображений, Т. 1. М.: Мир, 1982, 310 с.
- ВО. Кузнецова С. М., Обухов А. Г., Смольков Г. Я. Вычислительные аспекты построения двумерных радиоизображений// Тезисы XXII Всесоюзной конференции «Радиотелескопы и интерферометры». Ереван, 1990. С. 158−159.
- Криссинель Б. Б., Кузнецова С. М., Обухов А. Г., Смольков Г. Я. Восстановление изображений Солнца в случае слабого заполнения спектральной плоскости методом проекции на выпуклые множества// Известия ВУЗов. Радиофизика. 1997. Т. 39, № 11−12. С. 1483 -1489.
- Bracewell R.N. Two-dimensional aerial smoothing in radio astronomy.// Austron. J. Phys. 1957. V 19, N 3. P. 297−314.
- Bracewell R.N. Restauration in the presence of errors. // Proc. IREE. 1958. V 46, N l.P. 106−111.
- Phillips D. L A technique for the numerical solution of certain integral equations of the first kind.//J. Assoc. Comput. Mach. 1962. V. 9, N 1. P. 84−97.
- Twomey S. The application of numerical filtering to the solution of integral equation encountered in indirect sensing measurements.// J. Franklin Inst. 1965. V. 279, N2. P. 95−109.
- Biraund Y. A new approach for increasing the resolving power by data processing.// Astron. Astrophys. 1969. V. l.P. 124−127.
- Турчин В.Ф. Решение уравнений Фредгольма I рода в статистическом ансамбле гладких функций.// Журн. вычисл. математики и мат. физики. 1967, № 6. С. 1270−1284.
- Турчин В.Ф. Выбор ансамбля гладких функций при решении обратной задачи.//Журн. вычисл. математики и мат. физики. 1968. Т .8, № 1. С. 230−238.
- Турчин В.Ф., Козлов В.П, Малкевич М. С. Использование методов математической статистики для решения некорректных задач. //УФН. 1970. Т. 102. Вып. 3. С 345−386.
- Фридман П. А Некоторые вопросы построения радиоастрономического радиоизображения // Автореф. дис. канд. физ-мат.наук. JL: ГАО АН СССР, 1972.
- Кременецкий С.Д., Путилов В. А., Рисовер J1.M., Смольков Г. Я. Методы построения и обработки радио изображений Солнца. М.: Наука, 1983. 128 с.
- Hogbom J.A. Aperture Synthesis with a Non-Regular Distribution of Interferometer Baselines// Astron. Astrophys. Suppl. 1974. V. 15.P.417- 426.
- Schwartz U.J.// Astron. Astrophys. 1978. V. 65, N 3. P. 345−351.
- Clark B.G.// Astron. Astrophys. 1980. V. 89. P. 377−383.
- Cornwell T.J.// Astron. Astrophys. 1983. V. 121. N 2. P.281−288.
- Steer D.G., Dewdney P.E., Ito M.R. // Astron. Astrophys. 1984.V. 137. № 2. P.159−162.
- Friden B.R. Restoration with maximum likelihood and maximum entropy.// J. Opt. Soc. Amer. 1972.V.62, № 4. P. 511−518.
- Jaynes E.T. Prior probabilities.// Trans. IEEE. 1968. V. SSC-4, № 2. P. 227−241.
- Abies J.G., Maximum Entropy Spectral Analysis// Astron. Astrophys. Suppl. 1974. V.15, P. 383−393.
- Wenecke S.J. and L.R. D’Addario. Maximum Entropy Image Reconstruction// IEEE Trans. Comput. l977.C-26.P. 351−364.
- Gull S.F. and G.J. Daniell, Image Reconstruction from Incomplete and Noisy// Nature. 1978. V 272.P. 686−690.
- Тихонов A.H., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1979. 288 с.
- Тихонов А.Н., Гончарский А.В, Степанов В. В и др. Регуляризирующие алгоритмы и априорная информация. М.: Наука, 1983. 200 с
- Гончарский А.В., Леонов А. С., Ягола А. Г. Методы решения интегральных уравнений Фредгольма 1-го рода типа свертки.- В кн.: Некоторые вопросы автоматизированной обработки и интерпретации физических экспериментов. М.: МГУ, 1973. Вып. 1. С. 170−191.
- Винер Н., Пэли Р. Преобразование Фурье в комплексной плоскости. М.: Наука, 1964. 267 с.
- Хургин Я. И и Яковлев В. П. Финитные функции в физике и технике. М.: Мир, 1971.408 с.
- Кузнецова С.М., Обухов А. Г., Смольков Г. Я. Восстановление радиоизображения на ССРТ методом проекций на выпуклые множества// Труды V Международной конференции «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж, 1999. С. 539−543.
- Maksimov V.P., Prosovetsky D.V.// Proceeding of 10th European Solar Physics Meeting, 9−14 September 2002, Prague, Czech Republic, P. 689.
- Кузнецова C.M., Обухов А. Г., Просовецкий Д. В. // Тезисы докладов конференции «Магнитные поля и трехмерная структура солнечной атмосферы». Иркутск, 2003. С. 52.
- Максимов В.П., Просовецкий Д. В., Кузнецова С. М., Обухов А. Г. Особенности радиоизлучения корональных дыр в прилимбовых областях// Тезисы докладов конференции «Магнитные, поля и трехмерная структура солнечной атмосферы». Иркутск, 2003. С. 17.
- Томпсон Р., Моран Дж., Свенсон Дж. Интерферометрия и синтез в радиоастрономии. М.: Мир, 1989. 568 с.
- Nindos A., Kundu М. R., White S. М., Gary D. Е., Shibasaki К., Dere К. Р. Microwave and Extreme Ultraviolet Observations of Solar Polar Regions.// Astrophys. J., 1999. V. 527. P. 415−425.
- Максимов В.П., Просовецкий Д. В., Криссинель Б. Б. Наблюдения ярких корональных точек на волнах 5,2 и 1,76 см. Письма в Астрон. ж., 2001, т. 27, № 3, с. 220−226.
- Криссинель Б.Б., Кузнецова С. М., Максимов В. П., Просовецкий Д. В., Степанов А. П., Шишко Л. Ф. Наблюдения корональных дыр на длине волны 5,2 см// Известия РАН, серия физ. 2000, т. 64, с. 1862−1867.