КВНО-2013 15-19 апреля 2013 г. ИПА РАН РСДБ система нового поколения А.В. Ипатов, И.С. Гаязов, С.Г. Смоленцев, М.Е. Варганов, Д.В. Иванов, И.В. Шахнабиев, - презентация

1 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН РСДБ система нового поколения А.В. Ипатов, И.С. Гаязов, С.Г. Смоленцев, М.Е. Варганов, Д.В. Иванов, И.В. Шахнабиев, В.В. Мардышкин, Л.В. Федотов, М.Н. Кайдановский, А.В. Вытнов, А.И. Сальников, А.Г. Михайлов Институт прикладной астрономии РАН, г. Санкт-Петербург, Россия

2 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 2 Требования к характеристикам ПВЗ, определяемых с использованием комплекса средств РСДБ п/п Параметр Технические требования 2012 –2015 гг.2016 – 2020 гг. 1 Задержка формирования и выдачи ПВЗ ΔUTΔUT6 часов КП3 суток Параметры нутации и прецессии 3 суток 2 Периодичность выдачи ПВЗ ΔUTежедневно3-4 раза в сутки КПеженедельно Параметры нутации и прецессии еженедельно 3Точность ΔUT, мс0,070,02 КП, м0,030,01 Параметры нутации и прецессии, м 0,010,003

3 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 3 Технические характеристики комплекса средств РСДБ Параметр 2012 –2015 гг.2016 – 2020 гг. Время работы 1 час ежедневно, 24 часа раз в неделю 1 час 3-4 раза в сутки Время восстановления~ месяц< 24 часов Диаметр антенны32 м13 м Скорость движения 1.6 град/сек12 град/сек Частоты приемаS/XS/X/Ka Полоса регистрации8 х 16 МГц8 х 512 МГц Скорость записи128; 256 Мбит/с 8 16 Гбит/с Передача данных Транспортировка дисков, е-РСДБ е-РСДБ

4 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 4 Принципы построения радиоинтерферометра нового поколения Радиотелескопы нового радиоинтерферометра должны быть полностью совместимы с радиотелескопами сети «Квазар-КВО»; Проект должен быть основан на результатах международной рабочей группы «VLBI-2010»; Должны учитываться условия радиоклимата в местах расположения радиотелескопов; Радиотелескопы должны работать 24 часа в сутки 7 дней в неделю; Радиотелескопы должны быть расположены на максимально возможном расстоянии по долготе.

5 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 5 3 диапазона частот: –полоса частот 512 МГц × 2 поляризации; –или полоса 1024 MHz × 1 поляризация. Двухбитовое квантование. Поток данных: –2 Гбит/с в каждом канале; –16 Гбит/с всего. Рабочие диапазоны частот интерферометра нового поколения

6 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 6 3 полосы по 512 МГц, в диапазоне 7.0 – 9.5 ГГц (X-band), для определения групповой задержки; 1 полоса – в диапазоне 2.2 ГГц (S-band), шириной около 300 МГц – для определения ионосферной задержки. Точность определения групповой задержки – до 4 пс. Первый этап проекта

7 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 7 3 полосы в диапазоне 28 – 34 ГГц (Ka-band), с синтезированной полосой 6 ГГц – для определения групповой задержки; 1 полоса в диапазоне ГГц (X-band) – для определения ионосферной задержки. Второй этап проекта Точность определения групповой задержки – до 2 пс.

8 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 8 Радиоинтерферометрический комплекс «Квазар-КВО» 2015 год км км км Обсерватория « Светлое» Обсерватория «Зеленчукская» Обсерватория «Бадары»

9 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 9 Диапазон принимаемых частот: 2 – 40 ГГц Диаметр главного зеркала: 13.2 м Точность поверхности: 0.2 мм Монтировка: альт-азимутальная Кольцевое облучение Подвеска контррефлектора: гексопод КИП = 0.8 Скорость по азимуту: 12 град/с Скорость по углу места: 6 град/с Точность сопровождения: 16 угл. с Антенная система радиотелескопа РТ-13 Vertex Antennentechnik GmbH

10 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 10 Особенности АС радиотелескопа РТ-13 Источник погрешностиВеличина погреш- ности, мм Угломестная часть, гравитация0,1 Угломестная часть, ветер0,1 Азимутальная часть, ветер0,1 Всего0,3 погрешности геометрической задержки в АС Расстояние между осями АЗ и УМ< 0,3 мм Перпендикулярность осей АЗ и УМ< 10 Расстояние между осью У м и осью рефлектора < 0,3 мм Перпендикулярность осей УМ и рефлектора < 10 Отклонение оси АЗ от вертикали< 5 Отклонение оси УМ от горизонтали< 5 Биение оси АЗ< ± 150 мкм Биение оси УМ< ± 50 мкм механические характеристики АС

11 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 11 Приемная система радиотелескопа РТ-13 Диапазон Рабочий диапазон частот, ГГц Поляризация Оценка ЭШТВ, К Ширина диаграммы направленности облучателя (-16 дБ) Кол-во субканалов ПЧ Режимы работы S 2.2 – 2.6 Левая и правая круговые S + 3X 1X + 3Ka X 7.0 – Ka 28 – КПФБ Облучатель Коммутатор кШСПС, СФК, СЧВС БКС отСЧВС СЭДКУ МКС ВС ПСР от СФК МШУ преобраз. каналы-S преобраз. каналы-Ка преобраз. каналы-Х кШСПС к ЦКУР

12 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 12 Калибровка приемной системы радиотелескопа по шумовой температуре Охлаждаемая согласованная нагрузка 1 излучатель; 2 криостат; 3 клапан; 4 корпус; 7 экран; 8 теплоизолятор; 9 стенка; 10 теплоизолятор; 11 стенка; 12 теплоизолятор; 13 окно; 14 термометр; 15 разъем вакуумный ОСР32АТВ; 16 фланец вакуумный; 17 фланец для подвода жидкого азота; 18 дренажное отверстие; 19 экран вакуумной изоляции; 20 обрамление вакуумного окна КПФБ

13 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 13 Широкополосная цифровая система преобразования сигналов Аналого-цифровое преобразование 8 параллельных сигналов с полосой 512 МГц. Измерение мощности в каждом канале. 2-битное цифровое квантование. Суммарная скорость информационного потока 16 Гбит/c. Формирование информационных потоков VDIF. Передача информационных потоков через интерфейс 10G Ethernet. Входы ПЧ От СЧВС Канал 1 цифрового преобразования Модуль синхронизации GE...

14 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 14 Система частотно-временной синхронизации радиотелескопа РТ-13 частота опорных сигналов, МГц 100 нестабильность частоты (t=1 час) < режим работынепрерывный

15 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 15 Система управления радиотелескопом Локальная вычислительная сеть Центральный компьютер управления радиотелескопом

16 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 16 Единая система централизованного контроля и планирования Задачи: удаленный мониторинг и контроль параметров радиотелескопов; подготовка РСДБ расписаний; ведение базы данных РСДБ Состав: сервер для хранения базы данных РСДБ наблюдений; распределенные программные средства, работают на сервере и на центральных компьютерах управления радиотелескопов; компьютер оператора с интерфейсом системы

17 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 17 ШСПС 8 каналов по 2 Гбит/с 8х10GbE Сisco 4900M 12х10GbE (320 Гбит/с) Сisco 4900M Сервер Dell PE R720 Масив PowerVoult MD1220 (~10Тбайт) Cisco Nexus х10GbE (520Гбит/с) Сервер Dell PE R720, SAS-контроллер Масивы PowerVoult MD1220 ~40Тбайт Узлы доступа: Карачаево-Черкесский и Бурятский филиалы «Ростелеком» Обсерватории «Бадары», «Зеленчукская» Узел доступа, СПб Узел доступа, Москва Коррелятор Волоконно-оптический кабель Cisco Nexus х10GbE ИПА РАНВНИИФТРИ Сервер Dell PE R720, SAS-контроллер МО РФ Структурная схема системы буферизации и передачи данных

18 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 18 Оценка времени доставки данных часовой сессии в центр обработки п/п Пропускная способность канала связи, Гбит/с Информационная скорость передачи в канале связи для протокола Tsunami, Гбит/с Время доставки данных часовой сессии, час 110, ,74,7 3107,01,2 Объем данных РСДБ-наблюдений часовой сессии 30(с)*60(скан)*16(Гбит/с)/8 = 3600 Гбайт

19 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 19 Этапы проекта 2012разработка эскизного проекта 2013разработка РКД начало строительства АС изготовление аппаратуры 2014завершение строительства АС оснащение радиотелескопов аппаратурой 2015проведение испытаний ввод в эксплуатацию интерферометра

20 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 20 Спасибо за внимание

21 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 21

22 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 22

23 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 23

24 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 24

25 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 27 февраля 2013 г. o Точность определения ПВЗ: 0.1 мс дуги для координат полюса, углов нутации и прецессии, 10 мкс для всемирного времени; o Частота получения данных: 3–4 раза в сутки. Создание специализированных радиоинтерферометров на базе антенн с диаметром зеркала не более 13 м для оперативного обеспечения системы ГЛОНАСС данными о всемирном времени; Создание и внедрение программных корреляторов. Перспективные требования к комплексу средств определения и прогнозирования ПВЗ (до 2020 г.)

26 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 26 Старт РСДБ-сессии Ru-U Буферизация и хранение данных в 2-х обсерваториях. Передача данных часовой сессии в ЦКО по ВОЛС Передача данных по ЛВС ЦКО РАН на коррелятор Корреляционная обработка. Постпроцессор- ная обработка. Вторичная обработка Передача данных в ЦКО ВНИИФТРИ Буферизация и хранение данных в ЦКО РАН Передача результатов обработки в МО РФ Поток, 16 Гбит/с от ШСПС Алгоритм передачи РСДБ-данных из обсерваторий в ЦКО ОБСЕРВАТОРИЯ ЦКО РАН

27 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 27 Макет оптического модуля передачи опорных сигналов

28 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 28 Система частотно-временной синхронизации радиотелескопа РТ-13 Частоты опорных сигналов, МГц5 и 100 Вносимая нестабильность частоты, на интервале усреднения 1 час не должна превышать Точность привязки ШВ к UTC(SU), не более, нс 2 Точность фазовой калибровки радиочастотного тракта, не менее, пс 1 Режим работынепрерыв- ный ОВЛ

29 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 29 Общий вид трехдиапазонного облучателя 1 – излучатель Ka диапазона; 2 – излучатель X диапазона; 3 – излучатель S диапазона; 4 – сдвоенный кольцевой мост S диапазона; 5 – согласованная нагрузка; 6 – синфазный делитель X диапазона; 7 – синфазный коаксиально волноводный переход X диапазона; 8 – полужесткий коаксиальный кабель; 9 – несущий корпус облучателя.

30 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 30 Структурная схема радиотелескопа РТ-13

31 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 31 Макет каналов широкополосной цифровой системы преобразования сигналов Корреляционный отклик (амплитуда, фаза и модуль спектра мощности) при наблюдении источника на базе Светлое-Зеленчукская в полосе 512 МГц Х-диапазона частот 21 сентября 2012 года с помощью разработанных макетов

32 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 32 Место установки радиотелескопа РТ-13 Выбор места установки радиотелескопа РТ-13 в обсерватории осуществлялся с учетом следующих требований : не нарушаются графики работ инструментов обсерватории, минимальные углы закрытия от окружающих объектов, удобное подключение к инженерным сетям, сохранение створов локальных геодезических сетей, наличие достаточных площадей для сооружения подъездных дорог и площадок, для проведения монтажно-юстировочных работ, минимальный ущерб инструментам обсерватории и благоустройству.

33 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 33 Цель ОКР «Квазар-М» создание двухэлементного радиоинтерферометра на основе антенн с диаметром зеркала 12-13м, установленных на узлах колокации "Бадары" и "Зеленчукская" РСДБ-комплекса "Квазар-КВО" оперативное определение Всемирного времени ежедневно 3-4 раза в сутки с погрешностью не более 20 мкс; обеспечение возможности подключения радиоинтерферометра к аналогичным зарубежным радиоинтерферометрам с целью проведения комплексом «Квазар-КВО» совместных наблюдений в составе Международной сети станций для получения: координат полюса с погрешностью 3 мм, углов нутации и прецессии с погрешностью 100 мкс дуги и определению Всемирного времени с погрешностью не более 10 мкс, а также контроля получаемых данных о ПВЗ и системах координат; обеспечение передачи данных радиоинтерферометрических наблюдений в ЦКО РАН, ГМЦ ГСВЧ и обработанных данных в систему определения ПВЗ Минобороны России.

34 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН февраля 2013 г. Международный проект «РСДБ-2010»: системные характеристики ПараметрТекущее состояниеРСДБ-2010 Время работы24 часа, раз в неделюКруглосуточно Время восстановленияДо нескольких месяцев< 24 часов Диаметр антенны м~ м Скорость движения ~ град/мин 360 град/мин Частоты приемаS/X ~ 2 15(18) ГГц Скорость записи128; 256 Мбит/с 8 16 Гбит/с Передача данных Транспортировка дисков, в отдельных случаях е- РСДБ е-РСДБ, в отдельных случаях транспортировка дисков Число станций 40, распределенных случайным образом 40, распределенных оптимальным образом Число станций, оснащенных не менее, чем 3/4 средствами измерений 16/540/20

35 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН февраля 2013 г. ПродуктПараметрЦель Координаты полюса (x p, y p ) точность скорость получения временное разрешение частота наблюдений 25 мкс дуги 1 сутки 10 мин 1 час ежедневно, круглосуточно Всемирное время (UT1-UTC) точность скорость получения временное разрешение частота наблюдений 2 мкс 1 сутки 10 минут ежедневно, круглосуточно Углы нутацииточность скорость получения временное разрешение частота наблюдений 25 мкс дуги 1 сутки 1 сутки 1 раз в неделю Небесная система координат точность частота наблюдений 0.15 мс дуги 1 месяц Земная система координат точность2 мм Международный проект «РСДБ-2010»: основные продукты

36 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 36 Целевые индикаторы и показатели ФЦП Развитие системы ГЛОНАСС п/п. Целевые индикаторы и показатели Погрешность определения ПВЗ: координаты полюса в оперативном режиме (м)0,06 0, координаты полюса в апостериорном режиме (м)0,03 0, Всемирное время в оперативном режиме отечественными средствами (мс) 0,07 0, Всемирное время в апостериорном режиме (мс)0,03 0, параметры прецессии и нутации (м)0,01 0,003

37 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 37 Квазар / Квазар-М системные характеристики ПараметрКвазарКвазар-М координаты полюса в апостериорном режиме (мм) 3 Всемирное время в оперативном режиме отечественными средствами (мкс) 20 Всемирное время в апостериорном режиме (мкс) 10 параметры прецессии и нутации (мкс) 100

38 КВНО апреля 2013 г. ИПА РАН 38 Особенности АС радиотелескопа РТ-13 Расстояние между осями А з и У м < 0,3 mm Перпендикулярность осей А з и У м < 10 arcsec Расстояние между осью У м и осью рефлектора< 0,3 mm Перпендикулярность осей У м и рефлектора< 10 arcsec Отклонение оси А з от вертикали< 5 arcsec Отклонение оси У м от горизонтали< 5 arcsec Биение оси А з < ± 150 μm Биение оси У м < ± 50 μm