Программное обеспечение для обработки данных РАТАН-600
Просмотреть данные наблюдений Солнца на РАТАН-600 в различных графических представлениях, посчитать основные параметры локальных источников можно в режиме онлайн, на странице: http://www.spbf.sao.ru/rat_search (рекомендуется открыть в отдельном окне). На этой странице также можно выполнить поиск данных на заданную дату, скачать их на свой компьютер, и обрабатывать в оффлайне с помощью Windows-приложения WorkScan.
Онлайн help к WorkScan и история изменений программы приведены здесь.
Последнюю версию программы WorkScan (или, при желании, какую-то из предыдущих версий) можно скачать здесь.
См. также описание WorkScan в препринте:
- Гараимов В.И. Обработка массивов одномерных векторов данных в ОС Windows. Программа Work Scan — версия 2.3; Препринт САО РАН. 127Т. Н. Архыз. 1997
Основная часть методики обработки данных РАТАН-600, использованная в WorkScan, описана в статье:
- В.М.Богод, Ш.Б.Ахмедов, В.Н.Боровик, Р.Ф.Вильсон, Г.Б.Гельфрейх, В.Н.Дикий, А.Н.Коржавин, К.Р.Ланг, З.Е.Петров: Структура активных областей на Солнце по наблюдениям на VLA и РАТАН-600 в июле 1982г. часть I. А3804, 1987, Астрофизические исследования, т.25, стр.105–134.
Существенная часть методики обработки солнечных данных РАТАН-600, в особенности вопросы калибровки и параметры спокойного Солнца, описана в диссертации В.Н.Боровик (83Мб).
Теоретические основы методики определения плотности потока по данным РАТАН-600 освещены в статье:
- Л.В.Опейкина, Е.К.Майорова, А.Н.Коржавин. К вопросу об оценке плотности потока источников солнечного радиоизлучения. Астрофизический бюллетень, 2015, том 70, № 3, с. 394–402.
Основные формулы для расчета параметров локальных источников
Данные РАТАН-600 представляют собой результат одномерного сканирования при прохождении источника через неподвижную диаграмму направленности антенны. Из наблюдений можно получить такие параметры локальных источников, как: поток, размер, яркостная температура, степень поляризации. Определение количественных характеристик для отдельных деталей локальных источников основано на предположении, что их одномерные профили близки к гауссиане, т.е. функции вида:
где μ — математическое ожидание, σ — дисперсия (см. рис):
Если в знаменателе показателя экспоненты вместо дисперсии подставим полную ширину на половине максимума:
и обозначим B=FWHM, одномерное сглаженное диаграммой антенны наблюдаемое распределение интенсивности можно описать формулой:
Где 
— высота гауссианы [Ян/сек.дуги], B — ширина гауссианы на уровне половины интенсивности. Полный поток равен площади под гауссианой (согласно табличному интегралу 
):
В реальности КПД антенны на разных частотах может быть 20–80%, что определяется с помощью калибровочных наблюдений (Луны, и радиоисточника в Крабовидной туманности). Соответственно, правую часть в выражении (2) необходимо умножить на некоторый коэффициент (называемый коэффициентом перехода от антенных температур к потокам, и обозначаемый в таблице-расширении FITS файла с наблюдением как kflux), который отражает эффективность антенны на данной частоте — см. об этом ниже.
Полагая, что истинное распределение одномерной интенсивности 
также описывается гауссианой с высотой 
и полушириной 
, и поскольку свертка (результат антенного сглаживания) двух гауссиан есть гауссиана с полушириной, равной среднеквадратичному значению полуширин исходных гауссиан, размер источника (и его амплитуду) можно вычислить как:
Где 
— полуширина ДНА (т.е. полная ширина на уровне половины от максимума).
Считая, что истинное распределение яркостной температуры 
также описывается двумерной гауссианой с круговой симметрией и с шириной 
, можно получить соотношение для вычисления яркостной температуры локального источника:
Калибровка
Для вычисления потока (и яркостной температуры) значения, полученные по формулам (2) и (3), домножаются на коэффициент перехода от антенных температур к потокам, зависящий от частоты. Этот коэффициент (в системе обработки обозначается kflux) вычисляется путем наблюдений опорных источников, а именно, радиоисточника в Крабовидной туманности (Tau A), как объекта с известным спектром потока, и Луны, как объекта с известной антенной температурой (яркостная температура ~220К практически на всех волнах, антенная температура ~110К), связь между которыми устанавливается через запись черного тела и генератора шума (ГШ). Этот коэффициент отражает эффективную площадь антенны, поскольку поток источника связан с антенной температурой T через эффективную площадь антенны Aэфф (см [1], стр 97 или [2], стр 23):
Эффективную площадь большой антенны, или антенной системы, практически невозможно измерить. Она может быть в несколько раз меньше геометрической площади антенны. Поэтому на современных радиотелескопах обычно проводятся не абсолютные, а относительные измерения.
Для получения значений потоков, не очень далеких от реальных, необходимо регулярно проводить калибровку инструмента, а при его изменениях, могущих привести к изменению эффективной площади, коэффициент перехода от антенных температур к потокам необходимо измерить заново, по калибровочным источникам. При спектральных измерениях в широком диапазоне важно, чтобы отношение эффективной площади инструмента на длинных и коротких волнах не колебалось слишком сильно (может быть в несколько раз, например, если антенная система фокусируется неэффективно).
Также полученные значения параметров локальных источников зависят от способа калибровки записи. Применяются два разных способа калибровки (масштабирования) сканов, полученных в единицах антенной температуры:
(1) Выбирается точка на спокойном участке Солнца, и ее уровень от нуля масштабируется на табличное значение антенной температуры спокойного Солнца на данной частоте (в системе обработки этот параметр именуется tqsun).
Для получения таблицы антенных температур спокойного Солнца tqsun проводятся наблюдения Луны. Т.е. полагая, что температура Луны на всех волнах 220 град, калибруем ГШ. Затем по ГШ калибруем запись Солнца, и снимаем спектр точки на спокойном Солнце (вторая колонка в файле).
(2) Интеграл под кривой (сканом) приравнивается к полному потоку от Солнца, получаемому на малых зеркалах (например, поляриметрах Нобеяма или RSTN).
На длинах волн короче 4 см вертикальный размер ДНА РАТАН-600 (Θv≈(7–8)*λ) становится меньше размера Солнца (32′), поэтому интеграл под кривой на коротких волнах приравнивается не ко всему полному потоку, а его части, определенной с помощью расчета:
В FITS файлах наблюдений Солнца на РАТАН-600, как правило, содержатся записи интенсивности I и круговой поляризации V в единицах антенной температуры [K]. В настоящее время в программе обработки WorkScan для калибровки используются значения kflux и tqsun, прочитанные из таблицы в расширении FITS файла. Эти значения заносятся в FITS файл в конце регистрации, при преобразовании RAW файла в FITS программой конвертирования arm2fits, которая берет их из калибровочного файла crab0coef.dat. Таким образом, таблицы значений tqsun и kflux (а также размер ДНА на каждой волне, и прочие параметры) можно «вытащить» из любого fits-файла с наблюдениями Солнца на РАТАН-600, и данные могут быть перекалиброваны с их помощью, и посчитаны потоки. Пользователь впоследствии может изменить tqsun и kflux по своему усмотрению, как средствами WorkScan (через меню Scan->Correction->FITS Param->), так и, например, средствами IDL, или другими программными средствами.
Литература
- Дж.Краус: Радиоастрономия, 1973
- В.К.Конникова. Конспект лекций по практической радиоастрономии, 1999
Дополнительные материалы для обработки данных
- Примеры скриптов для пакетной обработки данных (в основном, имеет смысл для данных, не представленных на сайте).
- Файлы для калибровки данных по полному потоку NoRP за 2002–2007 и 2004–2014 г.
- Подключаемая библиотека для WorkScan для зеркального отображения скана (в HELP к WorkScan описано, как создавать свои подключаемые библиотеки).
Примеры программ на IDL для обработки данных РАТАН-600:
- ws_fits.pro — для просмотра данных в формате FITS (после 2005г),
- RAIS.pro — для двумерного картографирования методом азимутального апертурного синтеза,
- shab2.pro — утилита для "чистки" наблюдений с выносом из фокуса по методу Коржавина,
- readffile.pro — для преобразования f-файла (формат регистрации на облучателе №1) в FITS формат, и др.
Программное обеспечение для проведения наблюдений и сбора данных РАТАН-600
- Описание программы конвертирования формата данных регистрации в FITS-формат.
- Несколько последних версий программы конвертирования pas2fits.
Другое
- Пакетные командные файлы DOS (*.bat) для пакетного конвертирования dat->FITS и др.
- Схема расположения облучателей широкополосного комплекса облучателя №3 и схема соответствия частот для точечных источников.