Радиофизические методы дистанционного зондирования земли, страница 21

В случае протяженного источника с яркостной температурой  T_Я антенная температура нормируется по диаграмме направленности и можно записать:

.                                       (2.3.3)

Часто бывает, что телесный угол источника излучения Ω_И мал по сравнению с раствором диаграммы направленности антенны, то есть в пределах телесного угла Ω_И величина G(Ω) = const   и  Т_Я = const, то выражение (2.3.3) легко рассчитывается. Необходимо только помнить, что при интегрировании в числителе имеется в виду предел, по телесному углу источника , а в знаменателе предел по Ω_А эффективному телесному углу диаграммы направленности антенны.

Тогда окончательно имеем:     . Такая ситуация часто встречается в радиоастрономии, например, при наблюдении излучения Солнца. Подробнее представим некоторые задачи радиоастрономии в следующем параграфе.

§ 4. РАДИОАСТРОНОМИЯ

Обычно применяемые радиоприемные устройства, для которых произведение полосы пропускания  Δν на постоянную времени выходной цепи τ имеет порядок единицы, обнаруживают сигналы, уровень которых выше уровня шумов. Радиоизлучение большинства космических объектов значительно меньше собственных шумов радиоаппаратуры и, кажется, что обнаружение объектов радиометодами невозможно. Но учитывая, что фоновое космическое излучение носит характер «белого» шума, произведение  Δν ∙ τ можно сделать достаточно большим с помощью большой величины постоянной времени выходной интегрирующей цепи     Δt = nτ. Можно считать, что за время Δt на выходе радиометра мы будем иметь N = ΔνΔt случайных независимых слагаемых, которые усредняются. Выходные флуктуации (фон) измеряемой температуры по формулам статистики будут определены следующим образом:    . В то же время, сигнал от источника не является «случайным». Поэтому он за время  Δt не усредняется, а накапливается и его величина становится все больше и больше по сравнению с фоном. Из полученного соотношения видно, что радиометр обнаруживает сигналы в  раз более слабые, чем его собственные шумы. Так, например, при  Δt = 1сек и  Δν = 100 Мгц можно измерить сигнал, составляющий ≈ 10^-4Т_ШР. Таким образом в радиоастрономии удается измерить температуры объектов, меньше 1К. Направив радиотелескоп, состоящий из антенной системы и радиометра, на «пустой» участок неба астрономы обнаружили на длинне волны λ ≈ 7,3мм устойчивый сигнал изотропно распространяющийся в космическом пространстве.  Таким образом было обнаружено «реликтовое» излучение, как последствия диссипации (рассеяния) энергии в момент образования «нашей Вселенной» (Метагалактики). Энергия реликтовых фотонов    позволяет оценить температуру, соответствующую этому излучению Т_Ф = 2,7К, что конечно значительно меньше температуры шумов радиометра.

Антенная система радиотелескопа состоит из большого числа отдельных собирающих элементов, от которых энергия измеряемого сигнала суммируется на входе радиометра. Простейшая система представляет собой двухантенный радиоинтерферометр с базой D, в центре которой располагается радиометр (рис. 14).

Рис. 14. Двухантенный радиотелескоп – интерферометр

Разность хода волн от источника с малыми угловыми размерами             Δ = D sinθ, а разность фаз Δφ = 2πD sinθ/λ. При Δφ = 2nπ выполняется условие максимума, а при Δφ = (2n + 1)π – условие минимума интерференционной картины, что в результате приводит к многолепестковой диаграмме направленности антенного устройства. При прохождении источника излучения через лепестки этой диаграммы, записывается кривая в форме спадающей к краям синусоиды со средней линией, являющейся диаграммой одной из антенн. Переменная база интерферометра позволяет получать картину интерференции  с последовательным изменением амплитуд и фаз серии пространственных частот, а затем путем обратного преобразования Фурье, получить распределение яркости радиоизлучения по источнику.