Tek çanak radyo teleskop kalibrasyon teknikleri
Single dish radio telescope calibration techniques
Yazar: RECEP BALBAY
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM KÜÇÜK
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Astronomi ve Uzay Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Astronomi ve Uzay Bilimleri = Astronomy and Space Sciences

Özet:
Bu tez çalışmasında, ERÜ UZAYBİMER UYG-AR Merkezinde bulunan ERT-5 tek çanak radyo teleskopu için akı kalibrasyonu çalışması yapılmıştır. Bu çalışmanın yapılabilmesi için radyo teleskop sisteminde kullanılmak üzere radyo teleskop kontrol kumandası ve radyometre alıcı cihazları tasarlanmış ve prototip olarak üretilmiştir.

Bu tez çalışması ile ERT-5 tek çanak radyo teleskopu gözlem yapabilme kabiliyetine sahip olmuştur. Tez çalışmasının yürütülmesi üç aşamadan oluşmuştur. İlk aşamada ölçüm ve kalibrasyon için gerekli donanımların (kumanda ve radyometre) prototipleri yapılmıştır.  Ayrıca radyo teleskopun gerekli mekanik bakımları da yapılmıştır. Daha sonra ölçümlere geçilmiştir. Kalibrasyon işlemi için radyo teleskop sistemi bir cisme/yere (Ali Dağı vb.) çevrilmiş ve belirli bir süre zarfında ölçümler alınmıştır. Sonra hedef gök cisimleri (Güneş, Ay vb.) gözlenmiştir. Sinyal-gürültü oranını (SNR) artırmak için gökyüzünde boş alanların gözlenmesi de kalibrasyon sürecinde kullanılmıştır. ERT-5 tek çanak radyo teleskopunun akı kalibrasyonu için kalibrasyon yöntemlerinden radyo teleskop sistemine en uygun olan iki tanesi (temel seviye gürültü modelleme ve pozisyon değiştirme tekniği) uygulanmıştır. Elde edilen bulgular ve sonuçlar tartışılmıştır. Ayrıca tez kapsamında, ERT-5 radyo teleskopuna ait bilinmesi gerekli tüm parametreler hesaplanmış ve bulgular kısmında gösterilmiştir.

Kalibrasyon işlemi kaynaklardan alınan akının hangi voltaj düzeylerine karşılık geldiğinin çok hassas bir şekilde belirlenmesidir. Güneş, Ay, yıldızlar ve diğer gök cisimlerini gözlemek için radyo teleskopa gelen radyo akının kalibre edilmesi gerekir. 

Ancak kalibrasyon işlemi bir kere yapılması gereken bir işlem değildir. Her radyo gözlemi için gözleme başlamadan önce ve gözlem sırasında hatta gerekirse gözlem sonunda da yapılması gereken bir işlemdir. Radyo alıcıdan ölçülen değerler göreli ölçümlerdir (1 mikroVolt'a karşılık gelen dB) ve sistemin herhangi bir noktasında olan değişimlere bağlıdır. Bu değişimler aktarım kablolarında, LNB/LNA'larda veya anten yüzeyinde olabilir. Ölçülen değişimler sadece teleskop sistemine bağlı değildir. Atmosfer, radyo frekans girişimi (RFI), kozmik ardalan ışıması (CMB) ve diğer gök cisimleri de ölçülen değerlere etki etmektedirler. Bu değişimleri saptamak için genellikle gözleme başlamadan önce ve gözlem sonunda kalibrasyon verileri elde edilir. Ölçülen voltaj değerlerinin çok iyi belirlenmesi gözlem verilerinin kalite ve hassasiyetini arttıracaktır.

Abstract:
In this study, flux calibration study was performed for ERT-5 single dish radio telescope at ERU-UZAYBİMER UYG-AR Center. Radio telescope controller and radiometer receiver devices are designed and prototyped to enable the use of the radio telescope system in order to make this study possible.

With this thesis, the ERT-5 single dish radio telescope has the ability to observe. The execution of the thesis work consists of three steps. In the first stage, prototypes of the necessary equipment (controller and radiometer) for measurement and calibration was made. In addition, mechanical maintenance of the radio telescope has been done. Then the measurements was taken. For calibration procedure, the radio telescope system was turned into an object/place (Ali Mountain.) and measurements was taken over a certain period of time. Then the target celestial objects (Sun, Moon, etc.) were observed. In order to increase the signal-to-noise ratio (SNR), the observation of empty areas in the sky was also used in the calibration process. Two of the calibration methods (baseline fitting and position changing technique) most suitable for the radio telescope system was applied to ERT-5 single dish radio telescope. Findings and results are discussed. In addition, all necessary parameters of ERT-5 radio telescope have been calculated and shown in the findings.

The calibration process is to determine very precisely which voltage levels the flow from the sources corresponds to. To observe the Sun, Moon, stars and other celestial objects, the radio flux falling into the radio telescope must be calibrated. 

However, the calibration process is not a one time operation and is a procedure that must be performed before and during each observation and even at the end of observation. The values measured from the radio receiver are relative measurements (dB corresponding to 1 microvolt) and are dependent on the changes at any point in the system. These changes may occur on transmission cables, LNB / LNAs, or on the antenna surface. The measured changes do not depend solely on the telescope system. Atmosphere, radio frequency interference (RFI), cosmic microwave background (CMB) and other celestial objects also affect measured values. In order to detect these changes, calibration data is usually obtained before and after observation. The increase in the quality and accuracy of the observation data depends on the very good determination of the measured voltage values.