Radioteleskop Transient Array - Transient Array Radio Telescope

Anténní pole z dalekohledu TART zobrazující čtyři anténní dlaždice, každá se šesti anténami. Antény jsou malé černé předměty v horní části každé zkumavky.
Celoobloha z dalekohledu TART se známými zdroji kroužila červeně. Severní horizont je nahoře a západní horizont nalevo.

The Transient Array Radio Telescope (TART) je levné open-source pole radioteleskop skládající se z 24 všech obloh GNSS přijímače pracující v pásmu L1 (1,575 GHz). TART byl navržen jako průzkumný nástroj pro všechny oblohy pro detekci rádiových záblesků a také jako testovací základna pro vývoj nových syntetické zobrazování a kalibrační algoritmy. Veškerý hardware dalekohledu včetně rádiových přijímačů, korelátorů a operačního softwaru jsou otevřený zdroj. Rádioteleskop TART-2 lze postavit za přibližně 1 000 eur a anténní pole dalekohledu vyžaduje k nasazení plochu 4 x 4 m.

Design

Všechny komponenty TART, od hardwaru, firmwaru FPGA a provozního a zobrazovacího softwaru, jsou open source.[1] propuštěn pod GPLv3 licence. Radioteleskop TART se skládá ze čtyř hlavních podsestav, anténního pole, RF Front End, rádiového rozbočovače a základnové stanice.

Anténní pole

Pole antén se skládá z 24 antén uspořádaných na čtyřech identických „dlaždicích“, z nichž každá má 6 antén. Každá dlaždice má čtverec 1 x 1 metr. Použité antény jsou levné a široce dostupné komerční aktivní GPS antény.

RF přední část

Rádiový přední modul zobrazující integrovaný obvod přijímače MAX2769.

Radiofrekvenční rozhraní (RF) přijímá rádiové signály z každé antény. RF rozhraní využívá výhod levných, široce dostupných a velmi citlivých integrovaných obvodů vyvinutých pro globální satelitní přijímače polohy. TART používá univerzální GNSS přijímač MAX2769C[2] od Maxim Integrated. Tento singl integrovaný obvod zahrnuje všechny prvky požadované od přijímače radioteleskopů; nízkošumový zesilovač, lokální oscilátor, mixér, filtry a an ADC. Každý RF front-end generuje datový tok digitalizovaných rádiových signálů s šířkou pásma 2,5 MHz z pásma GPS L1 (1,57542 GHz).

Jeden modul rádiového rozbočovače TART zobrazující šest předních částí rádia.

Radio Hub

TART obsahuje čtyři rádiové rozbočovače. Každý z nich má šest RF předních přijímačů a obvody pro distribuci hodin. Každý rádiový rozbočovač odesílá data do základnové stanice a přijímá signál hlavní hodiny ze základnové stanice ve dvou standardech CAT-6 kroucené páry ethernetových kabelů.

Základna

Deska plošných spojů TART-2 zobrazující 8 ethernetových kabelů Cat-6 pro komunikaci s rádiovými rozbočovači a hostitelský počítač Raspberry Pi níže.

Základem je jeden PCB s připojeným Raspberry Pi počítač a dceřiná deska Papilio Pro FPGA. Základna poskytuje 16,3767 MHz Krystalový oscilátor který je distribuován do čtyř rádiových rozbočovačů, aby poskytoval synchronní taktování k RF frontendům. Data jsou vrácena z rádií přes každý rádiový rozbočovač do základnové stanice, která se skládá z 24 paralelních proudů 1bitových vzorků. An FPGA zpracovává tyto vzorky, jedná jako a rádiový korelátor. 276 korelací je zasláno do Raspberry Pi hostitelem přes SPI a zpřístupněn přes a RESTful API.

Snímek obrazovky konzoly radiového dalekohledu Transient Array zobrazující živý pohled na rádiovou oblohu v pásmu L1

Software

Operační software dalekohledu TART je otevřený a napsaný Krajta. Skládá se z několika modulů:

  • Hardwarový ovladač, který čte data z dalekohledu pomocí SPI autobus z FPGA na základně.
  • Server RESTful API, který tato data zpřístupňuje prostřednictvím protokolu HTTP. To běží na Raspberry Pi počítač připojený k základně.
  • Software, který funguje syntéza clony zobrazování na základě měření.

Zobrazování syntézy clony

Dalekohled TART může provádět zobrazení clony a syntézy celé oblohy v reálném čase. K tomu jsou data z každé z 24 antén korelována s daty z každé druhé antény tvořící komplex interferometrická viditelnost. Existuje 276 jedinečných párů antén, a proto 276 jedinečných komplexních měření viditelnosti. Z těchto měření lze vytvořit obraz rádiové emise z oblohy. Tento proces se nazývá syntéza clony zobrazování.

V TART se zobrazování obvykle provádí pomocí zobrazovacího kanálu založeného na prohlížeči. K dnešnímu dni byly napsány tři různé kanály:

  • Ovládací panel založený na prohlížeči pro dalekohled distribuovaný jako součást archivu TART může provádět základní zobrazování. Příklad je k dispozici zde [1].
  • Lehký kanál pouze pro zobrazování, který napsal Max Scheel [2].
  • Výzkumný projekt z univerzity Stellenbosch napsaný Jasonem Jacksonem [3].

Rozvoj

TART byl vyvinut týmem z katedry fyziky na University of Otago počínaje rokem 2013 s TART-1 a v červenci 2019 je TART-3 ve vývoji.

TART-1

Vývoj byl zahájen v roce 2013 projektem TART-1, M.Sc, který vyvíjí 6prvkový důkaz konceptu rádiového interferometru.[3]

TART-2 / 2.1

Po TART-1 následoval TART-2, na který se zaměřil výzkumný projekt Ph.D. TART-2 se skládá z 24 prvků a je schopen nepřetržitého snímání po celé obloze, přičemž „první světelný“ snímek byl pořízen v srpnu 2015. TART-2 byl upgradován na TART-2.1 se snížením nákladů a zlepšenou stabilitou hodin. TART-2.1 zahájil provoz v roce 2018.[4]

TART-2 zahrnuje korelaci rádiových dat v reálném čase z každé dvojice antén. Tato korelace se provádí v FPGA. Existuje 276 párů antén, což vede k výpočtu 276 komplexních viditelností, které se používají jako vstupy do procesu zobrazování syntézy. Tyto viditelnosti jsou zpřístupněny prostřednictvím RESTful API[5] pro živé zobrazování nebo stahování pro další analýzu.

TART-3

Vývoj TART-3 byl zahájen v roce 2019. Teleskop TART-3 bude sestávat z 1–4 rádiových uzlů, každý s 24 přijímači. Maximální počet přijímačů v jediném dalekohledu se zvyšuje na 96. TART-3 je navržen tak, aby snižoval stavební náklady a zjednodušoval instalaci.Zdrojový kód TART-3

Instalace TART

Radioteleskop TART-2 umístěný na střeše katedry elektrotechniky na Stellenbosch University.

V současné době existují dva funkční dalekohledy TART:

názevUmístěníŽivá adresa URLVerzePoznámky
Signál TART-2Signal Hill, Dunedin, Nový Zéland.45 ° 51'06 ″ j. Š 170 ° 32'44 ″ východní délky / 45,85177 ° J 170,5456 ° V / -45.85177; 170.5456Dalekohledová konzoleTART 2.1První nasazení TART. Provozuje University of Otago.
TART-2-zaStellenbosch, Stellenbosch, Jižní Afrika 33 ° 55'42 ″ j. Š 18 ° 51'59 ″ východní délky / 33,9284639 ° J 188663558 ° E / -33.9284639; 18.8663558N / ATART 2.1Provozuje Stellenbosch University

Reference

  1. ^ „TART zdrojový kód“.
  2. ^ „Datový list MAX2769C“ (PDF).
  3. ^ Shaw, Charles (2014). Rádiový interferometr pracující v pásmu GPS L1 (MSc). University of Otago. hdl:10523/5121.
  4. ^ Scheel, Max. (2019). Přístrojové vybavení a kalibrace radioteleskopu Transient Array (PhD). University of Otago. hdl:10523/9538.
  5. ^ „Dokumentace TART 2 API“. Dokumentace API TART 2. Citováno 13. listopadu 2019.

externí odkazy