Referenssit ja näytteenotto VLBI -interferometriassa

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Referenssit ja näytteenotto VLBI -interferometriassa"

Aune Laakso
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Referenssit ja näytteenotto VLBI -interferometriassa Jan Wagner, Metsähovin radiotutkimusasema / TKK

2 Eri taajuuksilla sama kohde nähdään eri tavalla ts. uutta tietoa pinta-ala D tarkkuustyötä θ λ/d Optinen astronomia: nm / THz Radioastronomia: λ = 0.7mm-90cm / MHz-GHz Suuri ero kulmaerotuskyvyssä θ Radioastronomia (1/2)

astronomia: 10-1000nm / 400 790 THz Radioastronomia: λ = 0.

3 Radioastronomia (2/2) Erottelukyky: Radio Erottelukyky: Optinen Linnunrata nähtynä eri taajuuksilla Andromedagalaksi

4 Interferometria (1/3) Radioteleskoopilla tavallisesti yksi pikseli, kohdetta skannataan Suurimmankin teleskoopin resoluutio huono vs optinen Ultimate resoluutio: maapallosta itse tehdään teleskooppi käytännössä hieman hankalaa! Huijataan: jättimäistä teleskooppia approksimoidaan monella pienellä teleskoopilla apertuurisynteesi, vaiheistettu ryhmä (phased array) kaikki teleskoopit yhdistetään laskentakeskuksessa

5 Interferometria (2/3) - Samanaikainen näytteenotto kaikissa observatorioissa - Kompensoitava viiveitä: geometria, kaapelit, - Asemaparien välinen kello/taajuusero minimoitava Very Long Baseline Interferometry (VLBI)

geometria, kaapelit, - Asemaparien välinen

6 Interferometria (3/3) Asema#1 tallennus / siirto Asema#2 Asemien korrelointi ja apertuurisynteesi datan (kohinan) suuruusluokka: 16 teleskooppia * 1 TB/teleskooppi (24h) prosessointi suoraviivaista paitsi: viivemallit, ilmakehä, maapallon pyörimisliike, vastaanottimen ja näytteistyksen taajuusreferenssien drifti haettu viive-eron tarkkuus on ~1ps! (kulmaero asema#1,#2 galaksi) => vaatii erittäin tarkat mallit, hyvin käyttäytyvät taajuusreferenssit

viivemallit, ilmakehä, maapallon pyörimisliike, vastaanottimen ja näytteistyksen taajuusreferenssien drifti

7 VLBI taajuusreferenssit (1/3) Astronomisen VLBI:n tarkkuus- ja vakausvaatimukset: RF ja IF-taajuudet ja näytteenottokello vaihelukittuja referenssiin, esim. H-maser 5/10 MHz, kerrotaan GHz RF-taajuudelle kahden VLBI -aseman kellojen suhteellinen ero: jos 10 GHz RF taajuus ja sallittu virhe 1000s => (10 /( Hz 10 3 s)) 2.8 Geodeettinen VLBI - geodesiassa aseman kelloja mallinnetaan <30ps tasolla päivän yli: 3.5 UT1 estimaatti ja maan EOP:t tuotetaan VLBI:llä ero (UT1 USNO -UT1 VLBI ) pidettävä 100ns

H-maser 5/10 MHz, kerrotaan 1-100 GHz RF-taajuudelle kahden VLBI -aseman kellojen suhteellinen ero: jos 10 GHz RF taajuus ja sallittu

8 VLBI taajuusreferenssit (2/3) Pääasiassa vetymasereita Kvarz, Symmetricon, 200 k Rubidiumkellot (huono STS) s, 5 k CSO oskillaattorit 6 5 k? tulevat massatuotantoon, H-masereita parempi STS LTS käyttäytyminen pyritään mallintamaan pois Aseman aika ja LTS: GPS UT1 - VLBI:ssä 0.1s@1d ok, geodesiassa oltava parempi, GPS-disciplined oscillator

k? tulevat massatuotantoon, H-masereita parempi STS LTS käyttäytyminen pyritään mallintamaan pois

9 VLBI taajuusreferenssit (3/3) Vetymaserit epätarkkoja, kuitenkin korjattavissa korrelointi vaatii tietoja teleskooppien taajuusreferenssien käyttäytymisestä pitkällä aikavälillä eräs mallinnettavista tekijöistä asemien taajuusreferenssejä siksi säännöllisesti verrattava keskenään Jokaisen VLBI -teleskoopin kellojen monitorointi jva asema vs. GPS, lisäksi yhteinen mittaus parin kuukauden välein offset µs, drift ps/s, rate ps/s/s suhteessa pääasemaan Metsähovin H-maserit suhteellisesti parhaimpien joukossa

säännöllisesti verrattava keskenään Jokaisen VLBI -teleskoopin kellojen monitorointi jva asema vs.

10 Tiedonkeruu ja tiedonsiirto (1/3) Teleskooppien havainnoitava kohdetta samanaikaisesti tiedonkeruun aloitus: karkeasti 1PPS sekuntipulssilla, ±50ns viivesovitus korrelaattorissa, teleskooppeja ei edes synkronoitava! vastaanotin ja näytteenotto vaihelukittuja: aseman lopuksi/samalla teleskooppien tiedot siirrettävä korrelaattorille Korreloinnissa tunnettava näytteiden aika kovalevytallennus ja postitus: periaatteessa ei erillistä aikaleimaa reaaliaikasiirto verkon yli (UDP/IP): yksinkertaiset aikaleimat Reaaliaikasiirtoa ongelmat siirrossa: verkon siirtoviive >50ms, pakettihäviö, jitter, geometrinen viivesovitus lisäksi joka asemalta eri verkkoviive siirrot puskuroitava laskentakeskuksessa; 4Gbps/8bit = 500MB/s tyypillisesti tietokoneklusteri, tiedot ja puskurointi hajautetaan

vastaanotin ja näytteenotto vaihelukittuja: aseman <10-13 @1s lopuksi/samalla teleskooppien tiedot siirrettävä korrelaattorille Korreloinnissa tunnettava näytteiden aika kovalevytallennus ja

11 Siirrot vaativat 1G/10G kuituyhteyksiä Asemat käyttävät tutkimusverkkoja, Internetiä, jotkut valopolku-palveluja Metsähovissa Tsunami UDP : 1 Gbit/s (2002), nyt 4-8 Gbit/s Verkot toimivat mainiosti ja kapasiteettia riittää jopa gigabitti-siirroille - h-maser -lukittu 4x512MHz ADC - FPGA -pohjainen 10GbE palvelin Eräs kehitetty järjestelmä: Tiedonkeruu ja tiedonsiirto (2/3)

toimivat mainiosti ja kapasiteettia riittää jopa gigabitti-siirroille - h-maser -lukittu

12 Tiedonkeruu ja tiedonsiirto (3/3) Orionin vetymaserin etähavainnointi: 512 MHz RF kaistan 4 8 Gbit/s reaaliaikasiirto Onsala/Ruotsi Metsähovi. Useita vastaavia siirtodemoja. Suomen Internet-runkoyhteys Funet NORDUnet (10G) demosiirrot radiokohinaa warettajat

Onsala/Ruotsi Metsähovi. Useita vastaavia siirtodemoja.

13 Yhteenveto VLBI teleskoopin laitteisto vaihelukittu taajuusreferenssiin havainnoidaan korkeahkoja radiotaajuuksia lyhyen ajan yli referenssin STS tärkeä ( LTS korjataan malleilla CSO -oskillaattorit lupaavia H-maser korvaajia 6 Tiedonkeruu teleskooppien kelloja ei synkronoitava, niitä vain verrataan ajoittain tarkka UT1 aloitusaika toissijainen, mutta vastaanotinketjun ja näytteenoton taajuudet lukittava tarkkaan referenssiin Tiedonsiirto yksinkertainen laitteisto ja ohjelmisto, protokollat aikatietoja ei suoranaisesti tarvitse siirtää, helpot aikaleimat ok laskentakeskuksen tehtävä viivesovitukset tietokoneen muistissa verkkoihmisten ansiosta verkossa on enemmän kuin riittävästi kapasiteettia, 4 Gbit/s tiedon etäkeruu ja siirto toimivat mainiosti

vastaanotinketjun ja näytteenoton taajuudet lukittava tarkkaan referenssiin Tiedonsiirto yksinkertainen laitteisto ja ohjelmisto, protokollat aikatietoja ei suoranaisesti tarvitse siirtää, helpot

Samankaltaiset tiedostot

Reaaliaikaisen e-vlbi. kehitystyö Metsähovissa. Jan Wagner, Metsähovin radiotutkimusasema

Reaaliaikaisen e-vlbi. kehitystyö Metsähovissa. Jan Wagner, Metsähovin radiotutkimusasema Reaaliaikaisen e-vlbi pitkäkantainterferometrian kehitystyö Metsähovissa Jan Wagner, Metsähovin radiotutkimusasema jwagner@kurp.hut.fi VLBI (1/2) Yksittäiset radioteleskoopit: Resoluutio / D Sumea kuva