Pulsar Observation Fase 2

Introduzione

La prima esperienza nella ricerca delle pulsar è stata fermata dall'aumento delle interferenze in gamma 23cm ed I raggiunti limiti del mio setup.

Le limitazioni dovute soprattutto alla limitata larghezza di banda della IF a 28Mhz per I filtri nel transverter con soli 4Mhz disponibili e al Perseus usato per registrare in banda base il segnale I/Q .

Messi insieme davano poca scelta nella ricerca di un segmento pulito ed un segnale poco efficace per evidenziare le pulsar a soli 2Mhz di banda..

A questo si devono aggiungere I limiti del software home made non certo confrontabile con strumenti da professionisti della radioastronomia.


Catena di Ricezione

Antenna,Feeder,LNA

Come in precedenza, Il paraboloide da 10m ma anche il feeder ed il preamplificatore sono utilizzabili su una banda abbastanza larga, il feeder è il pezzo ottimizzato per I 23cm ma ancora utilizzabile su una finestra di almeno 20-30Mhz senza troppa perdita.

Ricevitore

Per evitare il transverter la discesa (dopo il preamplificatore) è connessa all'ingresso di un SDR (AirSpy) che oltre ad un prezzo abbordabile ha un sample rate massimo di 10Mhz e copre con continuità da 25 a 1600MHz.

I punti deboli di Airspy sono la cifra di rumore (pessima) e la possibilità che venga saturato da segnali fuori banda.

Il difetto di sensibilità è superato con l'aggiunta di un amplificatore a larga banda da circa 35db di guadgno mentre un filtro interdigitale a 5 celle con circa 50MHz di larghezza di banda dovrebbe proteggere dal sovraccarico del front-end.

Acquisizione Dati

Prima di descrivere il nuovo ambiente devo però presentare il vero artefice del miracolo ovvero Andrea (IW5HY).

IW5BHY

La Toscana è la regione italiana con più attività EME in 23cm ed il mio incontro con Andrea è stato proprio un QSO via luna nel 2014.

Dopo il primo incontro sono cominciate le relazioni sull'interesse comune alla radioastronomia anche se in primo tempo ognuno per conto suo e con tecniche anche molto diverse.

I risultati di Andrea sono visibili su WEB, il suo sito merita una visita soprattutto per l'osservazione continua aggiornata in tempo reale della pulsar B0329+54 in 70cm:

IW5BHY Observatory


Istallazione che,a quanto ne so, è unica al mondo, credo anche fuori dal campo amatoriale.

In aggiunta Andrea ha fornito un ambiente software sofisticato ma facile da usare fatto apposta per la ricezione e la rilevazioni di segnali da pulsar.

Un esempio di cosa si possa ottenere è disponibile guardando gli stupefacenti risultati ottenuti da Hannes (OE5JFL) :

OE5JFL Radio Astronomy

Iun grazie anche a Mario (I0NAA) che con la sua Murmur Application consente di predire la possibilità di ricevere pulsar con la descrizione dell'osservatorio .

L'applicazione è liberamente scricabile da:
I0NAA MURMUR

Registrazione Dati

L'osservazione di una pulsar richiede l'acquisizione di dati per un periodo di diverse ore,

Con un ricevitore che produce 20 milioni di campionamenti al secondo (I+Q) la scrittura su disco in tempo reale può creare problemi sia in termini di potenza CPU che di transfer rate su disco con files di dimensione extra large.

Andrea ha brillantemente risolto il problema scrivendo un'applicazione che usa moduli open source forniti da GNU radio (GNU Radio) .

Lapplicazione esegue una serie di operazioni sui dati:

  • Connette qualunque radio supportato da GNU Radio

  • Rriceve I blocchi in banda base

  • Converte I dati nel dominio della frequenza (FFT)

  • Divide I 10MHz in blocchi

  • Riconverte ogni blocco nel dominio del tempo (FFT Inversa)

  • Appilca un fattore di decimazione per ridurre la dimensione

  • Scrive finalmente su un file binario


Tutto fatto in tempo reale con dimensioni di file facilmente gestibili (circa 350MB per ogni ora).

L'applicazione prevede una serie di parametri per personalizzare le varie opzioni.

I blocchi di dati prodotti sono necessari al fine di poter correggere la dispersione in frequenza del segnale pulsar che può diventare deleteria allargando la finestra di osservazione.

Conversione e processing dei dati

Iper poter passare I dati al post processing essi devono essere convertiti in formato -Filterbank- il filterbank è uno standard di fatto utilizzato nei radiotelescopi.

L'applicazione -bin2filterbank- prodotta da Andrea converte il file binario in filterbank secondo le opzioni passate.

Post Processing



Tutto a carico della -Presto Suite- messa a disposizione con un porting dell'originale.

L'ambiente Presto è disponibile in-open source e la versione prodotta da Andrea può girare su una macchina virtuale Ubunto su un PC con Windows.

IL post processing dei dati da parte di presto provvede alla correzione della dispersione ed al data folding per evidenziale il segnale della pulsar (se presente).

Presto ha anche un potenziale trattamento per la mitigazione degli effetti da parte di segnali interferenti che però non fa miracoli.

L'output di presto consiste in grafici e dati numerici.

Risultati

Di seguito la lista delle pulsar osservate in ordine decrescente di flusso (in mJansky).

Di ogni pulsar vengono date le informazioni di base, il completo output graficho ottenuto con Presto end una visione zoomata del profilo.

Al decrescere del Flusso la rivelazione del segnale diventa sempre più difficile ma anche per le pulsar più potenti si tratta comunque sempre di rivelare segnali che al meglio sono al livello di millesimi di db sopra al rumore di fondo:


Nr.

Pulsar Name

Notes

Profile

1

B0329+54

La pił forte pulsar ricevibile nell'emisfero nord

2

B0950+08

3

B1933+16

4

B2020+28

Presenta un impulso con 2 punte

5

B1929+10

6

B1133+16

7

B2016+28

8

B2021+51

9

B0628-28

10

B0355+54

11

B1642-03

12

B1749-28

13

B2154+40

14

B0531+21

Pulsar del granchio (Crab Pulsar) rivelati solo alcuni impulsi giganti

15

B0740-28

16

B2310+42

17

B1804-08

18

B0450+55

19

B0823+26

20

B1237+25

21

B0809+74

22

B0540+23

Risultato di soli 18 minuti esenti da interferenze



Molte delle informazioni sulle pulsar sono state acquisite dal catalogo ATNF.
catalog:
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