Pulsar-Instrumente

Überblick der Pulsar-Backends, die im Effelsberger 100-m Radioteleskop in Betrieb sind und seit 2009 in drei Phasen installiert wurden. Bild vergrößern
Überblick der Pulsar-Backends, die im Effelsberger 100-m Radioteleskop in Betrieb sind und seit 2009 in drei Phasen installiert wurden. [weniger]

Die aktuelle Generation der Pulsar-Instrumente am Effelsberg 100-m Teleskop wurde ab 2009 in drei Phasen installiert: Das Pulsar-Fast-Fourier-Transform-Spektrometer (PFFTS) wurde 2009 installiert. Das PFFTS ist fest mit dem 7-Beam-Empfänger verdrahtet und hat eine feste Firmware, die 512 Kanäle über 300 MHz bei einer zeitlichen Auflösung von 54 μs erzeugt.  Das PFFTS wurde im Haus von der Signalverarbeitungsabteilung entwickelt. Das PSRIX-System basiert auf dem vom CASPER-Konsortium entwickelten ROACH1-Board. Dieses Instrument wurde 2011 in den regulären Betrieb genommen. Das PSRIX2-Instrument basiert auf der ROACH2-Plattform (ebenfalls von CASPER entwickelt) und wurde 2017 in Betrieb genommen.

Abbildung der ROACH1-Karte, die ein Teil des PSRIX-Instruments ist. Bild vergrößern
Abbildung der ROACH1-Karte, die ein Teil des PSRIX-Instruments ist.

Die ROACH1 / ROACH2 Systeme verwenden eigenentwickelte Firmware und wurden mit zusätzlichen Netzwerk-Switches und einer kleinen Gruppe von Hochleistungscomputern ausgestattet, um den Anforderungen gerecht zu werden.  Es sind einige Firmware-Varianten in Betrieb, mit denen Basisband-, Pulsarsuch- oder gefaltete Pulsardaten erzeugt werden können. Das PSRIX-Instrument wird überwiegend für längere Wellenlängen (z. B. 21 cm und 11 cm) verwendet und generiert daher standardmäßig ein Basisband, das aus den Anforderungen des LEAP-Projekts stammt. Dieses Design wird auch am 76-m-Lovell-Teleskop des Jodrell-Bank-Observatoriums wie auch am 64-m-Sardinien-Radioteleskop eingesetzt. Das PSRIX2-Instrument implementiert nur Pulssuchmodus-Ausgänge, da das Instrument hauptsächlich für Hochfrequenzbeobachtungen verwendet wird. Eine sehr ähnliche Konstruktion des Instruments wurde für 3-mm-Pulsar-Beobachtungen am 30-m-Teleskop von IRAM in Spanien installiert und auch am 40-m-Radioteleskop Yebes erfolgreich getestet.

Abbildung der ROACH2-Platine in einem modifizierten Gehäuse zur Unterstützung von HF-Schaltern, dem Uhrenmodul und einem besseren Wärmemanagement.Vier solcher ROACH2-Karten werden im PSRIX2-Instrument verwendet. Bild vergrößern
Abbildung der ROACH2-Platine in einem modifizierten Gehäuse zur Unterstützung von HF-Schaltern, dem Uhrenmodul und einem besseren Wärmemanagement.Vier solcher ROACH2-Karten werden im PSRIX2-Instrument verwendet. [weniger]

Der Basisband-Modus in PSRIX arbeitet mit oder ohne Subband-Option bis zu einer Bandbreite von 500 MHz (implementiert als mehrphasige Filterbank in den ROACH1 / ROACH2-FPGAs). Die große Datenrate (bis zu 32 Gbit/s, wenn zwei ROACH1-Einheiten verwendet werden) erfordert die Verwendung von Hochleistungsschaltgeräten (10-Gbit- und 40-Gbit-Switches). Die Subband-Daten können zu einem kleinen CPU-Cluster gestreamt werden, um bekannte Pulsare kohärent zu dedispergieren und zu falten oder die Daten auf der Festplatte zu speichern. Optional kann das Basisband mit voller Auflösung (bis zu 1 ns) zu den GPU-Knoten gestreamt werden, um kohärent dedispergiert oder in den BeeGFS-Hochleistungsspeicher geschrieben zu werden. Der letztere Modus ermöglicht Einzelpulsuntersuchungen mit einer Zeitauflösung von bis zu 1 ns.

Die Suchmodi in PSRIX2 haben zwei betriebsbereite Firmware-Varianten. Der erste generiert 2048 Kanäle bis hinunter zur programmierbaren Integration von 8μs und mit einer Bandbreite von 2000 MHz. Mit vier solchen ROACH2-Einheiten können bis zu 8 GHz Bandbreite aufgezeichnet werden. Die Firmware berechnet die vier Stokes-Parameter vor der Hardware-Integration der Intensitäten. Dieses Gerät kann auch neu konfiguriert werden, um die Ausgabe von zwei Feeds des Effelsberger 100-m 7-Beam-Empfängers zu verarbeiten. Daher können die ROACH2 Einheiten mit der richtigen Firmware kombiniert werden, um bis zu acht Beams zu verarbeiten. In diesem Modus wird eine 512-Kanal-Firmware mit einer Bandbreite von 500 MHz verwendet. Der letzte Modus ist vorgesehen, um die PFFTS auf lange Sicht zu ersetzen.

 
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