Open-Source-Bibliothek zum Berechnen von Bildern aus Signalen eines verteilten Satzes von Funkschüsseln?

In den Fragen und Antworten des National Radio Astronomy Observatory „ Wie man Bilder mit einem Radioteleskop macht “ heißt es

Der einfachste Weg, mit Ihrem Satellitenantennensystem ein Radiobild zu machen, ist die Verwendung eines Array-Detektors, der meines Erachtens sehr schwer zu finden wäre. Alternativ kann man ein Bild machen, indem man eine Antenne auf eine Anordnung nahe gelegener Positionen am Himmel richtet und dann eine Konturkarte der gemessenen Signalstärke erstellt. Dies ist jedoch ein ziemlich langsamer Prozess, der erst viel später ein Bild erzeugt, nachdem Sie alle Ihre individuellen Pointing-Messungen gesammelt haben.

Nehmen Sie nun an, dass viele Menschen auf einem Kontinent (z. B. Europa) (feste, nicht bewegliche) Radioschüsseln haben, die irgendwo in den Himmel zeigen, wobei sich ihr Sichtfeld etwas überlappt. Sie haben unterschiedliche Gerichte und unterschiedliche Empfänger. Angesichts ihrer genauen Position auf dem Globus und der Kenntnis ihres genauen Beobachtungszeitstempels sollte ich jedoch zumindest theoretisch in der Lage sein, die gemessenen Zeitreihen von Funksignalen zu einem Funkbild des Himmels zu kombinieren, richtig?

Die Idee stört mich schon eine Weile und ich frage mich, ob es eine Open-Source-Software gibt, die ich kennen sollte, um das Problem der Berechnung eines solchen Bildes anzugehen, idealerweise in Python (aber möglicherweise in jeder anderen Programmiersprache).

Jeder Beitrag ist willkommen!

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Antworten (1)

Das ist eine interessante Frage!

Ich werde eine teilweise, vorläufige Antwort posten und mal sehen, wohin uns das führt.

Das NRAO-Blockzitat erwähnt zwei Methoden, Interferometrie und Intensitätskartierung (wie eine Kamera funktioniert). Es mag hybride Optionen und andere esoterische Optionen geben, aber schauen wir uns diese zuerst an.

Siehe auch diese Antwort auf Welche Techniken werden verwendet, um von der Antenne empfangene Funksignale in Bilder umzuwandeln? und da es so viele gute Antworten auf das Targeting von Radioteleskopen gibt , sind diese möglicherweise auch eine gute Lektüre wert.

Interferometrie

Hier weisen alle Gerichte in die gleiche allgemeine Richtung und Sie haben:

...die genaue(n) Position(en) auf dem Globus, die genaue(n) Zeitmarke(n) der Beobachtung kennend...

und diese Zeitstempel müssen mit einer relativen Genauigkeit von Nanosekunden gemacht werden; Sie verwenden die Phaseninformationen der Radiowellen. Sie schließen sie entweder in Echtzeit mit Koax- oder Glasfaserkabel an oder schreiben mit Geschwindigkeiten von bis zu Gigabit/Sekunde auf Festplatten und transportieren sie dann alle an einen Ort und betreiben einen sehr, sehr großen und speziellen Computer namens Korrelator, um sie zu analysieren Daten.

Intensitätskartierung

Dies ist nur das Erstellen einer Intensitätskarte, indem viele Punkte am Himmel abgetastet und ein Histogramm erstellt werden. Im Grunde genau wie eine Kamera funktioniert, aber Kilopixel statt Megapixel. Jedes Teleskop ist ein unabhängiger Sensor und trägt zur großen Karte bei. Sie könnten mit einem Raster aus Pixeln beginnen, und wenn die Antennen in jedes Kästchen driften, messen Sie die Intensität der Funkleistung und schreiben diese Zahl in dieses Kästchen. Die Erdrotation scannt bereits in RA. Unabhängig davon, wo sie sich befinden, sollten die Schalen in der Deklination gleichmäßig verteilt sein.

Siehe Antworten auf Wie haben Radioteleskope mit einer einzigen Schüssel (oder einem einzelnen Empfänger) ursprünglich Bilder erzeugt?

Hybride und andere esoterische Optionen

Es gibt Intensitätsinterferometrie , aber ich verstehe sie nicht gut genug, um maßgeblich darüber zu schreiben. Es betrachtet Schwankungen im statistischen Rauschen, sodass Sie wahrscheinlich mit weniger kritischem Timing davonkommen können. jede Schüssel würde den momentanen Leistungspegel in vielleicht Mikrosekunden- oder sogar Millisekunden-Intervallen aufzeichnen. Ich habe keine Ahnung, wie das mit Arrays funktioniert; Ich habe nur gehört, dass es für zwei Empfänger verwendet wird, aber Sie könnten es sicherlich paarweise analysieren. (siehe auch Narrabri Stellar Intensity Interferometer )

Sie könnten auch etwas Lustiges/Interessantes mit Pulsaren machen, aber ich weiß nicht, was genau.

Intensität plus Doppler-Frequenz kann Ihnen manchmal Entfernung geben, wenn Sie ein Modell haben; Dies ist eine frühe Radiokarte von neutralem Wasserstoff in unserer Galaxie aus Warum die leeren Keile in dieser sehr frühen 21-cm-Karte der Milchstraße? (Oort et al. 1958)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einklicken für größer

Danke für deine Gedanken. Ich denke, in Bezug auf die Zeitstempelgenauigkeit könnte ich nicht auf Nanosekunden heruntergehen, die Schüssel aller Teilnehmer sollte mit ihren Standard-PCs verbunden sein und die Datenübertragung erfolgt über TCP/IP. Interferometrie wäre cool, aber eher Kilopixelfotografie.
Eine große Herausforderung sehe ich darin, die individuellen Ausrichtungen der Parabolspiegel herauszufinden, zB das Sichtfeld jedes Parabolspiegels. Ich kann nicht einmal davon ausgehen, dass das Geschirr nicht im Wind vibriert, denke ich. Das Geschirr sollte extrem Low-Budget sein. Und ja, die Datenverarbeitung erfolgt zentral und nicht in Echtzeit.
@B--rian siehe meine Kommentare unter Kann man ein verteiltes Radioteleskop bauen? GPS-Empfänger liefern ein Zeitsignal von 1 Impuls pro Sekunde, mit dem Sie einen lokalen Oszillator korrigieren können, aber es bringt Sie nicht zur Interferometrie, es sei denn, Sie arbeiten mit niedrigen Frequenzen. An diesem Punkt benötigen Sie keine Schüssel mehr brauchen viele Drähte, und dann haben Sie die Abschaltung der Ionosphäre. Mir ist gerade klar geworden, dass Sie nach vorübergehenden Ereignissen suchen könnten, wie z. B. FRBs in der Nähe oder etwas anderem, aber das ist nicht einfach. Ich denke drüber nach.
@B--rian Ich habe vergessen, es in meinem Beitrag zu sagen, aber jede Software, die man verwenden könnte, hängt davon ab, welchen Beobachtungsmodus Sie auswählen. Interferometrie ist numerisch intensiv und erfordert viel mehr Aufmerksamkeit für Details und Kalibrierung als Intensitätskartierung. Bevor Ihnen also jemand Software empfehlen kann, müssen Sie entscheiden, in welchem ​​​​Modus das vorgeschlagene Array betrieben wird und welche Dinge es betrachten und auf welcher Ebene Empfindlichkeit und Kalibrierung sind erforderlich.
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