Procesado de señales

 

Signal processing

Procesado de señales – La Clave de la potencia de los telescopios del SKA.

El procesado de señales es una parte integral del procesado de datos en radioastronomía. Se utiliza para preprocesar los datos en función de los objetivos científicos fijados. En el caso del SKA, tiene que estar a la altura de las radioimágenes (a una alta resolución sin precedentes) que el SKA podrá producir en un futuro.

El procesado de señales también implica la compleja operación de formación del haz, que permite recibir radioseñales de todo el cielo en cualquier dirección. En concreto, el SKA puede observar múltiples direcciones al mismo tiempo.

Las conexiones de tipo “Optical cross”, parecidos a la tecnología que se muestra en la primera imagen de esta página, canalizan los datos desde los receptores hasta el correlador, y son una de las posibles soluciones para el SKA que se están probando actualmente.

Este tipo de conexiones permiten conmutar entre señales de fibra óptica a alta velocidad. Esta es una manera eficiente desde el punto de vista del precio y de la potencia de proveer lo que se conoce como “corner-turn” de los datos. Esta fase de “corner-turn” será necesaria para procesos tales como la formación del haz y la correlación de los datos.

Preprocesado

Los datos de cada telescopio del SKA se enviarán a un correlador central, que albergará ordenadores de alta velocidad diseñados para combinar las señales de múltiples telescopios. Estos correladores se situarán cerca del núcleo del array de telescopios, donde se sincronizarán y combinarán los datos.
En ese momento se utilizarán filtros para separar las señales de radiofrecuencia interesantes para la radioastronomía de cualquier señal de interferencia que pudiera contaminar los datos. Esta es una de las razones por las que los emplazamientos del SKA tienen que ser tan “radiosilenciosos” como sea posible.

Formación del haz

La formación del haz (o formación del beam, por su término inglés) es una técnica de procesado de señales utilizada en astronomía para observar señales de radio de regiones específicas del cielo. Mientras que las radioantenas de tipo disco se mueven mecánicamente para observar un área del cielo, las antenas de tipo aperture array que serán utilizadas en el SKA no tienen partes móviles y de esta manera los haces son creados electrónicamente para observar regiones específicas.

Autodetección

El SKA utilizará procesado de señales para detectar automáticamente las señales repetitivas pulsadas de objetos tales como púlsares (el nucleo colapsado giratorio de una estrella muerta, descubiertos por primera vez por Jocelyn Bell y Anthony Hewish). Además de los púlsares, el SKA detectará automáticamente fenómenos fugaces. Estos fenómenos astronómicos impredecibles e inesperados incluyen las supernovas, los brotes de rayos gamma y efectos de micro lentes. Estos últimos pueden hacer que los objetos de las zonas más lejanas del Universo brillen más, debido a la presencia de un objeto que se cruza en el campo de visión que actúa como una lente.

Ambos métodos de autodetección dependen de observaciones basadas en la relación tiempo-frecuencia, y precisan de datos con gran resolución temporal.

Desarrollo de algoritmos

El SKA extenderá el desarrollo de algoritmos de procesado de señales en dos áreas vitales. Se desarrollarán maneras más rápidas y mejores para cubrir el alto rango dinámico de imágenes (un ratio de 106:1) que requiere la ciencia del SKA. Se necesitarán también algoritmos de mitigación de radiointerferencias para mejorar las observaciones en amplios segmentos del espectro de las radioondas. Los algoritmos utilizados necesitarán ser tan eficientes como sea posible, para procesar las inmensas cantidades de datos que llegan.

Procesado

El procesado de señales del SKA tiene requerimientos de procesado transporte de señales bastante considerables, debido a la escala absoluta del array. Miles de telescopios que proveen datos simultáneamente en dos continentes distintos.

El procesado de señales requerirá excepcionalmente sistemas informáticos de alta velocidad, que deben encajar en el presupuesto, y cumplir los requisitos de procesado y aguantar altas temperaturas.

Actualmente se están desarrollando y probando cuatro tecnologías de procesado de señales por la comunidad de ingeniería astronómica, como soluciones potenciales:

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