¿Biblioteca de código abierto para calcular imágenes a partir de señales de un conjunto distribuido de platos de radio?

Preguntas y respuestas del Observatorio Nacional de Radioastronomía " Cómo hacer imágenes con un radiotelescopio " dice

Entonces, la forma más sencilla de crear una imagen de radio con su sistema de antena satelital es usar un detector de matriz, que creo que sería muy difícil de encontrar. Alternativamente, uno puede hacer una imagen apuntando una antena a una serie de posiciones cercanas en el cielo y luego creando un mapa de contorno de la intensidad de la señal medida. Sin embargo, este es un proceso bastante lento, que solo produce una imagen mucho más tarde, después de haber reunido todas sus medidas de orientación individuales.

Suponga ahora que muchas personas en todo un continente (por ejemplo, Europa) tendrían antenas de radio (fijas, no móviles) apuntando hacia algún lugar hacia el cielo, con su campo de visión algo superpuesto. Tienen diferentes platos y diferentes receptores. Sin embargo, dada su ubicación exacta en el globo, sabiendo su marca de tiempo exacta de observación, al menos teóricamente, debería poder combinar la serie temporal medida de señales de radio con una imagen de radio del cielo, ¿correcto?

La idea ya me molesta por un tiempo y me pregunto si hay algún software de código abierto que deba conocer para abordar el problema de calcular dicha imagen, idealmente en python (pero posiblemente en cualquier otro lenguaje de programación).

¡Cualquier entrada es apreciada!

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Respuestas (1)

¡Esta es una pregunta interesante!

Publicaré una respuesta preliminar parcial y veamos a dónde nos lleva esto.

La cita en bloque de NRAO menciona dos métodos, interferometría y mapeo de intensidad (como cómo funciona una cámara). Puede haber opciones híbridas y otras opciones esotéricas, pero veamos estas primero.

Consulte también esta respuesta a ¿Qué técnicas se utilizan para convertir las señales de radio recibidas por la antena en imágenes? y dado que hay tantas buenas respuestas para el radiotelescopio dirigido a ellas, también podría valer la pena leerlas.

Interferometría

Aquí es donde todos los platos apuntan en la misma dirección general y tienes:

...la(s) ubicación(es) exacta(s) en el globo, conociendo la(s) marca(s) de tiempo exacta(s) de observación...

y esas marcas de tiempo deben hacerse con una precisión relativa de nanosegundos; utiliza la información de fase de las ondas de radio. O los conecta con cable coaxial o de fibra óptica en tiempo real, o escribe a velocidades de hasta gigabit/segundo en discos duros y luego los transporta a todos a una ubicación y ejecuta una computadora muy grande y especial llamada correlador para analizar el datos.

Mapeo de intensidad

Esto es solo hacer un mapa de intensidad tomando muestras de muchos puntos en el cielo y construyendo un histograma; básicamente exactamente como funciona una cámara, pero en kilopíxeles en lugar de megapíxeles. Cada telescopio es un sensor independiente y contribuye al gran mapa. Puede comenzar con una cuadrícula de píxeles y, a medida que las antenas se desplazan hacia cada cuadro, mide la intensidad de la potencia de radio y escribe ese número en ese cuadro. Los escaneos de rotación de la Tierra ya están en RA. así que no importa dónde estén, los platos deben estar espaciados uniformemente en declinación.

Ver respuestas a ¿Cómo generaron originalmente imágenes los radiotelescopios de plato único (o receptor único)?

Híbrido y otras opciones esotéricas

Hay interferometría de intensidad , pero no la entiendo lo suficientemente bien como para escribir con autoridad sobre ella. Observa las fluctuaciones en el ruido estadístico, por lo que probablemente pueda salirse con la suya con un tiempo menos crítico; cada plato registraría el nivel de potencia instantáneo a intervalos de quizás microsegundos o incluso milisegundos. No tengo ni idea de cómo funciona esto con matrices; Solo escuché que se usa para dos receptores, pero ciertamente podría analizarlo en pares. (ver también interferómetro de intensidad estelar de Narrabri )

También podrías hacer algo divertido/interesante con los púlsares, pero no sé exactamente qué.

La intensidad más la frecuencia Doppler a veces pueden darte la distancia si tienes un modelo; este es un mapa de radio temprano de hidrógeno neutro en nuestra galaxia de ¿ Por qué las cuñas en blanco en este mapa muy temprano de 21 cm de la Vía Láctea? (Oort et al. 1958)

ingrese la descripción de la imagen aquíhaga clic para más grande

Gracias por tus pensamientos. Supongo que en términos de precisión de marca de tiempo no podría bajar a nanosegundos, el plato de todos los participantes debería estar conectado a sus PC estándar y la transferencia de datos se realiza a través de TCP/IP. La interferometría estaría bien, pero sería más bien una fotografía de kilopíxeles.
Un gran desafío que veo es cómo averiguar las orientaciones individuales de los platos, por ejemplo, el campo de visión de cada plato. Ni siquiera puedo asumir que los platos no vibran con el viento, supongo. Los platos deben tener un presupuesto extremadamente bajo. Y sí, el procesamiento de datos se realizará de forma centralizada y no en tiempo real.
@B - rian, vea mis comentarios en ¿Se puede construir un radiotelescopio distribuido? Los receptores GPS proporcionan una señal de sincronización de 1 pulso por segundo que puede usar para corregir un oscilador local, pero no lo llevará a la interferometría a menos que esté trabajando con frecuencias bajas, momento en el que no necesita un plato. necesitas muchos cables, y luego tienes el corte de la ionosfera. Me acabo de dar cuenta de que podría considerar buscar algún tipo de eventos transitorios, como FRB cercanos o algo más, pero eso no es fácil. Lo pensare.
@B--rian Olvidé decirlo en mi publicación, pero cualquier software que uno pueda usar depende del modo de observación que seleccione. La interferometría es numéricamente intensiva y requiere mucha más atención a los detalles y la calibración que el mapeo de intensidad, por lo que antes de que alguien pueda recomendarle un software, es necesario decidir en qué modo funcionará la matriz propuesta y qué cosas verá y en qué nivel. de sensibilidad y calibración son necesarios.
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