1st LO LC

Frequency-modulating
Local Oscillator
“OFF点撲滅” へむけて
田村陽一（東大, IoA）
NRO, 18-Oct-2011
1
周波数変調局部発振器 (FMLO) による
単一鏡分光観測の高感度化
!
原理・方法
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望遠鏡をつねにオンソースにしたまま、1st LO 周波数を変調しながら、高頻度
(10-100 Hz) でサンプリングする。時系列データを解析して、相関雑音と天体信号を切
り離す。
!
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変調方法
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パターン： “ランダム”, 正弦波, 等速, その他任意のもの。
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変調範囲：RF (100GHz) で ~10-500 MHz
# 観測対象による
利点
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観測効率向上。2倍以上（最大約5倍）改善する可能性あり。
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低コスト。大きなハードウェアの入れ換えなしに、実現可能。
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必要条件：LOにシンセを使用していること。Gunnはだめ。
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OTFスキャンと併用することで、3次元分光撮像も可能。
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世界中の望遠鏡/ヘテロダイン受信機にご利益。教科書を書き換えられる?
2
開発項目, Block diagram
!
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COSMOS
! SET 情報等を追加
antenna LC
ローカルコントローラ (LC)
!
!
1st LO LC (SYNTHE_B)
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周波数変調機能を追加。
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共有メモリより時刻情報を取得
!
変調パターンは別ファイルで与える
1st LO LC
MRG LC は？
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10 (-100) Hz サンプリング
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各サンプルに、周波数情報とタイムスタ
COSMOS
ンプを付与。
!
!
→オフラインでマージするでよい？
分光計 LC は？
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2nd LO LC
本来は、LO周波数に応じて各チャネルに
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→オフラインで補正する
増設
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HDD（田村が実験用に購入）
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解析用マシン
∼
ADC
付随するRF周波数の対応が変わる。
!
∼
spectrom. LC
spectrom.
MRG LC
DAQ
3
Agilent E8257D - Data Sheet
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たとえば、E8257Dの場合
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最速 1 kHz ステップ掃引→ 10-100 Hz で十分。
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【注意】周波数が安定するまでの時定数 (settling time) < 9 msec
!
任意のステップパターンをリストで与えることが可能。
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周波数を変更するトリガは、GPIB, 外部CMOS/TTL, シンセ内部のクロック(?)で与え
ることができるらしい。
4
課題
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科学的課題は？
!
!
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カメラ(空間2次元)とスペクトル(周波数1次元)で異なる項目に関連
!
(spectral) baselineの安定性
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calibration手法（惑星の輝線/吸収線を使う?）
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大気放射の決定精度（バンド幅がせまい）
スペクトルの再現性。線幅の広い輝線や輝線のconfusion。
技術的課題は？
!
ハードウェア的には問題なさそう
!
!
ASTE, 45m, SPART ともに Agilent E8257D
ソフトウェア（制御・解析）が課題
!
(1) COSMOS の改修
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(2) ローカルコントローラの新規製作（または改修）
!
装置間（変調とDAQ）のタイミングの同期 → 新シンセLCがSHMから時刻情報を取得す
るのでOKでは。オフラインマージ時に、時刻-周波数の対応、周波数トラッキングの補正
を考慮すればよいだろう。
!
!
(3) オフラインマージの製作
!
(4) 解析ソフトウェアの製作（CRUSHを利用）
研究・開発費は？
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ASTE 計算機運用経費 + 科研費 (田村) + NAOJ共同開発研究
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見積り2パターン→ (a) COSMOS 改修だけ。(b) COSMOS 改修 + LC 製作
5
新シンセLCの基本的な構想
指示書
・エラー情報
・SET 情報
・その他は “SYNTHE_B”
代表的なLO周波数
等と同様
変調パタン記述ファイル
COSMOS
SHM
GPIB/SCPI
・変調パタン記述ファイルを上から順に読み込む
・変調パタン (sweep list) をシンセに送信
・SHM 時刻を監視
・100 ms ごとにトリガ
・その他は “SYNTHE_B” 等と同様
変調パターン
変調パターン
変調パターン
記述ファイル
変調パターン
記述ファイル
記述ファイル
記述ファイル
1st LO LC
・SET 情報（観測前）
SET情報にしたがっ
てファイルを選択
変調パタン記述ファイル
・観測時の情報
時刻
周波数ログ
LO 周波数情報
ファイル
・エラー情報
基本的な考え方
✓ 分光データを OTF と同様のサンプ
リングレート (0.1s) で取得
✓ 1st LO LC がスタンドアロンで動く
✓ 観測周波数との対応づけは、オフラ
インマージで実行する
・時刻情報
・LO 周波数情報
その他の
ログ
オフライン
マージ
データファイル
(MBFITS)
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計画
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Phase 1: シミュレーション・解析戦略 (2011年度)
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(1) ノイズ・ゲイン変動等のデータ測定
!
!
!
(2) 解析ソフトウェア
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連続波カメラ解析ソフトウェア (CRUSH; Kovacs 2008) を改造
!
または、シンプルな解析ソフトウェアを自作
(3) シミュレーション
!
!
!
Allan 分散解析（時間方向・周波数方向）
疑似分光データに雑音源を印加。解析でノイズを除去できるか？
Phase 2: ASTE/CATS345 実験系の構築と試験観測 (2012 Spring-)
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(1) シンセ制御系の構築
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(2) オフラインマージ、解析環境の構築
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(3) 試験観測とバグ取り
Phase 3: ASTE/CATS345 試験観測と (2012 Autumn-)
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(1) 試験観測・科学的観測
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(2) 追加の開発の検討（サンプリングの高速化、マージ・分光計 LC 改修）
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