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IRA 379/06

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1. OUT CH DIG 2 OUT CH DIG 2 Al Comte ts ade RT QUT CH DIG 3 4 l IN CH DIG 3 i QUT CH DIG 4 _ vl IN CH DIG 4 gut CH DIG 5 4 j PC LPM 16 IN CH DIG 5 g OUT CH DIG 6 dle y IN CH DIG 6 a OUT CH DIG 7 IN CH DIG 7 ry e gt 5 6 REMOTE PARAMETER CONTROL BOARD RPCB Questa scheda ha la funzione di selezionare da remoto il valore dei 5 parametri di cui si e detto precedentemente La selezione e abilitata dal canale D OUT 2 di controllo il cui livello alto abilita proprio il controllo remoto Ogni singolo canale in arrivo dalla scheda PC LPM 16 comanda uno switch di potenza in modo tale che l uscita e il livello 12 V se il livello del canale e alto viceversa la massa Anche qui necessario un set di buffers di corrente per pilotare sia gli switches che gli stadi secondari M R CSB coni relativi buffers di corrente La FIG 11 rappresenta la configurazione delle due schede e dei collegamenti tra esse stesse il dispositivo CONTROLLER PC LPM 16 e la AUXBOX 2 Sono inoltre inseriti dei canali di ritorno in ingresso digitale al controller stesso che servono al controllo dell effettiva esecuzione dei comandi impostati 6 Conclusioni In questo capitolo si e fatto il punto della situazione riguardo all hardware equipment della Stazione di monitoraggio RFI esistente sul sito della stazione Radioastronomica di Noto sop
2. una tipica tecnica dei programmi che bd operano ad oggetti in quanto e fortemente legata ai concetti di ereditarieta e di funzione virtuale che vengono descritti ampiamente nei riferimenti bibliografici 10 ed 11 3 1 Il men File Grazie a questo men possibile utilizzare tutte le funzioni tipiche di una applicazione Windows relative alla gestione dei file Attualmente poich quello che interessa e la visualizzazione degli spettri in un range di interesse che pu essere scelto dall utente sono abilitati a funzionare solo le seguenti voci a Nuovo Apre un nuovo documento vuoto e lo rende disponibile al caricamento del grafico b Disegna Crea il grafico del file di interesse dopo aver compilato la apposita maschera in cui si richiedono le caratteristiche del grafico da compilare range intestazione titolo nome del file 34 da graficare e delle frequenze automaticamente in base alle informazioni contenute nei file e possibile fare il grafico delle acquisizioni c Zoom Permette di ampliare o ridurre il massimo range di osservazione del grafico basta inserire in una opportuna maschera 1 valori in ascissa tra i quali si vuole osservarlo d Stampa Effettua la stampa del grafico e Anteprima di stampa Effettua la anteprima del documento per la stampa f Imposta stampante E la classica machera presente in molti programmi Windows tramite la quale e possibile selezionare una s
3. 40 Il pannelo per compilare la schedule e in figura 2 la differenza con il pannello di acquisizione singola sta nel fatto che in questo caso occorre indicare sia la data di inizio dell esperimento sia una presunta data di fine tenendo presente che il programma calcola automaticamente la durata di ogni esperimento ed avverte se c e una eventuale sovrapposizione tra gli elementi di una stessa schedule Distinguiamo in oltre come primo campo in alto il pulsante con la quale e possibile selezionare la schedule di appartenenza dell esperimento che si vuole aggiungere il nome dell esperimento 10 caratteri ed il numero ordinale con cui questo si vuole classificare Nel caso ci sia un ulteriore ordinamento tale numero sar modificato automaticamente Dialog x Schedule Stogia Frequenza iniziale 50000000 Hz CASCHEDULE LUGLIOH LUGL Frequenza finale 2000000000 Hz NomeExpe Expe_Lug01 Frequenze uguali se Scan nel Tempo Numero Expe fi p Parametri Ricevitore _ p Sean Scanning Frequenze Sleep Time 300 Dal AAAA MM GG Scannel Tempo Data Inizio 2001 fos fis Step frequenza 100 KHz x C Sean in Azimuth DataFine 2001 fos fig Jump mm ss Demodulazione wide FM hh Coordinate Angolai Orario Inizio fos Joo foo ooo H e Filtro Ricezione Narrow x panni Orario Fine B foo foo Elevazione Polarizzazione Band
4. Le sottovoci della voce scheduling si occupano della creazione della gestione e della esecuzione di una schedule di seguito andiamo ad elencarli 39 a b c d e Nuova Schedule Crea una nuova schedule in particolare la directory con il nome della stessa il file di schedule sch ed il file log sempre con lo stesso nome ma naturalmente con diversa estensione Ad esempio la schedule Luglio2001 genera una directory omonima ed al suo interno il file Luglio2001 sch e Luglio2001Log txt La voce Visualizza permette di visualizzare una determinata schedule una volta che si seleziona un determinato file di schedule sch dalla finestra di dialogo che viene attivata dalla voce stessa La visualizzazione e importante poiche si possono controllare determinati errori di compilazione della schedule o semplicemente si pu disporre di un pannello con il quale controllare il corretto andamento dell esperimento Aggiungi Acquisizione Consente di aggiungere ad una Schedule una determinata acquisizione il software e programmato in modo da inserire automaticamente una acquisizione in una lista ordinata bubble sort in base all orario con cui ciascuna di esse e registrata e destinata a partire La voce abilita una finestra di dialogo di cui a breve si parlera mediante la quale e possibile compilare la acquisizione ed inserirla nella schedule Elimina Acquisizione Permette di eliminare la acquisizione richiamando la s
5. MHz FIG 4 fatto che il ricevitore e l antenna hanno un proprio guadagno intrinseco al variare della frequenza Inoltre si ha a che fare con una perdita dovuta alla attenuazione dei cavi La curva di calibrazione rappresentata in figura rappresenta la correzione che deve essere applicata agli spettri ottenuti nella banda 50 2000 MHz essa e stata misurata con segnali di prova applicati direttamente sul cavo di antenna e successivamente e stata aggiunta la risposta della antenna al variare della frequenza di lavoro La curva e stata misurata con passi di 1 MHz interpolando su uno step di 100 KHz che e il valore dello step di scansione degli spettri normalmente acquisiti anche dalle altre stazioni radioastronomiche 8 Una apposita finestra di dialogo viene aperta appena si selezionano le due sottovoci di men in ingresso occorre fornire il file dati che si vuole calibrare il relativo file delle frequenze il nome del file calibro e il nome del nuovo file dati su cui si depositano i dati calibrati Nel caso di osservazioni di tipo scansione in azimuth radar e nel tempo possibile calibrare con una frequenza fissa e tuttavia bisogna seguire le stesse procedure che si effettuano per i dati 45 vettoriali Molto importante e tenere in considerazione il file frequenze esatto poich da esso dipende l esatto posizionamento della lettura del file calibro e quindi l esattezza della operazione 3 7 Il men
6. Plug and Play permette di variare il range di campionamento es 0 10 Volts oppure 5 5V raggiungendo cos fino a 1 22 mV di risoluzione in tensione La scheda inoltre protetta da sovratensioni fino a 45 V se in funzione e 35 V se disattiva L acquisizione dei canali analogici pu avvenire o singolarmente per ogni canale indipendentemente dagli altri oppure in multichannel con una scansione di tipo round robin con 24 canale iniziale arbitrario In questo caso la banda passante del segnale da acquisire consentita 25 KHz va divisa per il numero di canali presenti in ingresso alla scheda Attualmente il solo canale analogico ACH 0 vedi FIG 8 e utilizzato per la acquisizione del livello di tensione in uscita al potenziometro del rotore su cui e montata l antenna Tale tensione varia con un range 0 5 27 V fissato dal potenziometro ed e proporzionale alla posizione angolare della antenna secondo un andamento che pu essere considerato lineare Altri canali analogici possono essere utilizzati per misure di segnali a frequenza non superiori ai 25 N KHz essendo N il numero dei canali in uso Le porte di I O digitali sono TTL compatibili ed hanno la possibilit di pilotare dispositivi di potenza mediante buffer di corrente per es Darlington come effettivamente avviene per il controllo delle schede M R CSB ed RPCB Attualmente sono utilizzati i seguenti canali digitali Canale D INPUT 0 Canale di comando
7. Rotore in direzione CW Canale D INPUT 1 Canale di comando Rotore in direzione CCW Canale D INPUT 2 Canale di abilitazione COMANDO REMOTO AUX BOX 1 Canale D INPUT 3 Canale di selezione V H BANDA BASSA 800 1700 MHz Canale D INPUT 4 Canale di selezione V H BANDA ALTA 1700 2700 MHz Canale D INPUT 5 Canale di selezione FILTRO FM Canale D INPUT 6 Canale di selezione AMPLIFICATORE BANDA BASSA 800 1700 MHz Canale D INPUT 6 Canale di selezione AMPLIFICATORE BANDA ALTA 1700 2700 MHz ACH 1 ACH7 AUX CH DOUT 1 7 DIN 1 7 ACH 0 SX aa OO aa bai D OUT 0 6 tn TTiTiTtiit ttt o LITT W DR DIN 0 6 FIG 8 DX 25 In figura 8 e rappresentata l interfaccia della scheda PC LPM 16 e la descrizione dei canali come si vede dal retro del computer Si possono inoltre distinguere i due terminali di massa per i canali analogici AG e quelli per la massa digitale DG nonch le alimentazioni a 12V e 5V utilizzate per alimentare le schede installate sulla AUX BOXI La connessione a quest ultima e stata realizzata intestando ad una interfaccia 50 pin un cavo schermato a 32 canali considerando che al momento non tutti i canali vengono utilizzati Infine e possibile configurare calibrare e gestire tutti i canali della scheda grazie alle funzioni API progettate dalla National Instrument ed integrate nel software di controllo della st
8. Test Permette di testare la funzionalit dei collegamenti e degli strumenti server controllati Tali funzionalit in realt sono sempre presenti ed attive nel programma che quindi in grado di rilevare e diagnosticare malfunzionamenti cattivi collegamenti o qualsiasi problema di connessione possa succedere in qualsiasi fase il sistema stia operando Ci naturalmente permette di migliorare l affidabilit del sistema evitando anche la eventuale perdita di dati poich sono regolarmente registrati in memoria di massa a prescindere dal blocco di una o pi periferiche 4 Conclusioni Il software MARFI permette la gestione dei programmi di acquisizione dati controllo dei sistemi server post processing ed analisi dei dati RFI da monitorare alla stazione VLBI di Noto Tramite questo strumento possibile portare a termine una analisi completa e precisa dei livelli di segnale in banda 0 GHz e soprattutto monitorare continuamente le emissioni che aggrediscono le bande radio astronomiche di interesse radioastronomico appartenenti a questa porzione dello spettro P UHF L al fine di identificarne la sorgente la statistica e tutti i fenomeni che le caratterizzano in modo tale da progettare ed implementare le pi efficaci tecniche di mitigazione o soppressione migliorando i livelli di ricezione e la qualita del segnale radioastronomico acquisito dal radiotelescopio di Noto 46 Bibliografia 1 ICOM CIV Icom Communication In
9. da realizzare per inserire il ricevitore nel sistema di monitoraggio facendo riferimento alla figura di pag 8 del manuale di istruzioni del ricevitore IC R9000 alla quale si rimanda per ulteriori chiarimenti 30 1000 MHz 1000 2000 MH7 DC OUTPUT REMOTE alr 2 ANT 1 HFANTI z0 1 ann oer 4 Coax 2 k 5 FIG 2 Una parziale rappresentazione dei collegamenti del ricevitore con gli apparati del sistema e in figura 2 2 CONNETTORE DI ANTENNA 30 MHz 1000 MHz Tramite un connettore di tipo N e possibile il collegamento di una antenna con impedenza 50 Ohm in banda 30 1000 MHz Il 12 18 21 23 connettore automaticamente selezionato quando si opera nella banda di interesse L uscita e direttamente collegata agli switches coassiali posti nella AUX BOX 2 CONNETTORE DI ANTENNA 1000 MHz 2000 MHz Tramite un connettore di tipo N e possibile il collegamento di una antenna con impedenza 50 Ohm in banda 1000 2000 MHz Il connettore automaticamente selezionato quando si opera nella banda di interesse L uscita e direttamente collegata agli switches coassiali posti nella AUX BOX 2 CONNETTORE DI ANTENNA HF ANT 1 Connettore di tipo PL259 permette il collegamento con una antenna di 50 Ohm di impedenza operante a frequenze al di sotto dei 30 MHz E selezionato dal selettore di antenna HF SELETTORE DI ANTENNA HF Seleziona la connessione di HF ANT 1 oppure HF ANT 2 quando si opera con freq
10. da scartare qualsiasi operazione schedulata male Alla fine di ogni acquisizione della schedule viene aggiornata l area di log vengono resettati i display e l oscilloscopio e tutti dispositivi sono pronti per iniziare una nuova acquisizione al momento opportuno 3 5 Il funzionamento del sistema di acquisizione Il funzionamento del software di controllo e acquisizione dati e identico sia nel caso di esperimento singolo che schedulato una volta che esso viene avviato L unica differenza sta nel fatto che nella gestione della schedule si deve tenere conto dell inizio di ogni esperimento in base ad una temporizzazione programmata in fase di pianificazione Tale esigenza viene soddisfatta attivando per ogni esperimento schedulato dei time outs In questa fase conveniente descrivere al livello logico strutturale le modalit con cui MARFI porta a termine una data acquisizione RFI e o anneo mm 2 PRIMARY THREAD AUX BOX 1 3 SECONDARY THREAD ROT ACKNOWLEDGEMENT 1 SET ACQUISITION PARAMETERS CONTROLLER 1 SET RECEIVER PARAMETERS CONTROL START POSITION 2 OPERATING REQUEST CONTROLLER 1 RECEIVER 3 COMMAND POSITION 1 ACKNOWLEDGEMENT ACKNOWLEDGEMENT SCHEDULE FILE DATA 1 DATA FILE LOG FILE FIG 3 In fase di acquisizione infatti il sistema deve garantire le seguenti operazioni fondamentali 42 1 Impostare all inizio di un esperimento i parametri di acquisizione 2 Impostar
11. dal file di schedule b crearei file destinatari dei dati e gestirne la scrittura dei dati acquisiti c impostare i parametri di acquisizione tramite il collegamento con la AUX BOX 1 d visualizza i dati tramite gli appositi display e counters e avvia ed inizializza i threads secondari dirigendo e controllando l accesso ai dati dei diversi flussi di programma In figura tutte le operazioni sono visualizzate con il numero e rappresentate dai diversi colori 2 Il Receiver Management Thread che si occupa della gestione della comunicazione tra il Controller ed il Receiver In particolare esso gestisce il flusso dati in ingresso ed uscita dal computer verso il ricevitore e viceversa e indicato in figura con il numero 2 e disegnato in blu Esso e attivato dal Main Thread che ne decide l accesso ai dati 3 Il Control Rotor Thread con il quale si comanda la posizione del rotore su cui e montata l antenna e si gestiscono le diverse funzionalit disponibili anche esso e attivato e gestito dal main thread Come si e visto al Main e affidato il compito di generare i diversi flussi di programma e gestire l accesso ai dati da parte di questi ultimi alla prima di queste operazioni e addetta la funzione API AfxBeginThread richiamata per entrambi i flussi 2 e 3 che potrebbero essere definiti worker threads 13 la seconda alla classe CCriticalSection mediante la quale e possibile nascondere e proteggere i d
12. dati acquisiti per es la visualizzazione tramite oscilloscopio e counters digitali e soprattutto la memorizzazione di questi ultimi in supporti di memoria di massa fanno del computer uno strumento insostituibile senza il quale non sarebbe possibile gestire alcun dato Questa operazione e essenziale per tutte le operazioni di analisi di riconoscimento e di post processing applicabili appunto ai dati RFI Non possibile pensare alla programmazione ed alla schedulazione di diverse acquisizioni RFI quindi senza l intervento di un operatore se non esiste un controller in grado di gestire temporizzare ed avviare in maniera automatica le stesse operazioni schedulate D altra parte il fine di questo lavoro proprio la progettazione e la realizzazione di un sistema completamente automatico in tutte le sue funzionalit e le sue potenzialit in tale ottica impensabile non utilizzare un calcolatore il pi possibile completo e performante Il calcolatore in questione e un PC con microprocessore Pentium 200 con 32 MB di memoria RAM ed 8 GB di disco rigido Il calcolatore ha un sistema operativo Microsoft Windows 98 ed e 10 dotato di due porte seriali una delle quali tipicamente la COM utilizzata nel collegamento con il ricevitore Il collegamento con la Aux Box 1 e con il Rotor Controller e assicurato dalla scheda DAQ PC LPM 16 National Instrument NI questa ultima opportunamente istallata configurata media
13. ed attuatori che si trovano all interno della AUX BOX2 a seconda dei valori scelti in fase di pianificazione di ogni singolo esperimento b Operare come trasduttore tra il PC System Controller ed il Rotor Controller nella fase di posizionamento del rotore sul cui albero sono montate le antenne riceventi c Assicurare la stabilizzazione del canale analogico di lettura della tensione potenziometrica da cui e possibile rilevare la posizione della antenna e proteggere il PC da eventuali sovratensioni che viaggiando in questa linea potrebbero danneggiarlo d Alimentare non solo le schede ed i dispositivi che si trovano all interno ma anche e soprattutto gli attuatori della AUX BOX2 Da queste motivazioni si capisce quanto importante sia la presenza di un tale dispositivo nel sistema di monitoraggio prima di tutto perch esso svolge un ruolo di interfaccia tra il CONTROLLER e gli attuatori che come si potr vedere meglio in seguito necessitano di una discreta quantit di potenza per poter funzionare Lo schema di principio si pu osservare in figura 7 e importante seguire i tre flussi di INPUT OUTPUT che riguardano le funzioni descritte in precedenza e le operazioni ad esse legate svolte dalle schede presenti nel dispositivo e che andiamo ad elencare 1 ROTOR COMMAND BOARD RCB E il dispositivo che si occupa di interpretare i comandi in uscita alla scheda NI PC LPM 16 installata sul CONTROLLER e realizzare
14. la commutazione tra i comandi CW e CCW del Rotor Controller che fanno girare l antenna rispettivamente in senso orario ed antiorario ANTENNA POSITION CONTROL BOARD APCB E una scheda dall elettronica relativamente semplice che si occupa di trattare opportunamente il livello continuo della tensione potenziometrica in uscita al potenziometro di posizione del rotore Questo livello infatti risente di segnali a bassa frequenza causati in massima parte dalle oscillazioni meccaniche del potenziometro che superano in ampiezza il livello di sensibilit del canale analogico della scheda DAQ 2 44 mV per la suddetta PC LPM 16 causando una variazione della tensione di controllo che risulta deleteria sia per l efficacia del posizionamento ma soprattutto per la stabilit dell intero sistema vedi FIG 1 Questo concetto sar ripreso pi avanti in fase di descrizione del dispositivo 23 3 REMOTE PARAMETER CONTROL BOARD RPCB Questa scheda permette il controllo REMOTO dei parametri di acquisizione e la pi complessa da un punto di vista hardware anche perch deve essere in grado di fornire la potenza necessaria al secondo stadio di attuatori AUX BOX 2 in modo da eseguire i comandi opportuni 4 MANUAL REMOTE CONTROL SWITCHING BOARD M R CSB Tramite questo dispositivo viene consentito ad un operatore di intervenire manualmente sulla selezione dei parametri di acquisizione indipendentemente dal controllo remoto che anzi viene
15. pilotare lo stadio attuatore Le specifiche pi importanti da soddisfare per il nostro sistema sono il tempo di posizionamento che occorre al rotore per mettersi nella posizione richiesta e la precisione di puntamento essa dipende fortemente dalla sensibilit del Rotor Controller che e di 0 0586V per ogni scatto di posizione corrispondente a 5 gradi ottenuta misurando ed interpolando 1 valori di tensione posizione con una curva del primo ordine dato che il potenziometro ha un comportamento in prima approssimazione lineare Con questo sistema calibrato opportunamente dal software si e raggiunta una precisione di 2 gradi che notevole se si pensa che il beam delle antenne largo circa 30 gradi Il problema fondamentale che ha portato alla realizzazione della scheda APCB la rumorosit del canale analogico di trasduzione causata da due fenomeni principali a I disturbi causati dalla vicinanza dei canali digitali della stessa scheda i cui segnali inducono effetti di diafonia sul livello continuo di posizione b Le deviazioni dalla posizione originale del rotore dovute ad oscillazioni di tipo meccanico 6 ed alle inevitabili non linearit introducono componenti a bassa frequenza sul livello di tensione misurato che influiscono sul segnale errore e disturbano il corretto posizionamento tali deviazioni superano in ampiezza il valore di sensibilit del canale analogico della scheda PC LPM 16 4 che vale 2 44 mV Mentre il p
16. quant altro possa cadere nelle bande allocate per la Radioastronomia Un altra distinzione riguarda l origine geografica delle sorgenti che producono segnali interferenti esistono quindi interferenze ti tipo locale radio e TV locali strumentazione elettronica etc regionale telefonia radiomobile radio e TV nazionali radionavigazione etc globale comunicazione e navigazione satellitarie Ogni radiotelescopio ha pi o meno a che fare con tutti questi tipi di interferenze alle quali spesso necessario far fronte con diversi strumenti di analisi e di mitigazione Tuttavia proprio ai fini della mitigazione opportuno classificare i segnali interferenti mediante un certo numero di parametri le cui caratteristiche sono relativamente stazionarie Tra i parametri pi comuni possiamo elencare la frequenza d emissione e la banda d estensione la durata la direzione di provenienza la polarizzazione la distanza dalla sorgente la modulazione e la codifica Poich molto raro che i segnali interferenti e quello cosmico non posseggano alcun grado di ortogonalit nello spazio vettoriale di questi parametri si pu affermare che possibile separare 1 due tipi di segnali sfruttando proprio la loro ortogonalit rispetto ad uno o pi di questi fattori Questa operazione il pi delle volte molto complessa e porta a risultati tanto pi accurati quanto pi sviluppata la tecnologia si pensi per esempio alla separazione in frequenz
17. Cosa pu fare MARFI 1 E in grado di progettare compilare ed eseguire acquisizione singole ed indipendenti nel tempo impostando per ognuna di queste la banda e la modalit di ricezione i parametri di acquisizione la direzione di puntamento della antenna tali acquisizioni possono avvenire in modalit diverse a scanning in frequenza per determinare la spdf con step di frequenza variabile b scanning nel tempo per determinare l andamento temporale dei livelli di potenza acquisiti con passi temporali variabili c scanning in azimuth che permette di tracciare i livelli di potenza su tutto l angolo giro radar d jump in frequenza per cui possibile condurre sequenzialmente una acquisizione su diverse porzioni di banda una volta stabilito il centrobanda e la ampiezza della stessa 2 FE in grado di effettuare lo Schedule Management cio la gestione completamente automatica degli esperimenti schedulati nonch la loro esecuzione secondo una pianificazione ben precisa 3 Salva i dati in formato testo in formato standard CRAF ed in formato RMDF tali formati sono importanti poich rappresentano degli standard di riferimento per il CRAF ed EVN che 33 gestiscono degli appositi database sui quali depositare i dati RFI che arrivano da ogni osservatorio 4 Permette di calibrare i dati ottenuti dalla acquisizione in base a dei file calibro che dipendono dal ricevitore dalle antenne e dalle perdite dei cavi 5 Consente
18. Istituto di Radioastronomia Stazione VLBI di Noto Rapporto Tecnico Il sistema di monitoraggio RFI per la Stazione VLBI di Noto Francesco Schillir Cap 1 RFI Radio Frequency Interference 1 Generalita pag 3 2 RFI Radio Frequency Interference pag 4 3 RFI Mitigation pag 5 4 Conclusioni pag 7 Cap 2 Hardware equipment 1 Generalita pag 8 2 Il Controller pag 10 3 I Ricevitori pag 11 4 L interfaccia CI V ICOM COMMUNICATION INTERFACE pag 14 5 La AUX BOX 1 ed il suo funzionamento pag 22 6 Conclusioni pag 30 Cap 3 Il Software MARFI Monitoring and Acquisition of Radio Frequency Interference 1 Generalita pag 32 2 MARFI le funzionalit pag 33 3 MARFI la struttura pag 34 4 Conclusioni pag 46 Bibliografia pag 47 Cap 1 RFI Radio Frequency Interference 1 Generalita Lo sviluppo delle applicazioni per telecomunicazione e la crescita dei servizi ad esse legati hanno contribuito allo sfruttamento sempre pi intenso delle bande di frequenza vicine se non in qualche caso coincidenti a quelle destinate alla radioastronomia Tali servizi sono i maggiori produttori di radio interferenze che in modo pi o meno grave perturbano i dati acquisiti dai radiotelescopi rendendoli talvolta inutilizzabili Le strategie da seguire per rendere prive di disturbi le bande in uso alla radioastronomia hanno una duplice natura da un lato utile intervenire politicamente nelle
19. R che effettua il posizionamento desiderato Esso accetta in ingresso le linee digitali CW CCW e DG della scheda PC LPM 16 su cui viaggiano dei livelli TTL gestiti dal software e li converte in uscita in comandi livelli di tensione 12V che vengono miscelati ai canali attuatori del dispositivo di controllo del rotore YAESU G 2700SDX Quest ultimo quindi ha la possibilit contemporaneamente di essere comandato in modalit manuale con gli appositi tasti siti sul suo frontespizio sia automaticamente tramite la interfaccia RCB L interfaccia in questione e costituita da 2 rele SIEMENS 92803 a bassa potenza di alimentazione che quindi possono essere direttamente pilotati dai canali digitali di uscita della scheda PC PM 16 ognuno dei quali pu fornire sino a 8 mA di corrente Un traslatore di livello quindi converte i comandi provenienti dalla scheda da TTL in tensioni opportune 12 V per essere inviate al Rotor Controller Il software di controllo non e particolarmente complesso ed articolato in fase di comando in quanto vengono volta per volta richiamate le funzioni API fornite da NI per comandare gli stati delle linee CW e CCW Si e rivelato invece particolarmente impegnativo dimensionare da un punto di vista software i parametri di funzionamento del sistema a ciclo chiuso in FIG 9 quali ampiezza temporale dell impulso di comando di posizionamento ty tempo di interarrivo tra due impulsi foy_orr gt tolleranza sul po
20. ROLLER tramite il cavo di tipo CI V che va in ingresso al CI 17 Level converter a sua volta esso sar collegato con interfaccia RS 232 con il computer 4 L interfaccia CI V ICOM COMMUNICATION INTERFACE I radio ricevitori della famiglia ICOM hanno acquistato un peso sempre pi rilevante nel campo della ricezione e del monitoraggio dei segnali radio sia a livello amatoriale sia per applicazioni tecnico scientifiche Per queste ultime in particolare e nata l esigenza di interconnettere tra loro ricevitori anche di modelli diversi ed inoltre collegarli ad uno o pi dispositivi controller in grado di memorizzare e gestire i dati di arbitrare il processo di comunicazione e soprattutto garantire l accesso remoto e l impostazione delle funzioni di ciascuno di essi Nonostante i modelli pi recenti dei ricevitori ICOM abbiano delle CPU in grado di realizzare diverse funzionalit che permettono di fare fronte alla prima delle esigenze di cui sopra si rivelato di fondamentale importanza l azione del CONTROLLER soprattutto come provider per l accesso remoto alle funzioni dei ricevitori per il controllo remoto del processo di comunicazione tra essi per il trattamento e l elaborazione dei dati acquisiti Per questo e necessario una descrizione della Interfaccia di Comunicazione ovvero l insieme dei software dei dispositivi hardware e dei protocolli addetti ad assicurare un collegamento privo di errori ed un processo di comun
21. a Filtro FM LB Amplificatore HB Drizzontale C Alta Disattivo Low Band 800 1700 MHz E Veica Bassa C Attivo High Band 1700 2700 MHz Applica Zali RTS ee anc FIG 2 Inoltre si pu scegliere se l esperimento in questione uno scan in frequenza o nel tempo in questo secondo caso occorre scrivere nel campo frequenza finale lo stesso valore che si e assegnato a quella iniziale I restanti campi sono identici al caso di acquisizioni singole a cui si rimanda per ulteriori dubbi Il pulsante Start permette di avviare la schedule il cui pannello di controllo e descritto di seguito 41 Pannello di Controllo Schedule Il pannello di controllo della schedule molto simile a quello relativo ad un esperimento singolo l unica differenza e che il sistema parte con l abilitazione del pulsante Start ma compie tutto in maniera automatica dal posizionamento al setting dei parametri di acquisizione all inizio della ricezione e della acquisizione dati Tutte queste operazioni sono temporizzate e sincronizzate al fine di non avere sovrapposizioni o equivoci nello svolgimento delle operazioni Inoltre ogni operazione e registrata nel file di log che conserva anche le eccezioni ed i motivi di una eventuale failure Questo significa che essendo la sincronizzazione un elemento fondamentale e importantissimo pianificare in maniera corretta la schedule anche se tuttavia il software e abbastanza intelligente
22. a mediante l uso di filtri passa banda collegati nel front end dei ricevitori le cui prestazioni in termini di selettivit ripple in banda e return loss devono essere veramente stringenti per non degradarne le prestazioni in termini di rumore Per una descrizione completa delle caratteristiche dei segnali RFI si rimanda alla bibliografia x2 3 RFI Mitigation Le diverse tecniche di RFI Mitigation nascono proprio dalla presenza di ortogonalita del segnale cosmico con l interferenza rispetto ad uno dei parametri prima descritti Sfruttare tale ortogonalita significa implementare delle tecniche in grado di abbattere sotto una soglia stabilita i segnali indesiderati accettando anche una lieve degradazione dei dati utili I metodi di mitigation possono essere distinti in tecniche di real time mitigation e tecniche di post processing mitigation a seconda che sia fondamentale effettuare una correzione dei dati contemporaneamente all osservazione in corso oppure in un secondo momento dopo aver acquisito 1 dati 3 1 Blanking Cancellazione nel dominio del tempo Questa tecnica consiste nel dividere i dati osservati in streams temporali di lunghezza opportuna ed analizzarli per stabilire se essi sono corrotti da livelli di segnale interferente Questa ultima condizione accade se il livello del segnale acquisito supera un livello medio molto debole desunto dall integrazione dei dati in assenza d interferenza Grazie al carattere rumoros
23. ano la trasmissione che in alcuni casi differiscono da un ricevitore all altro Questa operazione si pu dividere in due parti a seconda della natura dei parametri da impostare infatti mentre un certo set di parametri e uguale per tutti i modelli di ricevitori ICOM e pu essere impostato direttamente mediante l interfaccia del sistema operativo del controller all inizio della sessione di lavoro un secondo insieme di parametri dipende dal tipo di ricevitore utilizzato quindi si e ritenuto opportuno e non troppo oneroso integrare nel software di controllo della trasmissione un interfaccia preposta al compito di inizializzare i valori di questo secondo set di parametri Segue una breve descrizione dei due insiemi di parametri A Parametri indipendenti dal modello di ricevitore 1 Data trasmission system 15 E la modalita di scambio delle informazioni di tipo binario seriale basato sul formato NRZ Non Ritorno a Zero Base numerica delle informazioni La maggior parte dei dati viene scambiata in formato numerico esadecimale Solo il campo dati come la frequenza di operazione o il valore di ampiezza dello spettro ad una data frequenza sono rappresentati nel formato BCD Binary Coded Decimal Parametri di protocollo relativi al controller Sono i parametri utili al controller per impostare la trasmissione seriale Controller Address E0 esadecimale Data bit length 8 bits Parity check no parity Start
24. ati in uso ad un determinato flusso di programma dall accesso di altri flussi come una sorta di semafori I flussi in questione rimangono attivi per tutto il tempo della acquisizione per essere quindi chiusi appena essa si conclude rimane quindi solo il flusso principale di programma che permette di utilizzare tutti gli strumenti in dotazione al software Una particolare discussione meritano le operazioni schedulate infatti se da un punto di vista dei flussi esse vengono trattate come degli esperimenti singoli diverse sono le modalit di gestione e di temporizzazione Mentre ogni esperimento singolo viene attivato manualmente con gli appositi pulsanti ogni acquisizione schedulata viene automaticamente richiamata tramite le operazioni di Schedule Management implementate all interno del flusso principale in particolare ogni acquisizione e attivata dallo scadere di un time out la cui durata e impostata durante la fase iniziale di pianificazione della schedule 44 3 6 Il men Calibrazione Come abbiamo gi detto il software MARFI permette di calibrare i dati RFI ottenuti dalle acquisizioni Infatti essi danno i valori ricevuti dal sistema di acquisizione senza tenere conto del Spettri di calibrazione step 100 KHZ Antenna Ricevitore Liv Rel Ampiezza dB calibro 90 4 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T 50 250 450 650 850 1050 1250 1450 1650 1850 Frequenza
25. ato fino a quando l antenna non si mette in posizione ed il sistema non e pronto ad acquisire Tale pulsante infatti ha il compito di fare partire il sistema di ricezione e di immagazzinamento dati la qual cosa pu avvenire solo se si e in sorgente E previsto inoltre un comando manuale di posizione se si volesse intervenire durante la acquisizione in maniera non automatica ad es per correggere o cambiare una posizione I 38 comandi CW e CCW e Reset sono in grado di deviare la posizione rispettivamente in senso orario ed antiorario oppure portarla a zero gradi Infine i pulsanti Fine e Refresh che rispettivamente bloccano l esperimento interrompendolo definitivamente e portano a zero tutti i dispositivi di controllo tranne il display di posizione chiaramente Si e previsto che il pannello sia uguale per tutti e quattro i tipi di esperimenti singoli tranne per lo scan in azimuth per cui come e comprensibile non sono presenti i comandi di posizionamento manuale Il pannello di acquisizione ha la massima funzionalita ottenibile in quanto e capace di gestire tutte le evenienze e le eccezioni fornendo inoltre una efficace visualizzazione dei dati Come si e potuto capire le acquisizioni singole non hanno dei tempi prestabiliti secondo cui partono in automatico l inizio e stabilito dall operatore che agisce sul pulsante di Start dopo avere messo l antenna in sorgente l acquisizione o viene interrotta b
26. automaticamente disabilitato Prima di passare alla descrizione dettagliata delle schede e del loro funzionamento e necessario fare una panoramica sul dispositivo che funziona da interfaccia tra il calcolatore e la AUX BOX stessa esso e la scheda DAQ PC LPM 16 della National Instrument 5 2 La scheda DAQ PC LPM 16 National Instrument PC LPM 16 PnP non Plug and Play in dotazione alla stazione Radioastronomica di Noto e una scheda DAQ Data AcQuisition I O multifunzione a bassa potenza compatibile con sistemi operativi Windows 9x Essa autocalibrante e necessita sia di una installazione di tipo hardware nella quale si impostano alcuni switches e jumpers alle posizioni definite in base a determinati parametri di funzionamento 4 5 sia di una configurazione che avviene al livello software con il programma Measure and Automation della National Instrument In questo paragrafo viene presentata la struttura ed il funzionamento del dispositivo limitatamente alle applicazioni nel sistema di monitoraggio La scheda PC LPM 16 composta da 16 canali di ingresso analogici e 16 canali I O digitali TTL suddivisi in due porte da 8 bits I canali analogici sono quantizzati a 12 bit e campionati ad una frequenza di 50 Ksample sec che si traduce in una frequenza di campionamento 510 Kbit sec con la possibilit di acquisire segnali fino a 25 KHz di banda teorema del campionamento La selezione di alcuni jumpers scheda non
27. azione di monitoraggio per ulteriori informazioni su queste funzioni e sulla struttura e sulle specifiche di funzionamento della scheda si rimanda ai riferimenti bibliografici 4 e 5 5 3 ANTENNA POSITION CONTROL BOARD APCB Il sistema di posizionamento della antenna prevede che siano inviati i comandi CW e CCW dal PC al Rotor Controller oltre a questi due canali digitali 3 con la massa esiste anche un canale analogico che trasmette un valore di tensione potenziometrica presente in uscita al potenziometro del rotore della antenna Questo valore di tensione opportunamente calibrato ci da la misura della posizione della antenna ad un dato istante Questa operazione pu avvenire sia manualmente che in modo automatico mentre nel primo caso l operatore agisce sui comandi in remoto o in manuale per orientare il rotore ed il canale analogico ha la funzione solo di rilevare e visualizzare la posizione nella seconda modalit il compito del canale analogico e quello di realizzare una misura di posizione per inseguire un livello di riferimento fissato e richiesto in fase di pianificazione della acquisizione RFI Il sistema cos fatto e un anello di retroazione come in FIG 8 FIG 9 26 Il blocco A z e l attuatore che forza le condizioni CW e CCW sul rotore mentre il blocco V z e il trasduttore che riporta all ingresso il segnale Y sottratto al valore di riferimento R e possibile ottenere l errore e che va a
28. bit length 1 bit Stop bit length 1 bit System Full Duplex X parameter Non Effective S parameter Non effective Parametri dipendenti dal modello di ricevitore Receiver address si pu consultare la tavola 2 2 del Manuale di riferimento 1 per conoscere gli indirizzi in formato esadecimale di tutti i modelli Gli indirizzi di maggiore interesse sono IC R9000 2A esadecimale IC 10 52 Bit Rate il valore di riferimento per la maggior parte dei modelli e di 1200 baud Tale valore e valido per IC R9000 ma non per IC 10 che ha una bit rate variabile 300 1200 4800 9600 19200 baud L impostazione di tale parametro pu essere effettuata tramite il sistema operativo stesso ma e fondamentale che tale valore sia comunque impostato come ingresso al software di controllo della trasmissione seriale 4 3 Architettura del protocollo di trasmissione Come si e gi visto la trasmissione dati tra un Controller C ed un Radio Ricevitore R ICOM avviene mediante una connessione di tipo seriale mediata dalla interfaccia CI 17 utilizzando dei parametri trasmissivi che possono essere negoziati all inizio del processo di comunicazione 16 L attenzione sar dunque focalizzata dapprima sul formato dei pacchetti in cui vengono organizzate le informazioni per essere scambiate e poi sulle modalit con cui vengono scambiati questi pacchetti tra le diverse entit 4 3 1 Formato base dei pacchetti Le info
29. cheda di visualizzazione della schedule ed eliminando tramite selezione con il mouse l esperimento in questione con il pulsante elimina L ordinamento dopo la selezione sar automatico secondo l algoritmo bubble sort Ordina Consente di ordinare la lista mediante il bubble sort nel momento in cui non si e sicuri dell effettivo allineamento degli esperimenti Il criterio di ordinamento seguito e la sequenzialit temporale per cui il campo fondamentale in base al quale avviene l ordinamento e la data di inizio di ogni esperimento Naturalmente in fase di compilazione della schedule il software fa attenzione che non vi siano sovrapposizioni temporali tra i diversi esperimenti in tal caso ogni tentativo di inserimento dell esperimento nella schedule non riesce Avvia Consente di avviare una schedule selezionabile tramite la finestra di dialogo della gestione file di Windows occorre aprire un determinato file di schedule ed automaticamente si avviera il pannello di controllo della schedule che non e molto diverso dal pannello di controllo di una singola acquisizione almeno nella sua composizione Di questo si parlera di seguito Pannello Compilazione Schedule La voce Aggiungi Acquisizione abilita un pannello in cui e possibile caricare i dati di una certa acquisizione nel file di schedule estensione sch tale file opportunamente ordinato mediante la funzione Ordina sar poi eseguito grazie alla voce Avvia
30. cora se il ricevitore non e in grado di impostare correttamente determinati parametri La tecnica del piggybagging cio in un unica trasmissione inserire pacchetti dati e acknoledgment permette il risparmio di tempo in quanto il C pu capire gi alla prima risposta se le sue richiesta sono state accolte Sia l inizio che la chiusura della trasmissione non confermata infatti essa viene iniziata mediante richiesta del C viene conclusa dal R nel momento in cui esso risponde a tale richiesta con un qualsiasi esito Quindi non prevista una fase nella quale negoziare l apertura o la chiusura della trasmissione 4 4 Conclusioni Il meccanismo protocollare che regola l interfaccia di comunicazione tra Controller e Receiver molto semplice sia nella sua struttura che nella sua gestione Tuttavia esso risulta altrettanto efficace per lo scopo che ci si proposti inizialmente cio garantire una acquisizione dei dati in tempo reale con un ritardo di elaborazione molto basso e nello stesso tempo una trasmissione dati affidabile ed il pi possibile priva di errori E stata progettata ed installata sul Controller una interfaccia utente software in ambiente Microsoft Visual C che consente l impostazione dei parametri di funzionamento del Receiver il controllo delle operazioni richieste e del funzionamento della trasmissione seriale la calibrazione e la visualizzazione dei risultati ottenuti E stato inoltre ideato un esaurient
31. cquisiti le frequenze impostate e le informazioni di log prodotte vanno condivisi con il processo di scrittura su file Come forse e noto la stragrande maggioranza dei sistemi operativi tra cui anche Windows 9x non permette che pi operazioni vengano eseguite contemporaneamente se non programmando le risorse e le operazioni con la speciale tecnica del multithreading in pratica un solo flusso di programmazione non pu contemporaneamente eseguire due operazioni che condividono gli stessi dati per es acquisizione dati dal ricevitore e visualizzazione in display ed utilizzano nello stesso tempo le stesse risorse Pi operazioni di questo genere contemporaneamente possono invece essere condotte attivando pi flussi di programma dedicati ognuno ad una data funzione tali flussi possono accedere alle risorse ed ai dati uno alla volta in maniera arbitrata dal sistema operativo Ne caso particolare di MARFI la tecnica del multithreading si e rivelata di straordinaria utilit proprio perch ha consentito di portare a termine contemporaneamente pi operazioni attivando 3 flussi threads di programmazione ben precisi distinguibili in figura 3 dai diversi colori In particolare si possono individuare 43 1 Il Main Thread che si occupa di avviare il programma principale gestire gli strumenti accessori calibrazione compilazione in formati standard test strumentale in fase di acquisizione le sue mansioni sono a gestire la lettura
32. di testare il funzionamento di ogni server prevedendo dei servizi di diagnostica e recupero di errore qualora ci fossero problemi nella connessione o nel funzionamento di ognuno di questi 6 Consente la presentazione dei dati off line mediante un interfaccia grafica semplice ma funzionale e la visualizzazione in real time dei dati acquisiti mediante l attivazione di un oscilloscopio digitale inserito nel pannello di gestione dell acquisizione 7 Grazie alla potenza di Visual C il software conserva tutte le potenzialit del sistema operativo Windows compreso il file management la gestione della stampante e via dicendo L interfaccia software si presenta come un men a documento multiplo in grado cio di aprire pi pagine contemporaneamente le voci di menu richiamano tutte le funzionalit alle quali si accennato prima e verranno descritte una ad una nel prossimo paragrafo 3 MARFI la struttura Come detto precedentemente l interfaccia del software MARFI si presenta come un menu dal quale e possibile attivare le funzioni selezionando le apposite voci La potenza del linguaggio VisualC consente al programmatore di inserire automaticamente senza che esso stesso se ne preoccupi tutte le funzionalit delle interfacce utente Windows eventuali funzioni aggiuntive possono essere inserite scavalcando override queste procedure standard ed adattandole alle esigenze del programmatore La tecnica dell overriding e
33. e all inizio ma non solo dell esperimento la posizione dell antenna alla direzione desiderata 3 Inizializzare la connessione con il ricevitore assicurare un collegamento stabile ed uno scambio dati il pi possibile privo di errori negoziare la chiusura della comunicazione 4 Leggere le istruzioni da eseguire dal file di schedule e salvare i dati e le informazioni di log negli appositi file 5 Visualizzare in real time i dati acquisiti al variare del tempo e della frequenza per rendere possibile il controllo dei dati e del corretto svolgimento dell esperimento 6 Scrivere sull apposita area di log le informazioni riguardo alla gestione della acquisizione o della schedule contemporaneamente allo svolgersi di queste Se da un lato queste operazioni possono sembrare scontate e semplici per un calcolatore d altro canto occorre tenere conto del fatto che le operazioni elencate si devono svolgere tutte o quasi contemporaneamente il che porta a delle implicazioni fondamentali a i dati acquisiti e le frequenze impostate devono essere condivise alternativamente sia dal processo di comunicazione tra Controller e Ricevitore sia dalle operazioni di visualizzazione in real time oscilloscopio digitale display e counters b i dati di posizionamento dell antenna devono essere condivisi dal processo di acquisizione e controllo della posizione automatico e manuale e dal display digitale che ne visualizza il valore c 1 dati a
34. e di amplificatori attivazione di filtri etc una delle porte seriali in dotazione al computer tipicamente si sceglie COM2 assicura il collegamento con il ricevitore ICOM IC R9000 che tuttavia utilizza un suo standard proprietario di comunicazione CI 17 la trasduzione dallo standard RS 232 al protocollo CI 17 e assicurata dal CI V Level Converter colore fucsia ANTENNA Hor pol ANTENNA Ver pol 1 RECEIVER SETTINGS AND DATAARQUIS ITIONS POSITION CONTROL 3 COMMAND POSITION CONTROL 4 AUXILIAR BOX SETTINGS ROTOR CONTROLLER IC R9000 RECEIV CI V LEVEL CONVERTER FIG 1 I dispositivi server sono in totale 5 e si possono distinguere dai diversi colori e Ricevitore COM IC R9000 ma potrebbe essere anche la versione portatile IC 10 che e in giallo a destra del controller e Aux Box l a sinistra del controller in verde che si occupa del setting dei parametri di acquisizione e Aux Box 2 arancione e comandata dalla precedente Aux Box 1 e si occupa dello switch degli attuatori coaxial switches in base al valore dei parametri di acquisizione e Rotor Controller G2700SDX viola che e comandato dalla Aux Box 1 tramite la scheda PC LPM 16 del CONTROLLER esso si occupa del controllo e del posizionamento della antenna 9 Rotor nero e il dispositivo attuatore che effettua la rotazione dell albero su cui e montata l antenna ed e d
35. e generati sono allocati in una directory sita nel disco rigido del PC che ha lo stesso nome della acquisizione I file dati debbono essere successivamente calibrati Campi frequenza sono espressi in MHz ed esprimono gli intervalli in frequenza o le frequenze fisse sulle quali bisogna condurre le osservazioni il range di frequenze ammissibile e di 50 1999 8 MHz La frequenza di step e invece lo step con cui si muove il ricevitore per calcolare il contributo spettrale dei segnali RFI Campi Ricevitore sono dei valori che influenzano il modo di funzionamento del ricevitore lo sleep time e l intervallo che deve passare tra due acquisizioni di dati e dipende dalla dinamica e dalla inerzia del ricevitore I campi demodulation mode e band indicano rispettivamente la modalit e la ampiezza in banda di demodulazione con le quali deve funzionare il ricevitore Ciascun campo e selezionabile con box combinate Parametri di acquisizione sono i parametri impostabili dalle AUX BOX e sono polarizzazione banda di selezione della antenna fltro FM ed amplificatore per la banda alta Sono selezionabili con box combinate Parametri di puntamento sono l azimuth e l elevazione a cui si vuole portare l antenna Tuttavia per il tipo di antenna usata omnidirezionale in elevazione si seleziona solo l azimuth lasciando l elevazione fissa ad un valore di 90 gradi 37 Una volta compilata la scheda il pulsante Avvia fa partire il Pannell
36. e modulo integrato nella interfaccia software con l utente che gestisce le eccezioni e le eventuali failure nella acquisizione e nella trasmissione dati tale modulo consente di eliminare i problemi legati alla assenza di una apertura e chiusura negoziata della stessa in modo veloce ed efficace 21 5 La AUX BOX 1 ed il suo funzionamento 5 1 Generalita La AUX BOX 1 come probabilmente suggerisce il suo nome un dispositivo multifunzione che nasce con un fondamentale compito ausiliario nella selezione e nel controllo dei principali parametri coinvolti nel processo di acquisizione dei dati RFI OUTPUT 2 OUTPUT 3 OUT OUTPUT 1 OUT AUX BOX 1 MANUAL REMOTE CONTROL SWITCHING BOARD atte IN INPUT 3 Antenna Position Analocic Control INPUT 1 Manual Parameters setting INPUT 1 Remote Parameters setting INPUT 3 Remote Antenna Position FIG 7 L apparato stato progettato e costruito all interno del Laboratorio di Elettronica della Stazione Radiastronomica di Noto con i precisi obbiettivi di seguito elencati 22 a Realizzare la selezione ad alto livello dei diversi valori dei parametri di acquisizione polarizzazione del segnale RFI selezione delle bande attive del ricevitore attivazione di filtri FM attivazione di amplificatori per le bande alte con tale operazione che pu essere eseguita manualmente oppure in remoto si imposta la selezione di alcuni switches
37. e tecniche di cancellazione sono basate sulla predizione e la stima di campioni d interferenze che sono poi miscelati in opposizione di fase al segnale ricevuto e quindi eliminati L efficienza di queste tecniche dipende fortemente non solo dal tipo e dalla velocit della predizione effettuata per stimare il contributo dell interferenza ma anche dalla banda e dal carattere stazionario di questa ultima Molto promettente sembra essere la cancellazione adattativa secondo la quale il segnale interferente misurato da un antenna secondaria a basso guadagno circa 12 dB processato da un sistema retroazionato che calcola una stima della effettiva interferenza ricevuta dal radiotelescopio mediante un filtro digitale A causa del carattere generalmente non stazionario dei segnali in questione necessario variare nel tempo 1 coefficienti del filtro cio adattarli in maniera tale da minimizzare un errore quadratico medio preso come indice di performance Risultati di laboratorio condotti a Green Bank hanno portato ad una reiezione fino a 70 dBm a 100 MHz cio una banda non elevata ma che contiene segnali interferenti dagli effetti piuttosto impegnativi da affrontare Altre tecniche sono state implementate che hanno prodotto risultati soddisfacenti anche se ancora molto si pu e si deve fare sul fronte sia del controllo che della protezione dei segnali indesiderati presenti nei canali adiacenti e sovrapposti alle bande in uso alla radioastr
38. ealizzare una analisi e quindi una classificazione basata sull andamento statistico di questi Queste informazioni in particolare riguardano a funzione densit spettrale di potenza spdf potenza in funzione dello spettro b livelli di potenza in funzione del tempo c livelli di potenza in funzione della direzione variazioni angolari d livelli di potenza in funzione dei parametri che caratterizzano i segnali interferenti ed il sistema dedicato alla loro ricezione es polarizzazione tecniche di modulazione ampiezza di banda di interesse etc 2 realizzare la possibilit di programmare le osservazioni RFI al fine di assicurare un monitoraggio metodico e completamente automatico sia che vengano effettuati esperimenti singoli ed indipendenti sia che vengano condotte operazioni schedulate 3 visualizzare e presentare i dati acquisiti in real time per rilevare livelli di potenza improvvisi dovuti a fenomeni dal carattere non stazionario es radar oppure off line per analizzare i dati acquisiti Integrando a queste funzionalit l uso di tools di elaborazione dati e riconoscimento dei segnali implementati in determinati ambienti di sviluppo Matlab IDL Matcad etc e possibile ottenere uno strumento molto efficiente e funzionale soprattutto per il progetto e la realizzazione di sistemi che utilizzano tecniche di RFI Mitigation di cui si parlato nel capitolo 1 e che sempre pi si stanno affermando nel campo de
39. enti molto deboli e non necessario integrare i dati a lungo 3 2 Mitigation nel dominio della Frequenza Le tecniche di RFI Mitigation sono basate sulla separazione dei segnali interferenza e quello cosmico nel dominio della frequenza per cui le bande dei segnali non solo non devono sovrapporsi ma devono essere opportunamente distanziate in frequenza In base a tale distanza alla banda di frequenza dei due segnali al livello di attenuazione minimo consentito in banda ed a quello di reiezione fuori banda si possono inserire dei filtri analogici o digitali in grado di selezionare solo la banda di interesse e scartare le frequenze relative ai disturbi Lo sviluppo delle nuove tecniche legate ai dispositivi a superconduttore con alta temperatura critica HTSC ha portato alla costruzione di filtri operanti a temperature minori di 77 K da inserire direttamente nel front end dei ricevitori grazie alle caratteristiche fisiche dei componenti vicine a quelle ideali tali dispositivi sono in grado di garantire ottime prestazioni relativamente al ripple di attenuazione in banda passante ed alla selettivit Molto spesso sono utilizzati anche dei filtri di tipo notch in grado di garantire la reiezione di segnali estesi su piccole porzioni di banda particolarmente dannose alle osservazioni radio astronomiche Inoltre oggi molti sforzi sono compiuti per garantire che la dinamica dei ricevitori abbia un range quanto pi ampio possibile al fine di
40. gere una determinata operazione codificata dai codici cn ed sc passando a questo ultimo nel campo dati dt i dati che eventualmente gli occorrono Il pacchetto di risposta ha la seguente rappresentazione Con tale pacchetto il Radio Ricevitore risponde al Controller confermandogli di avere ricevuto ed eseguito le direttive rappresentate dai codici cn ed se che quindi sono gli stessi che ha ricevuto ed inoltre trasmette i dati richiesti da tali direttive nel campo dati dt rigorosamente nel formato BCD Come si pu notare rispetto al primo pacchetto il secondo ha i campi degli indirizzi scambiati in quanto esso parte dal R ed arriva al controller Anche se una prima conferma e implicita in un pacchetto di risposta esistono due pacchetti di conferma di avvenuta oppure di mancata ricezione che sono rispettivamente OK message ed NG message Questi pacchetti sono cos rappresentati il messaggio di OK identificato dal codice esadecimale FB che segnala la corretta ricezione da parte del Radio Receiver del messaggio ed il successo dell operazione richiesta tramite questo PEPE Il messaggio di NG identificato dal codice esadecimale FA che segnala l avvenuta ricezione della richiesta di operazione ma l impossibilit di effettuare la stessa Un messaggio NG pu essere ricevuto sotto le seguenti condizioni Il R ha ricevuto un comando 00H o 01H Il R ha ricevuto un campo se o un en non identificati Il range di frequenze ricevu
41. icazione affidabile tra un dato radio ricevitore ed il controller dedicato Poich la connessione tra diversi ricevitori esula dagli obiettivi che ci si e posti in fase di progetto sar descritta l Interfaccia tra Controller ed un Radio Ricevitore della famiglia ICOM in modo particolare ICOM R9000 ed IC 10 che sono i modelli in dotazione alla Stazione Radioastronomica VLBI di Noto per il monitoraggio delle radio interferenze 4 1 Configurazione hardware Come illustrato in Fig 3 e descritto nei precedenti paragrafi 1 dispositivi che costituiscono il profilo hardware della interfaccia di comunicazione sistema in REMOTO sono a CONTROLLER b Radio ricevitore ICOM R9000 fisso oppure ICOM IC 10 portatile 14 c Schede seriali RS 232 a 25 pin integrate nel PC d Scheda Icom Communication Interface Device V CT 17 di interfaccia tra la scheda RS 232 ed il connettore CT 17 di ingresso ai ricevitori e Cavo schermato per prevenire le interferenze con altri dispositivi e con il radio ricevitore stesso ICOM IC 10 f cavi CI V in dotazione al ricevitore COMMUNICATION INTERFACE FIG 3 Per il ricevitore ICOM IC 10 portatile e previsto il collegamento ad un controller PC portatile che ha requisiti e caratteristiche simili a quelle descritto nel paragrafo 2 4 2 Pre setting Una volta realizzata la connessione del sistema si pu procedere al pre setting cio all impostazione dei parametri che caratterizz
42. irettamente comandato dal suo controller Il sistema cos progettato e realizzato sar esaminato in dettaglio in particolare sar descritto ognuno dei dispositivi SERVER il dispositivo CONTROLLER ed links sia a livello fisico che da un punto di vista protocollare 2 Il CONTROLLER Il dispositivo CONTROLLER e il cervello e nello stesso tempo il cuore del sistema infatti vero e che ognuno dei diversi server che il sistema di ricezione e di comando dell antenna possono funzionare autonomamente e con comando manuale e che quindi un determinato esperimento osservativo potrebbe essere condotto senza bisogno di una unit centrale che lo avvii e lo programmi in maniera automatica Tuttavia l uso del Controller ed il funzionamento automatico del sistema in questione si rivelato di vitale importanza per numerosi ed importantissimi motivi 1 Innanzi tutto non e possibile programmare manualmente alcune fondamentali funzionalita del ricevitore IC R9000 questo significherebbe delle gravi perdite in termini di potenzialita di tutto il sistema nonch delle lacune incolmabili nella gestione e nella progettazione delle acquisizioni dei dati RFI Il computer svolge un ruolo fondamentale nella gestione dei parametri di acquisizione e soprattutto nella sincronizzazione dei dispositivi server queste operazioni condotte manualmente significherebbero un carico operativo non indifferente La gestione in real time dei
43. lla radio astronomia 32 Il software MARFI Monitoring and Acquisition of Radio Frequency Interference nasce in ambiente Windows in quanto questo sistema operativo di gran lunga il pi sviluppato soprattutto nella gestione dei calcolatori portatili che vengono utilizzati ampiamente in questo progetto inoltre Windows possiede un interfaccia utente semplice e molto funzionale MARFI stato realizzato utilizzando la versione 4 2 del Visual C alla quale e stato integrato il pacchetto software Measure and Automation della National Instrument di cui fanno parte le funzioni di gestione della scheda PC LPM 16 Poich questo capitolo serve anche da manuale per l utente nel descrivere il software si seguir il men principale e le sue funzionalit ma non si trascureranno ne i criteri di progetto delle strutture dati e delle fondamentali routine che gestiscono la acquisizione in se stessa ne la descrizione degli algoritmi per la calibrazione e la visualizzazione dei dati 2 MARFI le funzionalit Il software MARFI e stato realizzato con la precisa idea di condurre in maniera automatica le acquisizioni di segnali interferenti in banda 50 2000 MHz Nonostante questo sia il principale obbiettivo necessario tenere presente altre importanti motivazioni ed esigenze legate al trattamento dei dati RFI queste esigenze hanno portato allo sviluppo di uno strumento dalle molteplici funzionalit e dalle notevoli potenzialit
44. nte il software fornito dalla NI e una scheda di acquisizione dati sia analogici 16 canali che digitali 16 canali I 16 canali analogici sono solo canali di input e vengono utilizzati per acquisire dati relativi al controllo della posizione tensione potenziometrica in uscita al rotore dati analogici di potenza integrata su diverse porzioni di banda dati di rilevamento ambientale I 16 canali digitali possono essere configurati sia come input che come output e sono destinati al controllo ed al comando digitale sia del posizionamento della antenna sia al setting dei parametri di acquisizione etc Dato che sia i canali analogici che quelli digitali sono tra loro indipendenti possibile destinare quelli non utilizzati per altri scopi non per forza inerenti alle acquisizioni RFI Al fine di interfacciare al meglio i messaggi in uscita alla scheda PC LPM 16 con i dispositivi server sono state progettate delle schede con tecnologia wire wrap realizzate nel laboratorio di elettronica della Stazione Radioastronomica di Noto di cui si dar un ampia descrizione pi avanti Per il funzionamento del sistema e stato realizzato ed installato nel CONTROLLER un software scritto in linguaggio Visual C ver 4 2 in grado di gestirne tutte le funzionalit compreso la facolt di progettare e portare a termine anche osservazioni automatiche schedulate che quindi non richiedono l intervento dell operatore La descrizione di questo
45. o di Controllo Acquisizione all interno del quale possiamo distinguere una regione destinata al controllo una addetta al riepilogo dati ed una preposta al comando Avyusigune viulu Suun in Freie Fiap SETAFT EE veges amea EY Log Sogni gaT DIO Farhi fluo Riepilog wpro 113 E gt dra coda Fox Enio wa Fa FHIB ten Counter Oscillosco Pulsanti Control Irlin va Farr oN ie Orologi FIG 2 La parte del controllo della acquisizione comprende l oscilloscopio digitale l area di log ed i counters digitali che rappresentano la frequenza di acquisizione la misura effettuata e la direzione dell antenna Queste sono tutte informazioni in real time in particolare grazie all oscilloscopio digitale e possibile rilevare se ci sono dei picchi di segnale in una determinata banda i quali possono far pensare alla accensione di radar La regione di riepilogo dati e addetta alla descrizione dei dati di acquisizione impostati in precedenza nella scheda di acquisizione La parte addetta al comando prevede un pulsante di OnSource che inizializza il sistema di posizionamento calcolando la velocit del rotore che si pu comandare in manuale la accuratezza e la tolleranza sulla posizione quindi l antenna si posiziona sulla direzione desiderata viene quindi visualizzato un messaggio sul log space ed abilitato il pulsante Start Il pulsante Start della acquisizione rimane disabilit
46. o e non stazionario dei dati astronomici possibile un analisi dei dati mediante ispezione visiva anche se spesso si riesce ad automatizzare il processo con risultati accettabili Questa tecnica pu essere realizzata sia in real time interrompendo il processo di acquisizione ed integrazione non appena il segnale acquisito si porta sopra la soglia in questione sia in post processing e comunque semplice da implementare tuttavia essa consente la perdita di dati utili una volta che sono eliminati dall acquisizione gli stream corrotti dall interferenza Per aumentare l efficienza del metodo in questione occorre avere un intervallo temporale di campionamento dati abbastanza piccolo ed un tempo di integrazione dei dati astronomici grande a sufficienza per valutare al meglio la soglia superata la quale i dati acquisiti sono eliminati Tecniche pi efficienti di blanking temporale sono state implementate al Westerbork Radio Telescope utilizzando come segnale da segmentare la correlazione tra le uscite dei diversi elementi componenti l Array in questione Poich i dati astronomici non corrotti provenienti dai diversi elementi dell array hanno un carattere prettamente rumoroso essi presentano livelli di correlazione molto bassi che diventano considerevoli solo quando i dati sono aggrediti da un segnale interferente che entra in tutti gli elementi In questo modo si abbassa la soglia di allarme riuscendo ad eliminare anche segnali interfer
47. o nella quale si chiede di selezionare il nome del file dati opportuno successivamente viene formato il file dati in forma matriciale a seconda delle dimensioni in tempo ed in frequenza delle osservazioni 12 Per ulteriori informazioni sul formato RMDF si rimanda al riferimento bibbliografico 12 3 4 Il men Acquisizione Il men acquisizione e il pi Importante strumento del software in quanto se tutti gli altri possono essere considerati pi o meno accessori questo permette di condurre e gestire tutti i tipi di acquisizione RFI precedentemente descritti Le sottovoci del men sono due e si distinguono in base al tipo di esperimento che si vuole condurre 1 Esperimento singolo si programma il software per portare a termine un singolo esperimento indipendente nel tempo 36 2 1 Esperimento schedulato si programma il software in modo da eseguire un certo numero di esperimenti in modo sequenziale nel tempo fino ad un numero massimo di 50 acquisizioni Non ci sono invece limiti temporali ad una data acquisizione Avvia acquisizione singola Il programma di avvio di una acquisizione singola passa prima da una fase di impostazione della stessa nella quale si settano le modalit ed i parametri secondo i quali essa deve operare a b c d e Nome acquisizione e il nome della acquisizione che si vuole portare a termine 1 file dati il file frequenze ed il file di log che vengono automaticament
48. o tra i diversi dati diventa piu affidabile e completo e non si perde il carattere generalmente non stazionario dei dati RFI che dipende fortemente dalle condizioni insite in ogni osservatorio Il formato RMDF Radio Frequency Interference Monitoring Data Format sviluppato nell ambito del progetto Robust Receiver da A J Boonstra e un formato dati completo che non solo porta Vinformazione sui dati acquisiti ma anche sulle condizioni con cui e stata condotto un singolo esperimento Ogni file RMDF virtuale e composto da due file diversi il file header rmh nel quale e contenuta una lista di informazioni inerenti la tipologia della acquisizione la descrizione del sito osservativo e della strumentazione utilizzata i parametri di acquisizione le dimensioni del file dati il file dati rmd che contiene i dati in forma matriciale ovvero in ogni vettore riga vi sono 1 dati ottenuti al variare della frequenza mentre i vettori colonna contengono i dati ad una stessa frequenza ma acquisiti in intervalli temporali diversi Dal menu Header File e possibile costruire il file header compilando tutte le schede con le apposite informazioni riguardo la acquisizione svolta Alla voce Compila File Header si accede ad una maschera tramite la quale e possibile salvare i dati in formato rmh dopo aver inserito il nome del file ed avere pressato il pulsante Compila Alla voce Compila File Dati si accede ad una finestra di dialog
49. ono espressi in formato BCD Per coprire il pi largo range di frequenze 1 Hz 1 GHz sono stati allocati per il campo dati 5 bytes in forma tale che l ultimo byte trasmesso sia il pi significativo come si pu vedere in fig 4 Ogni Radio Ricevitore ignora i bytes relativi alle scale di frequenze pi piccole della sua risoluzione Nell esempio in questione il valore di frequenza e fd 145 123450 MHz rappresentato in BCD Se il Controller ha necessit di impostare solamente i campi Command e Sub Command per preparare una data trasmissione e non ha bisogno di trasmettere dati allora il campo dati sar totalmente escluso questo significa che un pacchetto trasmesso pu avere una lunghezza variabile in bytes in quanto pu contenere o meno un campo dati La lunghezza massima e di 12 bytes cio quella del pacchetto di base descritto inizialmente 100 MHz 4 3 4 Procedura di scambio dei dati In questo paragrafo descritta la procedura con cui sono scambiati i pacchetti dati tra il Controller C edil Receiver R 19 Nonostante i ricevitori ICOM prevedano di impostare un collegamento di tipo Full Duplex Vinterfaccia seriale RS 232 pu supportare solo una trasmissione di tipo Duplex ovvero entrambe le entit possono accedere al canale sia in ricezione che in trasmissione ma non possono fare le due cose contemporaneamente Per tale motivo occorre che le due esse non trasmettano contemporaneamente Il meccani
50. onomia 4 Conclusioni E stata presentata una rapida carrellata delle motivazioni che hanno portato a realizzare questo lavoro e delle strategie che possono essere implementate in situ per realizzare una protezione dalle radio interferenze Naturalmente non detto che tutte le tecniche vadano bene per ogni radiotelescopio in quanto ognuno di questi affronta classi d interferenza dai risvolti e dalle caratteristiche diverse e variegate Tuttavia oltre a negoziare nelle sedi istituzionali per mantenere stringenti requisiti di pulizia delle nostre bande sempre consigliabile mettere in pratica metodi opportuni di RFI Mitigation al fine di garantire sempre un effettiva e continua reiezione ai disturbi Cap 2 Hardware equipment 1 Generalita Nel presente capitolo descritto l Hardware equipment ovvero l insieme dei dispositivi hardware che compongono il sistema di monitoraggio Di ogni componente saranno analizzati la struttura il funzionamento e le tecniche di interfacciamento e di collegamento sia al livello fisico modalit di costruzione ed istallazione delle schede e dei links che al livello logico descrizione dei meccanismi e dei protocolli di trasmissione La stazione di monitoraggio delle radio interferenze e costituita da un certo numero di apparati che potremo definire SERVERS ovvero che realizzano determinate operazioni in modo pressocche indipendente luno dall altro I dispositivi serve
51. permettere un acquisizione senza distorsioni da non linearit e quindi una caratterizzazione corretta sia del segnale astronomico che di quelli interferenti 3 3 Mitigation nel dominio dello spazio Isolare spazialmente i radiotelescopi dall influenza di segnali interferenti significherebbe disporre di una antenna totalmente priva di lobi secondari tramite i quali tipicamente questi si accoppiano al cammino principale del segnale cosmico Un idea molto importante quella di annullare i lobi secondari che raccolgono la radiazione proveniente da direzioni diverse da quella di puntamento in modo tale da minimizzare il contributo in potenza dei segnali interferenti Nella letteratura le tecniche di signal processing che si occupano di queste problematiche si dividono in 2 categorie quelle cosiddette null steering e le tecniche di cancellazione Con le tecniche di null steering si cerca di annullare il contributo di lobi secondari in una determinata direzione dalla quale si sicuri che provenga il segnale interferente In questo modo si annulla il contributo in potenza dei segnali interferenti raccogliendo solo il segnale utile che proviene dal lobo principale e quei segnali spuri ma deboli che si accoppiano lungo 1 lobi secondari non soppressi La principale di queste tecniche il beam forming che tuttavia utilizzato solo quando si in possesso di un array di feed che raccoglie il segnale riflesso dallo specchio primario L
52. r altro viene tuttora seguita da molti programmatori in ambiente Visual C e inutile reinventare la ruota 3 2 I men Modifica Visualizza Finestre Questi men sono implementati direttamente dal VisualC e svolgono le normali funzionalit di Windows riguardo alla gestione delle finestre multiple del trattamento dei dati all interno di queste della visualizzazione degli strumenti Non sono state implementate altre funzioni particolari con la tecnica dell override sebbene ci sia possibile nel caso nascano particolari esigenze future 3 3 Il men Header File Il problema dell acquisizione e della registrazione dei dati RFI osservati da una stazione di monitoraggio non e banale bens complesso ed articolato proprio perche tali sono le caratteristiche dei segnali interferenti Se ogni stazione tenesse per se i dati acquisiti non ci sarebbe neanche l esigenza di registrare i dati in un unico formato standard accessibile a tutti Poiche per 35 fortuna i diversi osservatori radio astronomici hanno deciso di scambiarsi i dati acquisiti per confrontarli tra loro e subito nata la necessita non solo di usare un formato comune a tutti ma anche e soprattutto di inglobare insieme ai dati acquisiti anche delle informazioni che riguardano le modalita di acquisizione le caratterisriche dei siti osservativi e della strumentazione utilizzata le particolari e contingenti condizioni osservative in tal modo il confront
53. rattutto 30 riguardo a quanto e stato aggiunto in fase di progetto e di realizzazione per rendere la stazione stessa completamente automatizzata Come si pu osservare anche dalla figura 1 non sono stati descritti ne il rotore sul quale montata l antenna ne la AUX BOX 2 che contiene gli attuatori in grado di selezionare i parametri di una data acquisizione RFI Poich il manuale di riferimento della YAESU 6 ed il riferimento bibliografico 8 rispettivamente ne danno una ampia descrizione si rimanda ad essi per ulteriori dettagli 31 Cap 3 Il Software MARFI Monitoring and Acquisition of Radio Frequency Interference 1 Generalita Dopo aver descritto il sistema di monitoraggio operante nella Stazione Radioastronomica di Noto da un punto di vista dell hardware e delle interfacce di comunicazione tra il PC CONTROLLER ed i dispositivi SERVER in questo capitolo viene data un ampia descrizione del software che e stato progettato per gestire in maniera automatica ed affidabile le acquisizioni RFI Il capitolo servir da guida all uso del sistema di monitoraggio automatico e della sua interfaccia utente Tre sono le linee guida che hanno portato alla scelta di automatizzare il monitoraggio RFI e quindi a progettare un software adatto a questo scopo 1 assicurare la possibilit di raccogliere il pi completo set di informazioni riguardo ai parametri ed alle caratteristiche dei segnali interferenti al fine di r
54. rimo problema stato risolto usando dei cavi schermati abbattendo gli effetti di diafonia soprattutto tra il canale analogico ed i canali digitali il problema delle componenti a bassa frequenza e deleterio soprattutto in quanto potrebbe innescare delle oscillazioni dell errore e quindi far s che il sistema non raggiunga mai uno stato di equilibrio stabile ma oscilli intorno ad esso La scheda APCB e un filtro LP progettato in maniera tale da garantire una ottima stabilit del segnale di misura Y e quindi del segnale errore che entra in ingresso all attuatore il filtro infatti non solo opera una efficace reiezione dei segnali a bassissima frequenza lt 10 Hz e nello stesso tempo garantisce un tempo di integrazione compatibile con le prestazioni del software che elabora il livello di posizione ma abbatte il livello medio dei disturbi sotto la soglia di sensibilit della scheda PC LPM 16 Un parametro fondamentale per il sistema a ciclo chiuso e il numero delle oscillazioni che il rotore compie nel suo punto di equilibrio all atto pratico si e visto che esso non compie nessuna oscillazione nel punto di equilibrio come previsto in fase di progetto questo e un risultato di vitale importanza sia per la stabilit stessa del sistema di posizionamento che per l integrit dei dati misurati 27 5 4 ROTOR COMMAND BOARD RCB Questo dispositivo si occupa di inviare i comandi di posizione CW e CCW al ROTOR CONTROLLE
55. rmazioni scambiate dalle due entit impegnate nella trasmissione devono essere organizzate in maniera tale che possano essere riconosciute e prelevate senza ambiguit tali informazioni possono essere raggruppati in pacchetti in cui e possibile riconoscere diversi campi dati quali gli indirizzi del sender e del receiver codici di preambolo e di chiusura della trasmissione codici di attivazione di funzioni del Radio Ricevitore campi dati utili L interfaccia di comunicazione ICOM prevede l esistenza di 2 tipi fondamentali di pacchetti pacchetti di richiesta o di risposta pacchetti di conferma della ricezione 1 Ipacchetti di richiesta o di risposta sono costituiti da e Doppio Codice di preambolo FE esadecimale che permette la sincronizzazione della trasmissione dati Indirizzo del Radio Ricevitore ra Receiver Address vedi tavola 2 2 1 e Indirizzo del Controller che sempre EO esadecimale Command number cn cio un codice espresso in base esadecimale che indica l operazione che si vuole eseguire sul radio ricevitore vedi Tav 4 1 1 Sub Command Number sc e una specifica del Command number vedi Tav 4 2 1 e Campo dati dt in cui vengono scritti i dati occorrenti per impostare le operazioni richieste con il Command Number e Codice di fine Messaggio FD esadecimale Il pacchetto di richiesta di operazione ha la seguente rappresentazione Con tale pacchetto il C richiede al R di svol
56. rs sono comandati da una unit centrale programmabile che da ora in poi chiameremo CONTROLLER e che e addetta alle seguenti operazioni 1 Controlla il corretto funzionamento dei dispositivi servers realizzando opportuni servizi di diagnostica e di recupero errore 2 Gestisce le richieste di operazioni sui dispositivi server sincronizzandone il funzionamento e lo scambio dei dati regola i diversi meccanismi protocollari garantendo un accettabile probabilit di errore sul flusso dati 3 Garantisce il funzionamento automatico degli apparati controllati anche in assenza dell operatore scheduling 4 Visualizza i dati acquisiti in real time li calibra e li immagazzina in supporti di memoria non volatile per le operazioni di post processing e di analisi I dati possono comunque essere disponibili per un real time processing quale potrebbe essere il meccanismo di cancellazione attiva o di real time recognition attraverso canali non ancora utilizzati ma che possono essere attivati per un futuro impiego Una rappresentazione schematica del sistema in questione e data in figura 1 in basso a destra e possibile riconoscere il controller colore azzurro esso e un PC Pentium 200 all interno del quale e istallata una scheda DAQ Data Aquisition PC LPM 16 prodotta dalla National Instrument le cui funzioni sono quelle di gestire il posizionamento dell antenna e settare i parametri delle acquisizioni polarizzazione attivazion
57. ruscamente ed ogni dato viene perso ricordarsi quindi anche di eliminare la directory appositamente creata oppure si conclude con successo appena finisce un determinato scan 2 Scheduling Con il termine scheduling si intende definire tutte le procedure che servono per creare gestire e portare a termine delle acquisizioni che non sono temporalmente indipendenti tra loro ma sequenzialmente distribuite nell arco della durata di una Schedule cioe di una lista di esperimenti programmati Si e ritenuto quindi di fondamentale importanza avere particolare cura nel definire le operazioni e le procedure per creare correttamente una determinata schedule al fine di evitare sovrapposizioni ed equivoci tra gli esperimenti ad essa appartenenti e quindi limitare al minimo cioe azzerare la probabilita di un insuccesso Una schedule si struttura in una directory che viene creata automaticamente con il comando Nuova Schedule all interno della quale viene generato il file di schedule con estensione sch Esso e un file di testo sul quale vengono registrati i parametri di funzionamento di una data acquisizione secondo l ordine di acquisizione stesso Infine la cartella contiene anche il file log della schedule che registra tutti gli avvenimenti dalla apertura alla fine La schedule si avvia in maniera automatica all istante in cui e programmato il primo esperimento ed automaticamente programma la conduzione di tutti gli altri
58. sedi opportune per impedire che trasmissioni indesiderate aggrediscano il debolissimo segnale radio proveniente dal cosmo almeno nelle porzioni di frequenza protette ed in prossimit dei radiotelescopi Radio Quiet Zone Tuttavia a volte questo non basta a garantire un accettabile reiezione ai disturbi soprattutto se si pensa a quelli generati dalla strumentazione stessa presente nei laboratori oppure ancora di pi ai segnali di tipo satellitare Parallelamente quindi sono stati sviluppati diversi metodi di cancellazione in grado di diminuire il livello dei segnali interferenti ottenendo dei risultati finora soddisfacenti ma che non devono portare ad abbassare la guardia sul fronte della discussione nelle sedi istituzionali ITU in testa Entrambi le strade richiedono la presenza di una strumentazione di monitoraggio dedicata alla misura dei parametri e delle caratteristiche peculiari delle interferenze radio al fine di fornire un quadro completo riguardo all azione dei disturbi in banda e dei segnali fuori banda che possono influire negativamente sulle osservazioni condotte dai radiotelescopi E chiaro che esistono diversi criteri per progettare una stazione di monitoraggio a seconda che essa debba svolgere una funzione esclusivamente osservativa oppure deve fornire una misura o meglio una stima delle interferenze ricevute dal radiotelescopio al fine di mitigarne gli effetti sui dati utili In questo lavoro descritto la strut
59. sizionamento dell antenna 77 misurato in tensione dopo lo switch ON OFF errore minimo sul posizionamento Ap misurato in tensione Di questi parametri e del loro dimensionamento si parler ampiamente nel capitolo successivo in questa fase e Invece opportuno tenere presente che tali parametri sono fondamentali per il progetto della scheda RCB in quanto rappresentano dei targets prestazionali da soddisfare nei criteri di scelta dei rele che la compongono 5 5 MANUAL REMOTE CONTROL SWITCHING BOARD M R CSB Questa scheda e installata all interno della AUX BOX 1 ed e stata realizzata per permettere la selezione automatica dei parametri di acquisizione di una campagna osservativa RFI La configurazione precedente infatti prevedeva che la selezione avvenisse solo manualmente mediante dei tasti siti nel frontespizio della AUX BOXI senza la possibilit di automatizzare anche questo processo 28 In sostanza all inizio della acquisizione in modalit automatica il PC CONTROLLER prende il possesso del controllo degli attuatori switch coax che per default e lasciato in modalit di funzionamento manuale in questo modo il PC stesso pu tramite la scheda REMOTE PARAMETER CONTROL BOARD selezionare i parametri di acquisizione impostati in fase di pianificazione della acquisizione pilotando gli attuatori in questione Nel dispositivo possibile riconoscere tre tipi di canali 1 Canali di ingresso Sono 5 che pro
60. smo di trasmissione pu essere descritto in questa maniera 1 Il C manda un pacchetto in formato base con una richiesta di operazione ordinando al R di impostare alcuni parametri per mezzo dei comandi Command e Sub Command Eventualmente saranno presenti anche dei campi dati 2 Il Ra sua volta deve fare le seguenti operazioni a Impostare correttamente i parametri passati dal C b Preparare un pacchetto di conferma di OK o di NG c Preparare un pacchetto contenente i dati eventualmente richiesti dal C FIG 5 3 Il R dunque risponder con i seguenti pacchetti dati a lo stesso pacchetto dati ricevuto dal C ma con gli indirizzi scambiati di posto in quanto il destinatario precede sempre il mittente questo pacchetto trasmesso per avvertire il C che si sono ricevuti correttamente i dati b un pacchetto di OK o di NG a seconda del fatto che il R sia riuscito o meno ad impostare correttamente i parametri richiesti c un pacchetto in formato base con il quale il R trasmette le informazioni richieste in termini di campo dati Questo terzo pacchetto e presente solo se c e stata una richiesta di operazione sui dati da parte del C 20 enna E FIG 6 L esito della trasmissione viene confermato con un doppio acknoledgment per cui in caso di mancata ricezione il C pu effettivamente capire se e avvenuta una failure nella linea oppure se ha richiesto una operazione impossibile da eseguire o an
61. tampante ed impostarne le caratteristiche funzionali Le altre voci di men possono essere abilitate in futuro per altri scopi L interfaccia di presentazione grafica e stata realizzata in modo molto semplice riducendo al minimo sia il carico computazionale che le funzioni per due motivi fondamentali prima di tutto perch avere un tool di elaborazione grafica non e uno degli obbiettivi che si sono fissati in fase di pianificazione e di conseguenza in fase di progetto del software del sistema di monitoraggio Secondariamente la rappresentazione grafica diventa molto semplice se si pensa di utilizzare le tantissime funzionalit messe a disposizione dagli Ambienti di Sviluppo IDE come Matlab IDL LabView etc con un risparmio di risorse e di tempo che non e indifferente Infatti programmare in VisualC una interfaccia grafica e ancora una operazione molto difficile dispendiosa in termini di tempo e porta a risultati che non sono neanche paragonabili a quelli ottenuti utilizzando un qualsiasi IDE Interface Developement Environment come per esempio Matlab Se si pensa inoltre che gli stessi dati RFI caricati in un IDE possono essere anche sottoposti a routine di elaborazione numerica si pu facilmente concludere che affidare l operazione di rappresentazione dei dati ad un tale ambiente non e affatto ne una operazione scomoda ne una cosa disonorevole anzi rappresenta una scelta dalle importanti implicazioni funzionali che pe
62. terface V Reference Manual Icom Inc 3 Ed 2 ICOM Communication Receiver IC R9000 Instruction Manual Icom Inc 3 ICOM Communication Receiver IC R10 Instruction Manual Icom Inc 4 NI DAQ User Manual for PC Compatibles National Instruments May 1995 Edition 5 NI DAQ Function Reference Manual for PC Compatibles National Instruments May 1995 Edition 6 YAESU MUSEN CO LTD G 2700SDX Instruction Manual TOKIO JAPAN 7 Roberto Cresta Elettronica Industriale 2a Ed HOEPLI 8 workshop per AUX 2 9 F Schilliro G Tuccari G Nicotra S Buttaccio RFI Monitoring System at Noto VLBI Station RFI Mitigation Workshop MPIFR 28 30 Marzo 2001 BONN 10 Bates Tompkins Visual C 6 Mc Graw Hill 11 Pappas Murray Visual C 6 Mc Graw Hill 12 A J Boonstra Radio Frequency Interference Monitoring Data Format Description RMDF Format Version 1 0 ASTRON May 22 2000 13 K Gregory Programmare in Visual C 4 2 Apogeo 47
63. to non corrispone al range del R Il R non dispone di una data funzione o modalit di demodulazione richiesta E stato mandato un messaggio OAH nel campo Command blank channel Come si pu osservare i messaggi di conferma partono solo dal R verso il C per cui il primo campo di indirizzo in ordine e sempre EO in quanto e sempre il C il destinatario di questi messaggi Poich l uso di altri tipi di funzioni esula dall impiego del Radio Ricevitore nel progetto del monitoraggio delle interferenze esse non verranno descritte Per ulteriori informazioni si rimanda al Manual Reference 1 4 3 2 I campi Command cn e Sub Command sc Una particolare attenzione meritano i campi Command e Sub Command con il primo di essi il Controller indica al R la particolare operazione da compiere sul campo dati che ha trasmesso con il 18 secondo fornisce delle informazioni aggiuntive che sono fondamentali per l esecuzione dell operazione stessa Le Tav 4 1 4 2 4 3 e l intero Capitolo 7 del manuale descrivono dettagliatamente tutte queste funzioni Molto spesso accade che non tutti i valori di Sub Command sono compatibili con valori di Command anzi sono questi ultimi a limitare il range dei valori possibili di Sub Command in base alle funzionalita che sono state richieste 4 3 3 Formato dei dati frequenza Per quanto riguarda i comandi che richiedono di operare su dati di frequenze si deve tenere conto che questi s
64. tura ed il funzionamento della Stazione di Monitoraggio dei segnali interferenti RFI presente nella Stazione Radioastronomica di Noto ed in particolare illustrato il progetto e la realizzazione dell automatizzazione di questa ultima Per fare fronte all esigenza di un continuo monitoraggio dello spettro d interesse 50 MHz 2GHz si dovuto potenziare la fase d acquisizione delle interferenze radio automatizzando tutto il processo e rendendolo il pi possibile indipendente dall intervento dell operatore In questo modo stato possibile garantire un servizio di monitoraggio RFI ancora pi efficiente in grado di fornire un quadro completo sull allocazione delle bande per i diversi servizi di TLC e quindi una protezione pi efficace per quelle piccole porzioni di banda dedicate alla radioastronomia 2 RFI Radio Frequency Interference Poich i radioastronomi fanno un uso passivo di alcune parti dello spettro radio si pu parlare di interferenza riferendosi ad un qualsiasi segnale indesiderato captato dal sistema di ricezione In questo senso possibile subito distinguere le interferenze prodotte da sorgenti naturali quali quelle prodotte dal terreno dal sole e da altre radiosorgenti presenti in natura da quelle artificiali cio prodotte dall uomo come i servizi radio e TV broadcast sistemi di comunicazione e navigazione terrestri e satellitari radar segnali prodotti dalle apparecchiature elettroniche e
65. uenze al di sotto dei 30 MHz JACK DI CONTROLLO CI V REMOTO Questo canale e direttamente collegato in ingresso al CI V Level Converter per il collegamento remoto al PC Controller JACK DI USCITA 13 8 V DC E una alimentazione DC a 13 8 V Alimenta il CI V level Converter AC Power Supply Connessione dell alimentazione AC di tipo domestico 3 2 Ricevitore ICOM IC R10 Caratteristiche fondamentali Range di Frequenza 0 5 1300 MHz modello europeo Modi SSB USB LSB CW AM FM Wide FM Sistema di ricezione Supereterodyne a tripla conversione Frequenze intermedie si rimanda al 3 pag 77 Sensibilita si rimanda al 3 pag 77 Passi di sintonia programmabili tra 0 1 e 999 9 KHz in passi di 0 1 KHz Passi di sintonia 0 1 0 5 1 5 6 25 8 9 10 12 5 15 20 25 30 50 100 KHz Connessione CT 17 con CI V Level Converter Connettore di Antenna NC 50 Ohm Alimentazione Batteria NiC di tipo 4 AA R6 con tensione nominale di 4 8 V si pu alimentare con tensioni 4 8 16 V DC negative ground Connessione PC tramite cavo CI V al CI 17 e modulo seriale Per altre informazioni consultare il manuale di istruzioni 3 13 Collegamenti Essendo un dispositivo portatile molte funzioni sono ridotte ed altre sono integrate rispetto alla versione portatile Avendo garantito l alimentazione e collegato l antenna con apposito connettore l unico collegamento esterno da effettuare e quello con il PC CONT
66. ultimo sar fornita nel Cap 3 3 I Ricevitori In questo paragrafo verranno descritti i due ricevitori in dotazione alla Stazione Radioastronomica di Noto utilizzati per l acquisizione delle Radio Interferenze il ricevitore fisso ICOM IC R900 ed il ricevitore portatile ICOM IC R10 Poich una trattazione molto approfondita esula dagli scopi descrittivi di questo paragrafo ci si limiter a descrivere le funzionalit e le caratteristiche dei ricevitori da un punto di vista della integrazione nel sistema di monitoraggio rimandando ai rispettivi manuali 2 3 per le informazioni riguardo al funzionamento come ricevitore indipendente 3 1 Ricevitore ICOM IC R9000 IC R900 e un ricevitore a banda larga in grado di coprire in modo continuo tutte le frequenze comprese tra 0 1 Mhz a 1999 8 MHz E possibile ricevere trasmissioni da tutto il mondo in banda marina aerea di emergenza TV broadcast via satellite e radioamatoriali 11 Caratteristiche fondamentali Range di Frequenza 0 1 1999 8 MHz Modi SSB USB LSB CW FSK AM FM Wide FM Sistema di ricezione Supereterodyne Frequenze intermedie si rimanda al 2 pag 67 Sensibilita si rimanda al 2 pag 67 Passi di sintonia 10 Hz 100 Hz 1 KHz 5 KHz 9 KHz 10 KHz 12 5 KHz 20 KHz 25 KHz 100 KHz Filtro in ricezione Wide Medium Narrow Power supply 220 V versione tedesca Collegamenti In questo paragrafo sono descritti 1 collegamenti
67. vengono dallo stadio manuale e 5 da quello automatico essi portano le informazioni binarie circa i parametri selezionati sotto forma di livelli di tensioni 12 V V H Banda bassa MANUALE V H Banda Alfayoro Filtro FM AUX BOX 2 Ampl 800 1700 Ampl 1700 2700 INPUT OUTPUT BUFFER CORRENTE D OUT 2 2 Canali di Uscita Sono 5 e vanno a p FIG 10 uatori della AUX BOX 2 sono livelli di tensione 0 12V ma debbono avere valori di corrente non indifferenti proprio perch comandano degli switch 2 Canale di controllo E il canale digitale 2 di output DOUT2 della scheda PC LPM 16 che in figura 8 e evidenziato in viola se viene scelta la modalit automatica il canale passa ad uno stato TTL alto e va a pilotare uno stadio di potenza che controlla i 5 rele MANUALE AUTO tanti quanti sono le linee relative ai parametri di acquisizione Lo stadio di potenza costituito da un transistor di tipo darlington buffer di corrente in grado di fornire la corrente opportuna ai rel per lo scambio MANUALE REMOTO 7 pag 457 29 V H Banda ay MANUALE V H Banda bassa V H Banda Alt gt a gt A gt V HBanda Alta Filtro FM e Filtro FM gt Ampl 800 1700 Ampl 800 1700 sE AUX civ Ampi 1700 2700 Ampl 1700 2708 7 BOX EB E TT zk IY REMOTO n Alim 12 Volts Dal Computer Controllo

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