Software-Defined-Radio Implementation for the Metsähovi Compact Array with Emphasis on Methanol Maser Observations

Loading...
Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis

Date

2022-12-12

Department

Major/Subject

Electronics and Nanotechnology

Mcode

ELEC3039

Degree programme

Master’s Programme in Electronics and Nanotechnology (TS2013)

Language

en

Pages

8+120

Series

Abstract

In 2014 Aalto University’s Metsähovi Radio Observatory (MRO) received four telescopes as a donation. Since then, the MRO has sought to get the telescopes working and now the Metsähovi Compact Array 1 (MCA1) is the first of the four to be in a working condition. Before this work a terminal operable pointing and tracking system was created and a receiver with a frequency range of 4 - 8 GHz was installed to the MCA1. The telescope was thus already technically operable but still lacked a back-end implementation. This work focuses on finishing the MCA1 by creating a Software Defined Radio (SDR) implementation as the back-end. The newest commercially available SDR Ettus X410 was selected due to its fast and efficient nature. For example, the SDRs can be easily modified for different purposes and thus they are useful in situations where there is later need to change the aims of the software. In this work the SDR was designed to function autonomously in order to make the MCA1 telescope even more easy to use. The final system is divided for multiple measuring modes and subprograms and thus they can also be used for more arbitrary measurements. The back-end implementation that was created in this work is set to make observations of methanol (CH3OH) masers. During this work, the most powerful masers were observed, and their spectral shapes followed. The measurements were obtained by Fast Fourier Transforming (FFT) the received signal and integrating them for multiple minutes. The strongest sources were detected just in a few minutes while the weakest observed masers required over 30 minutes of integration. The catalogued mean Doppler velocities were used to predict the approximate frequency of the masers. The G111.542 was the weakest detected CH3OH maser and with a catalogued power of 346 Jy. Other detected masers in this work were the G133.949, the G109.871, the G49.488, the G188.946, the G81.877 and the G37.427.

Vuonna 2014 Aalto-yliopiston omistama Metsähovin radio-observaatio (MRO) sai lahjoituksena neljä teleskooppia. Metsähovi on pyrkinyt tämän jälkeen saattamaan teleskoopit käyttökuntoon. Metsähovi Compact Array 1 -teleskoopille (MCA1) oli ennen tätä työtä luotu Linux-terminaalin kautta ohjattava kohteiden seurantajärjestelmä sekä asennettu vastaanotin 4-8 GHz -taajuusalueella. Tämän diplomityön seurauksena MCA1 on nyt lahjoitetuista teleskoopeista ensimmäinen toiminnassa oleva. Tämän diplomityön tarkoituksena oli luoda mittausohjelmisto MCA1:lle käyttäen ohjelmistoradiota (SDR). Ohjelmistoksi valikoitui markkinoiden uusin SDR Ettus X410 sen nopeus- ja tehokkuusominaisuuksien vuoksi. Helppo muokattavuus on yksi ohjelmistoradioiden keskeisimmistä piirteistä, minkä vuoksi ne soveltuvat hyvin tilanteisiin, joissa halutaan varata mahdollisuus muuttaa ohjelmiston toiminnallisuuksia ja käyttötarkoituksia myöhemmin. Tässä työssä kehitetty ohjelmisto suunniteltiin lisäksi toimimaan automaattisesti sillä tarkoituksella, että ohjelmisto soveltuisi hyvin myös opetukseen ja kokemattomampien käyttäjien käyttöön. Luotua mittausohjelmistoa hyödynnettiin työn aikana pääasiassa metanolimaser mittauksissa. Työ keskittyi havainnoimaan ja seuraamaan voimakkaimpia masereita ja niiden spektriä. Mittaukset suoritettiin integroimalla vastaanotettuja signaaleita useiden minuuttien ajan ja kohteiden spektrit saatiin Fourier-muunnoksen (FFT) avulla. Voimakkaimmat kohteet havaittiin jo muutamassa minuutissa, kun taas heikoimmat löydetyt maserit vaativat yli 30 minuutin integraation. Katalogisoituja Doppler-nopeuksia käytetään arvioimaan maserien esiintyvyystaajuutta. Kohteen havainnoimisen jälkeen tarkasti saatua taajuuden huippua hyödynnettiin sen hetkisen Doppler-nopeuden laskemisessa. Heikoin työn aikana havaittu CH3OH maser oli G111.542, jonka katalogisoitu teho oli 346 Jy. Muita havaittuja masereita olivat G133.949, G109.871, G49.488, G188.946, G81.877 ja G37.427.

Description

Supervisor

Lähteenmäki, Anne

Thesis advisor

Kallunki, Juha
Kirves, Petri

Keywords

radio astronomy, software-defined-radio, Metsähovi, methanol, MCA1, maser

Other note

Citation