Implementation of a Data Packetiser and phase-tracking FXF-correlator for the Metsähovi Compact Array

Thumbnail Image

Files

master_Raassina_Jere_2025.pdf (5.95 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Electrical Engineering | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-12-20

Department

Major/Subject

Space Science and Technology

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Electronics and Nanotechnology

Language

en

Pages

68

Series

Abstract

Metsähovi Radio Observatory (MRO) is one of the major research and teaching infrastructures of Aalto University, where various measurements are conducted, such as solar monitoring and extragalactic radio source observations. In recent years, the commissioning of an array consisting of 5.5-metre radio telescopes known as the Metsähovi Compact Array (MCA) has taken place at the site. The MCA is intended to operate as a radio telescope interferometer, consisting of three to four telescopes, separated by baselines of up to 400 metres. This requires transmitting the data from each telescope to an upcoming software correlator for processing. The goal of this thesis was to implement a system known as the data packetiser, which is responsible of transmitting the formatted, digitised signal from an individual telescope over a network to the correlator. The data were to be provided with such information that they could be distinguishable by the correlator. This thesis also investigated the interferometric capabilities of the MCA using rudimentary software-correlator solutions in GNU Radio Companion (GRC) and a phase rotator to assist in time-aligning the signals. The work was carried out using a software-defined radio (SDR) platform from Ettus Research known as the Universal Software Radio Peripheral (USRP) X410 that was controlled using GRC programs. The data packetiser was programmed in C++ as part of GRC, to allow its use in various SDR implementations. The packetiser computer receives the data from the X410s and transmits them forward as User Datagram Protocol (UDP) packets with timestamps, sequence numbers, and information of their origin. The X410s in two MCA telescopes were supplied with 10 MHz and 1 PPS reference signals to synchronise their sampling, which resulted in the first correlations and phase tracking of a source achieved with the MCA. The phase tracking capability allows the coordinates of the baselines to be refined, which led to the first interferometric images.

Metsähovin radio-observatorio on Aalto-yliopiston merkittävä tutkimus- ja opetusinfrastruktuuri, jossa tehdään erilaisia mittauksia, kuten Auringon aktiivisuuden seurantaa ja aktiivisten galaksien havaintoja. Metsähoviin on viime vuosien aikana rakennettu 5,5 metrin radioteleskoopeista koostuvaa ryhmää, nimeltään Metsähovi Compact Array (MCA). MCA:n on tarkoitus toimia radiointerferometrinä, joka koostuu lopulta kolmesta tai neljästä teleskoopista, jolloin niiden väliset etäisyydet voivat olla suurimmillaan 400 metriä. Tämä edellyttää jokaisesta teleskoopista saadun signaalidatan lähettämistä tulevalle ohjelmistokorrelaattorille. Tämän diplomityön tavoitteena oli toteuttaa datapaketoija, joka kykenee siirtämään yksittäisestä teleskoopista järjestellyn, digitoidun signaalin lähiverkon läpi korrelaattorille. Signaalidataan oli liitettävä erillistä tietoa, jolla korrelaattori voisi erottaa eri teleskoopeista tulevat signaalit. Työssä tutkittiin myös MCA:n kykyä toimia radiointerferometrina hyödyntäen perusteellisia ohjelmistokorrelaattoriratkaisuja GNU Radio Companion (GRC) -ohjelmassa, sekä vaiheenseurantaa signaalien aikaerojen kompensoimiseen. Työ tehtiin Ettus Researchin Universal Software Radio Peripheral (USRP) X410 -ohjelmistoradiolla, jota ohjattiin GRC-ohjelmilla. Datapaketoija toteutettiin C++-ohjelmointikielellä osana GRC:tä, jotta sitä voitaisiin käyttää erilaisissa ohjelmistoradio-toteutuksissa. Luotua paketoijaa suorittava tietokone vastaanottaa X410-ohjelmistoradiolta tulevaa signaalidataa ja lähettää sitä eteenpäin UDP-paketteina, joihin on liitetty aikaleimat, järjestysnumerot ja tiedot alkuperästä. Kahteen MCA teleskooppiin syötettiin 10 MHz:n ja 1 PPS:n referenssisignaalit signaalien näytteistyksen synkronointia varten, minkä tuloksena saavutettiin ensimmäiset korrelaatiot ja kohteen vaiheseurantaa MCA:lla. Vaihetta seuraavan ominaisuuden takia, teleskooppien koordinaatteja voidaan parantaa, joka johti ensimmäisten interferometristen kuvien luomiseen.

Description

Supervisor

Lähteenmäki, Anne

Thesis advisor

McKay, Derek

Keywords

radio interferometry, data packetiser, software-defined radio, correlator, radio telescopes, GNU Radio Companion, USRP X410

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202501271929

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC