Name: simulating imaging of large scale radio arrays on the lunar surface
Uploaded: 2020-07-30T14:00:00
Duration: 6 min 14 s
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चंद्र डिजिटल ऊंचाई नक्शे प्रदान करने के लिए चंद्र टोही ऑर्बिटर (LRO) और चंद्र ऑर्बिटर लेजर Altimeter (LOLA) टीमों के लिए धन्यवाद । इस काम को सीधे नासा सौर प्रणाली अन्वेषण अनुसंधान सहकारी समझौते संख्या 80ARC017M0006 द्वारा समर्थित किया गया था, अन्वेषण और अंतरिक्ष विज्ञान (NESS) टीम के लिए नेटवर्क के भाग के रूप में ।

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लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

सिमुलेशन पाइपलाइन का प्रत्येक चरण आवश्यक है और अगले में फ़ीड करता है, चंद्र सतह पर एक सरणी विन्यास लेते हुए, संदर्भ फ्रेम को आकाश में लक्ष्य क्षेत्र में सरणी को उन्मुख करने के लिए सही ढंग से संरेखित करता है, दृश्यता डेटा की गणना करता है, उचित शोर स्तर जोड़ता है, और परिणामस्वरूप डेटा पर इमेजिंग एल्गोरिदम चलाता है।
प्रत्येक चरण के लिए, अनुकूलन किए जा सकते हैं। चरण 2 में, उपयोगकर्ता परिभाषित सरणी विन्यास देशांतर और अक्षांश की कोई सूची हो सकती है। यह तब चरण 3 में स्पाइस स्क्रिप्ट में फ़ीड करता है, जहां कोई नियोजित मापों का सही समय चुन सकता है, साथ ही साथ आकाश में सरणी को कहां केंद्रित किया जाना चाहिए। चरण 3 में, कोई भी नकली सत्य उत्सर्जन को निर्दिष्ट कर सकता है कि सरणी एक उपयुक्त CASA .truth फ़ाइल प्रदान करके छवि बनाने का प्रयास कर रही है। फिर चरण 4 में एक अवलोकन आवृत्ति और अपेक्षित हार्डवेयर क्षमताओं के आधार पर शोर के अपेक्षित स्तर को बदल सकता है। कोड का यह सेट एक लचीला सिमुलेशन फ्रेमवर्क का गठन करता है जिसका उपयोग लक्षित विज्ञान के आधार पर किसी भी संख्या के उपयोग के लिए सरणी डिजाइन को पुनरेट करने के लिए किया जा सकता है। इन कोड सभी एक औसत लैपटॉप या वर्कस्टेशन पर चलाया जा सकता है, हालांकि गणना समय एंटेना की संख्या के साथ बढ़ जाती है । प्रक्रिया के सबसे धीमे हिस्से दृश्यता की भविष्यवाणी कर रहे हैं, इमेजिंग के बाद। छोटी सरणी के लिए, पूरी प्रक्रिया मिनटों में की जा सकती है, जबकि कुछ सौ या हजार रिसीवर की बड़ी सरणी के लिए, घंटे या दिन की आवश्यकता हो सकती है।
कुछ अगले कदम है कि इस पाइपलाइन के साथ अपने यथार्थवाद को बढ़ाने के लिए लिया जा सकता है एक चैनल पर निर्भर अग्रभूमि हटाने प्रणाली जोड़ने शामिल हैं । इसके लिए एक वैश्विक आकाश मॉडल बनाने की आवश्यकता होती है, जो गांगेय सिंक्रोट्रॉन उत्सर्जन और कैस ए जैसे कुछ उज्ज्वल स्रोतों द्वारा कम आवृत्तियों पर प्रभुत्व है, ट्रैकिंग आकाश का कौन सा हिस्सा रिसीवर को दिखाई देता है, और प्राथमिक बीम के साथ उस चमक पैटर्न को शामिल करता है, जिसमें इमेजिंग लक्ष्य की ओर गठबंधन सरणी का चरण केंद्र होता है। लंबे समय तक एकीकरण के समय के लिए, आकाश की स्पष्ट गति पर नज़र रखना भी एक मुद्दा है। एक और सुधार जो जोड़ा जा सकता है वह एक क्षणिक घटना/रेडियो फ्रीक्वेंसी हस्तक्षेप (आरएफआई) ध्वजांकित प्रणाली है जो सामान्य इमेजिंग से फ़्लैग किए गए चैनलों को हटा सकता है, और उन्हें एक विशेष पाइपलाइन में भेज सकता है जो फ़्लैग किए गए डेटा को चित्रित और विशेषता देता है । यह क्षणिक घटना पाइपलाइन तब यूवीमॉडलफिट जैसे विशेष एल्गोरिदम का उपयोग कर सकती है जो इन घटनाओं के शोर अनुपात के लिए उच्च संकेत का लाभ उठा सकती है ताकि उन्हें सरणी27के सामान्य संकल्प से बेहतर बताया जा सके।
अतिरिक्त प्रभाव भी हैं जिन्हें पूर्ण सरणी अंशांकन के लिए ध्यान में रखा जाना चाहिए, जिनमें से एक पारस्परिक युग्मन है। जैसा कि एलिंगसन28में चर्चा की गई है, इससे सरणी में संवेदनशीलता में कमी आ सकती है यदि उनके पास रिसीवर हैं जो एक दूसरे की कुछ तरंगदैर्ध्य के भीतर हैं। यह सरणी के लिए संवेदनशीलता में कमी में देखा जाता है, या समान रूप से, SEFD में वृद्धि। यह चरम से 10 डिग्री से अधिक बीम के लिए विशेष रूप से सच है। इस काम में उदाहरण सरणी पृथ्वी को लक्षित करता है, जो हमेशा डिजाइन द्वारा चरम सीमा के पास होता है, इसलिए पारस्परिक युग्मन को इस विशेष इमेजिंग लक्ष्य को प्रभावित नहीं करना चाहिए, लेकिन ऊंचाई कोणों और आवृत्तियों की पूरी श्रृंखला पर एसईएफडी के अध्ययन को अपनी पूरी क्षमता को अनलॉक करने के लिए किसी भी वास्तविक सरणी के लिए कमीशनिंग में किए जाने की आवश्यकता होगी। इस सरणी सिमुलेशन पाइपलाइन की एक और कमी अपूर्ण चंद्र सतह नक्शे में निहित है । एलआरओ लोला मापन से DEMs सबसे अच्छा ५१२ पिक्सल/डिग्री नक्शे में 60x60 मीटर/पिक्सेल का एक संकल्प है । कोई भी नकली सरणी के लिए इन डेटा को इंटरपोलेट कर सकता है, लेकिन वास्तविक सरणी के लिए एक कमीशनिंग/अंशांकन अवधि की आवश्यकता होगी जहां एक ज्ञात स्थिति वाले स्रोतों का उपयोग सभी एंटीना से उच्च परिशुद्धता के बीच सापेक्ष अलगाव निर्धारित करने के लिए किया जाएगा । संभावित अंशांकन स्रोतों में कैस ए, बृहस्पति या पृथ्वी से आवधिक कम आवृत्ति उत्सर्जन, या संभावित रूप से चंद्र गेटवे29शामिल हैं।
विचार करने के लिए चंद्र सतह की प्रतिक्रिया भी है। रेगोलिथ नामक चंद्र टॉपसॉइल की एक परत है जो एक हानिरहित डाइइलेक्ट्रिक की तरह कार्य करती है जो चंद्र आधार के ऊपर कुछ दक्षता के साथ आने वाले उत्सर्जन को प्रतिबिंबित कर सकती है जो कुछ बेहतर दक्षता30,31के साथ आने वाले उत्सर्जन को भी प्रतिबिंबित कर सकती है। यह प्रतिक्रिया परिवेश के तापमान और आने वाली आवृत्ति के साथ-साथ रेगोलिथ की रासायनिक संरचना पर निर्भर है। अध्ययन30,31 ने पाया है कि 100 K से कम तापमान पर, रेगोलिथ रेडियो उत्सर्जन के लिए लगभग पारदर्शी है, और प्रतिबिंब आधार स्तर पर लगभग 0.5-0.6 के प्रतिबिंब गुणांक के साथ होता है। उच्च तापमान 150-200 K पर, रेगोलिथ उत्सर्जन को अवशोषित कर सकता है और लगभग 0.2-0.3 के प्रतिबिंब गुणांक के साथ सतह पर आने वाले विकिरण को प्रतिबिंबित कर सकता है। 200 K से ऊपर के तापमान पर, यह पाया जाता है कि रेगोलिथ के डाइइलेक्ट्रिक गुण कम हो जाते हैं, और प्रतिबिंब से भिन्नता को नजरअंदाज किया जा सकता है। ये प्रभाव सरणी के प्रभावी क्षेत्र को कम कर सकते हैं, संवेदनशीलता को कम कर सकते हैं और लंबे समय तक एकीकरण के समय की आवश्यकता हो सकती है। इस प्रभाव को इलेक्ट्रोमैग्नेटिक सिमुलेशन सॉफ्टवेयर पैकेजों जैसे एनईसी 4.232 के साथ मॉडल किया जा सकता है जो चंद्र गहराई के एक समारोह के रूप में सापेक्ष अनुमति के मॉडल/डाइइलेक्ट्रिक स्थिर हैं। यह किसी दिए गए आवृत्ति के लिए रिसीवर के एसईएफडी को आउटपुट करेगा, जिसे नकली सिग्नल में जोड़ने के लिए सही शोर की गणना करने के लिए सरणी सिमुलेशन पाइपलाइन को दिया जा सकता है। रिसीवर और चंद्र सतह के बीच एक ग्राउंडिंग ग्रिड जोड़ने से परावर्तित तरंगों के प्रभाव को कम करने में मदद मिल सकती है, लेकिन तैनाती के रूप में जटिलताओं का अपना सेट जोड़ता है ।
चंद्र सतह पर एक रेडियो रिसीवर के कार्यान्वयन के आसपास काल्पनिक या फजी विवरण के कई अंत में फोटोइलेक्ट्रॉन म्यान (ROLSES) और चंद्र सतह विद्युत चुम्बकीयता प्रयोग (LuSEE)३३के चंद्र सतह सतह पर रेडियो तरंग टिप्पणियों की तरह एकल कम आवृत्ति एंटीना परियोजनाओं के हाल के वित्तपोषण के साथ वास्तविकता में जमना होगा । LuSEE हाल ही में वाणिज्यिक चंद्र पेलोड सेवा कार्यक्रम के भाग के रूप में नासा द्वारा वित्त पोषित किया गया था । एंटीना के दोनों सुइट्स में मुख्य रूप से स्टीरियो/वेव्स या पीएसपी फील्ड्स जैसे पिछले उपकरणों के लिए फ्लाइट कलपुर्जों शामिल होंगे और २०२१ डिलीवरी के लिए योजना बनाई गई है । इन रिसीवर से माप अंततः चंद्रमा की सतह पर आयनित धूल से फोटोइलेक्ट्रॉन म्यान से अर्ध शोर के स्तर जमना होगा और यह कैसे एक चंद्र दिन के पाठ्यक्रम पर बदलता है । ये माप चंद्र सतह से प्रतिबिंब और अवशोषण के स्तर की विशेषता भी होगी, और यह निर्धारित करते हैं कि यह रिसीवर के एसईएफडी को कैसे बदलता है। वे चंद्र सतह पर प्राप्त होने वाली क्षणिक घटनाओं या आरएफआई की संख्या के आंकड़े भी उपलब्ध कराएंगे । ये मिशन एंटेना की सरणी के लिए मार्ग प्रशस्त करेंगे जो अंततः सौर रेडियो फटने, दूर आकाशगंगाओं और ग्रहों के मैग्नेटोस्फेयर से कम आवृत्ति उत्सर्जन जैसे उपन्यास वैज्ञानिक टिप्पणियों की एक भीड़ बनाने में सक्षम होंगे। इस काम में वर्णित सिमुलेशन पाइपलाइन विभिन्न वैज्ञानिक लक्ष्यों के लिए इन भविष्य के सरणी के डिजाइन को पुन: तैयार करने का एक लचीला तरीका प्रदान करती है।

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>No physical materials are needed, this is a purely computational work.</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

simulating imaging of large scale radio arrays on the lunar surface

हाल के वर्षों में प्रकृति में वैज्ञानिक और अन्वेषणात्मक दोनों कारणों से चंद्रमा पर लौटने में नए सिरे से रुचि रही है । चंद्रमा बड़े पैमाने पर कुर्सियां बनाने के लिए सही प्रशिक्षण मैदान प्रदान करता है जो एक मंगल जैसे अन्य ग्रहों पर लागू हो सकता है । चंद्र दूर की ओर एक रेडियो शांत क्षेत्र के अस्तित्व जल्दी ब्रह्मांड अध्ययन और एक्सोप्लैनेट खोजों के लिए वादा किया है, जबकि निकट पक्ष एक स्थिर आधार है कि पृथ्वी के मैग्नेटोस्फेयर से कम आवृत्ति उत्सर्जन का पालन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कि मदद कर सकता है आने वाले अंतरिक्ष मौसम के लिए अपनी प्रतिक्रिया गेज प्रदान करता है । बड़े पैमाने पर रेडियो सरणी का निर्माण बड़े वैज्ञानिक रिटर्न प्रदान करने के साथ-साथ अन्य ग्रहों पर संरचनाओं के निर्माण की मानवता की क्षमता के परीक्षण के रूप में कार्य करेगा। यह काम सैकड़ों या हजारों एंटेना से मिलकर चंद्रमा पर छोटे से बड़े पैमाने पर रेडियो सरणी की प्रतिक्रिया का अनुकरण करने पर केंद्रित है। सरणी की प्रतिक्रिया सरणी के विन्यास और संवेदनशीलता के साथ उत्सर्जन की संरचना पर निर्भर है। रिसीवर स्थानों की ऊंचाई की विशेषता के लिए चंद्र टोही ऑर्बिटर लेजर अल्टिमर उपकरण से डिजिटल ऊंचाई मॉडल का उपयोग करके नकली रेडियो रिसीवर के लिए स्थानों का एक सेट चुना जाता है। एक कस्टम कॉमन एस्ट्रोनॉमी सॉफ्टवेयर एप्लीकेशन कोड का वर्णन किया जाता है और नकली रिसीवर से डेटा को संसाधित करने के लिए उपयोग किया जाता है, यह सुनिश्चित करने के लिए कि उचित अनुमानों का उपयोग इमेजिंग के लिए उचित अनुमानों का उपयोग करने के लिए स्पाइस का उपयोग करके चंद्र और आकाश समन्वय फ्रेम को संरेखित किया जाता है। यह सिमुलेशन फ्रेमवर्क देखने के एक छोटे से क्षेत्र में किसी भी दिए गए वैज्ञानिक लक्ष्य इमेजिंग के लिए सरणी डिजाइन को पुन: तैयार करने के लिए उपयोगी है। यह फ्रेमवर्क वर्तमान में सभी स्काई इमेजिंग का समर्थन नहीं करता है।

सॉफ्टवेयर पाइपलाइन के बाद काफी सीधा होना चाहिए, और यह स्पष्ट होना चाहिए कि प्रत्येक कदम के रूप में यह चाहिए काम कर रहा है । स्टेप 2 से createArrayConfig.py रनिंग को चित्रा 1जैसा एक आंकड़ा बनाना चाहिए, जहां परिभाषित सरणी का विन्यास चंद्र सतह की स्थानीय स्थलाकृति के शीर्ष पर प्लॉट किया जाता है, जैसा कि एलआरओ लोला व्युत्पन्न डिजिटल ऊंचाई मॉडल से प्राप्त होता है।
चरण 3 को अन्य लोगों के अलावा eqXYZ_EarthCentered.txt, रास.txt और डीईएसएस.txt प्रमुख आउटपुट फाइलें देनी चाहिए। इन फ़ाइलों के उदाहरण डाउनलोड किए गए पैकेज में स्थित हैं।
चरण 4 को एक सत्य छवि बनानी चाहिए जो चित्र 2के समान है, जिसका उपयोग दृश्यता डेटा की गणना करने के लिए किया जाता है। इसे एक CASA माप सेट (.ms) फ़ाइल भी आउटपुट करना चाहिए जो यह देखने के लिए कि बेसलाइन और दृश्यता डेटा दोनों की गणना और सहेजे गए थे, कासब्राउसर के सामान्य CASA कमांड के साथ ब्राउज़ कर सकते हैं।
चरण 5 को क्रमशः नीरव और शोर छवियों के लिए चित्रा 3 और चित्रा 4 के समान आंकड़े आउटपुट करना चाहिए। शोर छवियों को नीरव छवि की तुलना में कम स्पष्ट दिखना चाहिए।
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61540/61540fig01.jpg"> चित्रा 1: चंद्र सतह के ऊंचाई नक्शे पर सरणी का विन्यास। यह एक उदाहरण सरणी विन्यास है जिसमें 10 किमी से अधिक एक लॉगरिथमिक रूप से दूरी वाली गोलाकार सरणी शामिल है। विन्यास में कुल 1024 एंटीना के लिए 32 लॉगरिथमिक रूप से दूरी वाले एंटीना के 32 हथियार हैं। सरणी की साइट, (-1.04 डिग्री, -0.43 डिग्री) को चुना गया था क्योंकि यह चंद्रमा मतलब पृथ्वी (एमई) फ्रेम में उप-पृथ्वी बिंदु (0 डिग्री, 0 डिग्री) के करीब सबसे कम ऊंचाई भिन्नता (σ = 5.6 मीटर) के साथ 10x10 किमी पैच का केंद्र है। ऊंचाई डेटा एलआरओ लोला माप से प्राप्त डिजिटल ऊंचाई मानचित्र से प्राप्त किया गया था। यह आंकड़ा हेगेडस एट अलसेलिया गया था । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61540/61540fig01large.jpg" target="_blank">कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61540/61540fig02.jpg"> चित्र 2: चंद्र दूरी पर विकिरण बेल्ट से सिंक्रोट्रॉन उत्सर्जन की सत्य छवि। यह छवि के लिए सरणी के लिए एक विज्ञान लक्ष्य का एक उदाहरण है । इसके बाद बरामद छवि की तुलना सरणी के प्रदर्शन को निर्धारित करने के लिए इस इनपुट से की जाती है। चमक नक्शा सलामम्बो इलेक्ट्रॉन सिमुलेशन डेटा से बनाया गया था और चंद्र दूरी पर मनाया जाएगा कि सिंक्रोट्रॉन उत्सर्जन का निर्धारण करने के लिए एक गणना के माध्यम से चलाते हैं । 1.91 डिग्री पृथ्वी एक पैमाने पर संकेतक के लिए जोड़ा जाता है। यह आंकड़ा हेगेडस एट अलसेलिया गया था । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61540/61540fig02large.jpg" target="_blank">कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61540/61540fig03.jpg"> चित्र 3: इनपुट सत्य छवि के लिए 10 किमी व्यास सरणी की नीरव प्रतिक्रिया। यह चरण 5 के आउटपुट में से एक है, जो मानक रेडियो खगोल विज्ञान इमेजिंग एल्गोरिदम क्लीन लागू करता है, जो कि −0.5 की मजबूती पैरामीटर के साथ ब्रिग्स भार योजना का उपयोग करता है। यह आंकड़ा हेगेडस एट अलसेलिया गया था । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61540/61540fig03large.jpg" target="_blank">कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61540/61540fig04.jpg"> चित्रा 4: इनपुट सत्य छवि के लिए 10 किमी व्यास सरणी का शोर प्रतिक्रिया। यह चरण 5 के आउटपुट में से एक है, जो मानक रेडियो खगोल विज्ञान स्वच्छ लागू करता है, जो कि −0.5 के मजबूती पैरामीटर के साथ ब्रिग्स भार योजना का उपयोग करता है। इस छवि के लिए, 1.38e7 Jansky के सिस्टम समकक्ष फ्लक्स घनत्व का उपयोग किया गया था, 500 किलोहर्ट्ज का एकीकरण बैंडविड्थ, और 4 घंटे का एकीकरण समय। 1K एंटीना सरणी के बजाय 16K एंटीना सरणी की प्रतिक्रिया का अनुकरण करने के लिए शोर को 16 के कारक द्वारा भी कम किया गया था। यह आंकड़ा हेगेडस एट अलसेलिया गया था । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61540/61540fig04large.jpg" target="_blank">कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।</a>

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Simulating Imaging of Large Scale Radio Arrays on the Lunar Surface

चंद्रमा की सतह पर बड़े पैमाने पर रेडियो सरणी की इमेजिंग क्षमताओं के परीक्षण के लिए एक सिमुलेशन फ्रेमवर्क प्रस्तुत किया गया है। प्रमुख शोर घटकों पर चर्चा की जाती है, और एक सॉफ्टवेयर पाइपलाइन को उपन्यास वैज्ञानिक उपयोगों के लिए इसे अनुकूलित करने के तरीके के विवरण के साथ चला जाता है।

चंद्र सतह पर बड़े पैमाने पर रेडियो सरणी की इमेजिंग का अनुकरण

In recent years there has been a renewed interest in returning to the Moon for reasons both scientific and exploratory in nature. The Moon provides the ...

Research

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Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

एकाधिक द्रव चरणों के जलाशय हालत ताकना पैमाने इमेजिंग एक्स-रे Microtomography का प्रयोग

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space ...

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Two apparatuses for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device (for examining surface speeds ...

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Preparation and High-temperature Anti-adhesion Behavior of a Slippery Surface on Stainless Steel

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Anti-adhesion surfaces with high-temperature resistance have a wide application potential in electrosurgical instruments, engines, and pipelines. A ...

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Radio Frequency Magnetron Sputtering of GdBa2Cu3O7ÃƒÆ’Ã‚Â¢Ãƒâ€¹Ã¢â‚¬Â 'ÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Â´/ La0.67Sr0.33MnO3 Quasi-bilayer Films on SrTiO3 STO Single-crystal Substrates

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Here, we demonstrate a method of coating ferromagnetic La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) nanoparticles on (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by radio ...

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