Technologies for Radio Astronomy CSIRO Astronomy and - - PowerPoint PPT Presentation

CSIRO ¡Astronomy ¡and ¡Space ¡Science ¡

Technologies ¡ for ¡Radio ¡ Astronomy ¡

Tasso ¡Tzioumis ¡ Assistant ¡Director ¡– ¡Engineering ¡ June ¡2015 ¡ Mark ¡Bowen ¡ Group ¡Leader ¡– ¡Front ¡End ¡Technologies ¡ ¡

(From ¡last ¡ATUC ¡mee0ng) ¡

• ASKAP ¡& ¡SKA: ¡Core ¡business ¡of ¡the ¡Engineering ¡Program. ¡
• Most ¡of ¡the ¡program’s ¡people ¡and ¡effort ¡at ¡present. ¡
• Development ¡projects ¡for ¡all ¡ATNF ¡facili0es. ¡Depends ¡on ¡
• budgets. ¡
• Strategic ¡developments ¡– ¡develop ¡capabili0es. ¡
• External ¡contracts ¡help ¡to ¡maintain ¡capabili0es. ¡
• Broad ¡direc0ons ¡largely ¡unchanged ¡(June ¡2015) ¡

DirecKons ¡for ¡ATNF ¡Engineering ¡

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

Available ¡resources ¡& ¡allocaKons ¡

• ASer ¡CSIRO ¡restructure ¡ ¡(refer ¡last ¡AUC ¡report, ¡Nov ¡2014) ¡
• ¡Lost: ¡~9 ¡posi0ons ¡via ¡a\ri0on ¡and ¡redundancies. ¡
• à ¡~ ¡42 ¡FTE ¡total ¡remained ¡in ¡Technologies ¡
• Since ¡Nov ¡2014: ¡
• Lost: ¡1 ¡senior ¡digital ¡engineer ¡+ ¡1 ¡re0rement ¡
• Have ¡permission ¡to ¡replace ¡-­‑ ¡underway ¡
• Gained: ¡~2 ¡FTE ¡short-­‑term ¡contracts ¡– ¡ASKAP ¡produc0on ¡
• Some ¡recruitments ¡in ¡progress. ¡
• à

à ¡Overall ¡largely ¡unchanged! ¡But ¡will ¡grow ¡into ¡next ¡FY. ¡

• ASKAP ¡: ¡~ ¡22 ¡FTE ¡ ¡à ¡Ongoing ¡commitment ¡
• SKA: ¡~ ¡11 ¡FTE ¡à ¡Re-­‑structuring ¡aSer ¡SKA ¡re-­‑baseline ¡
• More ¡digital ¡group ¡effort? ¡CSP-­‑LOW? ¡Ac0ve ¡poli0cking!! ¡
• S0ll ¡only ¡~5 ¡FTE ¡(fragmented) ¡for ¡ALL ¡other ¡projects!! ¡

¡ ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

Staffing ¡– ¡Conferences ¡

• SKA CSP meeting – Cape Town March 2015
• SKA Preliminary Design Reviews - Manchester
• Document submission Nov – Dec 2014 (~30+ documents/consortium)
• Australian Site Infrastructure – Feb 2015
• Central Signal Processing (CSP) – Dec 2014
• Signal and Data Transport (SaDT) – Jan 2015
• Dish – Feb 2015
• Assembly Integration and Verification (AIV) – Feb 2015
• Special session on SKA in ICASSP conference (Brisbane April 2015)
• ”Signal Processing Challenges for the Square Kilometer Array”
• John Bunton presented invited paper on “SKA CORRELATORS AND BEAMFORMERS”
• 4 Participants from Digital group à Very valuable networking
• SKA-Dish related visits to Manchester
• AT-RASC (URSI regional meeting), May 2015.
• ASKAP
• SKA Survey
• SKA CSP workshop – Penticton Canada (June 2015)

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

CABB ¡ ¡ ¡(unchanged ¡since ¡last ¡ATUC) ¡

• Last ¡ATUC: ¡Formal ¡CSIRO ¡commitment ¡ceased ¡Sept ¡2014 ¡
• Now ¡ALL ¡tasks ¡covered ¡by ¡post-­‑re0rement ¡fellows!! ¡

BUT ¡

• Personal ¡commitment ¡by ¡staff ¡member ¡to ¡con0nue ¡work ¡on ¡the ¡

16 ¡MHz ¡mode.

• Possible ¡delivery ¡for ¡16 ¡MHz ¡end ¡2015?! ¡à ¡s0ll ¡the ¡target ¡
• No ¡horizon ¡for ¡4 ¡MHz ¡mode. ¡
• NO ¡CSIRO ¡commitment ¡possible. ¡Facilitate ¡as ¡far ¡as ¡possible. ¡
• Some ¡hope ¡that ¡16 ¡MHz ¡may ¡be ¡completed. ¡

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

ASKAP ¡Update ¡

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

• Aaron ¡Chippendale ¡to ¡update ¡in ¡detail ¡ ¡
• S0ll ¡to ¡do: ¡
• Phase ¡closure ¡under ¡TOS ¡control ¡
• Test ¡zoom ¡modes ¡under ¡TOS ¡control ¡
• Tied-­‑array ¡processor ¡for ¡VLBI ¡
• Transient ¡buffer ¡for ¡CRAFT ¡

Ultra-­‑wideband ¡Receiver ¡for ¡Parkes ¡

• Observed ¡band ¡700 ¡-­‑ ¡4000 ¡MHz; ¡Tsys ¡< ¡20K ¡over ¡most ¡of ¡band ¡
• Science: ¡pulsar ¡0ming, ¡polarisa0on, ¡interstellar ¡sca\ering, ¡

dispersion, ¡spectral ¡lines, ¡Galac0c ¡con0nuum, ¡VLBI ¡

• ARC ¡Linkage ¡Infrastructure, ¡Equipment ¡and ¡Facili0es ¡grant ¡
• $370k ¡awarded ¡for ¡2015 ¡
• InvesKgators: ¡Bailes, ¡Gaensler, ¡Wyithe, ¡Bhat, ¡Levin, ¡van ¡Straten, ¡

Wen, ¡Melatos, ¡Manchester, ¡Hobbs, ¡Kramer, ¡Han ¡

• InsKtuKons: ¡CSIRO, ¡Cur0n, ¡MPIfR, ¡Melbourne, ¡Monash, ¡NAO/CAS, ¡

Swinburne, ¡Sydney, ¡Western ¡Australia ¡

• Collabora0on ¡agreement ¡in ¡development ¡– ¡sign ¡by ¡July ¡2015 ¡

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

Parkes RFI Spectrum (Sept. 2014)

UWB Receiver Band Phone (CDMA/3G) Phone (GSM/3G) Aircraft Satellite Phone (3G)

Credit: Dick Manchester, Paul Roberts, Aidan Hotan, Ron Beresford, Brett Preisig

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

Parkes UWB Feed Design

Credit: Alex Dunning

• Quad-ridge horn with dielectric insert and outer rings
• Feed/OMT and dielectric cryogenically cooled - outer rings at

ambient temperature

• Low cross-polarization (< -15 db)
• Beamwidth and focal position

almost frequency-independent

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

Differen'al* LNA*s* 700MHz*–* 4GHz**feed* and*4*port* OMT* Band* combiner/* PFB/*GPU* distributor* GPU*cluster* Differen'al* signal*lines* Cryostat* *

700#MHz#–#4#GHz#receiver# Block#diagram#

Triplexer* Band* pass* filter* (high)* Band* pass* filter* (mid)* Band* pass* filter* (low)* Notch* filter* Gain*/* equalisa'on/* aQenua'on* * Gain*/* equalisa'on/* aQenua'on* * Gain*/* equalisa'on/* aQenua'on* * Digi'ser* (9*channels)* Second* polarisa'on* channel* Receiver* control*and* monitor* electronics* Receiver* cryogenics* /*vacuum* hardware* and* electrics* One*of*two*polarisa'on*channels* RF* processing* module* * Op'cal* fibre**(x9)* Parkes*64m* aerial*cabin* * Parkes*64m* tower* instrument*room* * Parkes*64m* focus*cabin* RFI*‘'ght’* enclosure* RFI* reference* channels***

Credit: Alex Dunning

Prototype ¡UWB ¡Feed ¡Progress ¡

• Prototype ¡feed ¡development ¡at ¡CSIRO ¡
• New ¡technology ¡à ¡MUST ¡test ¡and ¡“re0re ¡risk” ¡
• Proof ¡of ¡concept ¡feed ¡tes0ng ¡in ¡June ¡2015 ¡– ¡Room ¡temperature ¡

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

Teflon dielectric Feed Horn Outer rings

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

UWB Feed Installed in Antenna Test Range

Credit: Alex Dunning

• M. Bourne and A. Dunning Installing UWB Feed

Credit: Alex Dunning

Technological ¡Challenges ¡

• Cryogenic ¡cooling ¡ ¡-­‑ ¡Materials ¡
• Vacuum ¡window ¡
• Wideband ¡LNA ¡development ¡
• System ¡integra0on ¡

Cost ¡of ¡UWB ¡system ¡(ARC ¡proposal) ¡

• Total ¡direct ¡costs: ¡~$1M ¡
• Proposal ¡for ¡50% ¡from ¡Partners ¡& ¡50% ¡ARC ¡funds ¡
• Shorsall: ¡~$100k ¡from ¡ARC ¡
• But ¡new ¡partners ¡commi\ed ¡funds ¡at ¡this ¡level. ¡
• Labour ¡effort ¡(from ¡CASS) ¡at ¡~$1.5M ¡
• ~ ¡6 ¡FTE ¡years ¡effort. ¡Timescale? ¡(~2-­‑3 ¡years?) ¡
• Need ¡to ¡manage ¡limited ¡CASS ¡resources ¡
• Exis0ng ¡commitments ¡– ¡ASKAP, ¡SKA, ¡FAST ¡
• FAST ¡ramp-­‑up ¡will ¡slow ¡progress ¡in ¡the ¡short-­‑medium ¡ ¡term ¡
• SKA ¡re-­‑baseline ¡à ¡limited ¡scope ¡for ¡realloca0on ¡of ¡effort? ¡
• Scope ¡to ¡leverage ¡digital ¡developments ¡from ¡ASKAP/SKA ¡work? ¡
• Implica0ons ¡for ¡single ¡digital ¡back-­‑end ¡for ¡ALL ¡Parkes ¡

systems! ¡

• Broadly ¡on ¡target ¡to ¡develop ¡– ¡subject ¡to ¡resources! ¡

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

• Feasibility ¡study ¡accepted ¡by ¡NAOC. ¡
• Nego0a0ong ¡with ¡Chinese ¡for ¡full ¡receiver ¡

system ¡design ¡& ¡construc0on ¡

• Challenging ¡delivery ¡deadline: ¡September ¡2016 ¡ ¡
• Fully ¡externally ¡funded. ¡
• Detailed ¡cos0ng ¡completed. ¡
• Contract ¡nego0a0ons ¡under ¡way. ¡
• Strategic ¡rela0onship ¡with ¡China! ¡
• MUST ¡nurture ¡& ¡develop!? ¡
• Resource ¡requirements ¡& ¡conflicts ¡
• Recruit/Collaborate/secondment? ¡

FAST ¡– ¡19 ¡beam ¡1.3 ¡GHz ¡receiver ¡

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

ADE ¡PAF ¡and ¡system ¡for ¡MPIfR ¡

• Contract for standard ASKAP PAF for Effelsberg telescope.
• Poor RFI environment at Effelsberg – need mods to PAF filtering
• Also for Parkes: Usable spectrum ~1100-1800 MHz (GSM bands below 1 GHz)

SPECIAL SYSTEM

• Single dish PAF system
• PAF filter modifications
• Modified beamformer outputs
• Ethernet output à Advanced
• Modifications externally Funded
• Strategic use of PAF….
• Commissioning/Early science:

Request from MPIfR for Bonn PAF at Parkes

• Advantages: ¡
• A\rac0on ¡of ¡early ¡PAF ¡science ¡at ¡Parkes ¡(~ ¡1 ¡year) ¡
• Showcasing ¡single-­‑dish ¡PAF ¡– ¡more ¡customers ¡(e.g. ¡Jodrell ¡Bank) ¡
• Easier ¡to ¡commission/debug ¡PAF ¡
• Resources ¡at ¡Parkes ¡from ¡Bonn ¡& ¡others ¡
• Demonstrate ¡need ¡for ¡PAF ¡@ ¡Parkes ¡– ¡future ¡funding? ¡
• More ¡collabora0ons ¡& ¡outside ¡resources ¡
• Costs: ¡
• Effort ¡to ¡install ¡at ¡Parkes ¡– ¡2-­‑3 ¡months ¡FTE? ¡
• Disrup0on ¡of ¡Opera0ons ¡at ¡Parkes ¡
• Need ¡to ¡maintain ¡Parkes ¡Pulsar ¡effort ¡à ¡Rx ¡changes? ¡(costs?) ¡
• Commissioning ¡effort ¡(BUT ¡experience ¡very ¡valuable) ¡
• RecommendaKon: ¡
• Benefits ¡outweigh ¡costs?? ¡

Bonn ¡PAF ¡at ¡Parkes ¡-­‑ ¡Proposal ¡

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

• Tenta0ve ¡0melines: ¡
• Install/Commission: ¡OCT2015 ¡semester? ¡
• Bonn ¡PAF ¡modifica0ons ¡– ¡by ¡Nov ¡2015? ¡
• Parkes ¡prepara0ons: ¡Early ¡in ¡semester ¡– ¡Complete ¡by ¡end ¡2015? ¡
• Fibre ¡wiring ¡~ ¡2 ¡week ¡shutdown? ¡
• Other ¡wiring; ¡Racks ¡install; ¡…. ¡
• Install: ¡Dec ¡2015 ¡– ¡Jan ¡2016. ¡2 ¡weeks. ¡Replace ¡MB ¡system ¡for ¡1 ¡year. ¡
• Engineering ¡Commissioning: ¡Jan-­‑Mar ¡2016 ¡
• Science ¡Commission ¡& ¡Scien0fic ¡Observa0ons: ¡APR2016 ¡semester? ¡
• 2-­‑3 ¡engineers/scien0sts ¡external ¡support ¡
• Germany ¡and ¡Jodrell ¡Bank ¡
• Joint ¡CSIRO/MPIfR ¡post-­‑doc ¡
• OCT2016 ¡semester: ¡à ¡PAF ¡to ¡Bonn ¡
• Re-­‑install ¡MB ¡system ¡at ¡Parkes?? ¡
• Develop ¡new ¡PAF ¡system ¡for ¡Parkes?? ¡

Bonn ¡PAF ¡at ¡Parkes ¡– ¡Proposed ¡Timelines ¡

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

• Commissioning ¡expected ¡to ¡con0nue ¡throughout ¡2015OCT ¡Semester ¡-­‑ ¡It ¡will ¡not ¡

be ¡possible ¡for ¡proposers ¡to ¡request ¡observa0ons ¡using ¡the ¡PAF. ¡

• ¡Astronomical ¡observing ¡may ¡be ¡possible ¡2016APR ¡and/or ¡2016OCT. ¡
• PAF ¡will ¡not ¡be ¡a ¡Na0onal ¡Facility ¡instrument: ¡the ¡control ¡soSware, ¡

documenta0on ¡and ¡available ¡support ¡will ¡not ¡be ¡to ¡Na0onal ¡Facility ¡standard. ¡ ¡

• Collabora0ve ¡projects ¡with ¡MPIfR ¡or ¡CASS ¡are ¡encouraged ¡– ¡Only ¡a ¡limited ¡

number ¡of ¡observing ¡modes ¡will ¡have ¡been ¡tested ¡and ¡a ¡significant ¡contribu0on ¡

• f ¡resources ¡towards ¡firmware ¡or ¡soSware ¡development ¡is ¡likely ¡to ¡be ¡required. ¡
• Teams ¡wishing ¡to ¡use ¡the ¡PAF ¡for ¡astronomical ¡observing ¡will ¡be ¡required ¡to ¡

submit ¡a ¡proposal ¡to ¡the ¡TAC ¡at ¡the ¡regular ¡proposal ¡deadline ¡for ¡the ¡use ¡of ¡ Na0onal ¡Facility ¡0me, ¡explicitly ¡addressing ¡resourcing ¡issues. ¡

• MPIfR ¡are ¡planning ¡to ¡lead ¡a ¡proposal ¡to ¡use ¡the ¡PAF ¡for ¡FRB ¡detec0on, ¡and ¡will ¡

welcome ¡collaborators ¡who ¡can ¡contribute ¡resources ¡to ¡this ¡project. ¡ ¡

• To ¡be ¡discussed ¡at ¡this ¡ATUC ¡mee0ng ¡

¡

Bonn ¡PAF ¡at ¡Parkes ¡– ¡science ¡collaboraKons ¡

(from ¡discussions ¡with ¡MPIfR) ¡

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

• SKA ¡re-­‑baseline ¡
• No ¡SKA1-­‑survey ¡à ¡re-­‑focus ¡CSIRO ¡effort ¡
• SKA1-­‑dish ¡involvement ¡reduc0on ¡
• PAF ¡AIP ¡to ¡be ¡setup ¡– ¡con0nue ¡PAF ¡development ¡
• some ¡effort ¡available ¡in ¡group? ¡à ¡UWB, ¡FAST,… ¡
• SKAO ¡decision ¡in ¡April ¡2015: ¡
• CSIRO ¡to ¡lead ¡SKA1 ¡CSP-­‑LOW ¡(signal ¡processing) ¡àMore ¡digital ¡effort? ¡
• Correlator ¡and ¡Beamformer ¡– ¡Hardware ¡and ¡Firmware ¡
• Conten0ous ¡decision ¡within ¡CSP ¡consor0um ¡
• Technical ¡and ¡poli0cal ¡discussions ¡on-­‑going ¡
• Closer ¡collabora0on ¡with ¡European ¡partners?? ¡
• CSP ¡Board ¡mee0ng ¡– ¡9 ¡June ¡2015 ¡à ¡Final ¡decision? ¡

SKA ¡re-­‑baseline ¡ ¡ ImplicaKons ¡for ¡Technologies ¡program ¡

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

• ASKAP ¡& ¡SKA: ¡Core ¡business ¡of ¡the ¡Engineering ¡group. ¡
• Most ¡of ¡the ¡group’s ¡people ¡and ¡effort ¡at ¡present. ¡
• CSP-­‑LOW ¡lead? ¡
• Development ¡projects ¡for ¡all ¡ATNF ¡facili0es. ¡Depends ¡on ¡budgets. ¡
• UWB ¡Receiver ¡at ¡Parkes ¡
• Single-­‑dish ¡PAF ¡at ¡Bonn/Parkes ¡
• FAST ¡19-­‑beam ¡system ¡
• Strategic ¡developments ¡– ¡develop ¡capabiliKes. ¡
• External ¡contracts ¡help ¡to ¡maintain ¡capabili0es. ¡

¡ ¡Summary ¡

ATUC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡June ¡2015 ¡

Thank ¡you ¡

Astronomy ¡& ¡Space ¡Science ¡ Tasso ¡Tzioumis ¡ ¡ t ¡+61 ¡2 ¡9372 ¡4350 ¡ E ¡Tasso.Tzioumis@csiro.au ¡ w ¡www.csiro.au/cass ¡ Astronomy ¡& ¡Space ¡Science ¡ Mark ¡Bowen ¡ ¡ t ¡+61 ¡2 ¡9372 ¡4356 ¡ E ¡Mark.Bowen@csiro.au ¡ w ¡www.csiro.au/cass ¡