Programación de una placa Roach como un correlador para un interferómetro cercano al infrarrojo

Abstract

El presente trabajo de memoria se enmarca en el ámbito de la radioastronomía, específicamente en la interferometría heterodina, procedimiento por el cual varias antenas funcionan como si fueran una sola de gran tamaño; siendo el experimento realizado en la Universidad de Chile sólo con dos antenas. El objetivo fundamental del proyecto es lograr programar un correlador, dispositivo que se encargará de correlacionar las señales de las antenas en una FPGA montada en una placa, la cual fue diseñada exclusivamente para esta tarea: la placa ROACH. El proceso de diseño del correlador se hará mediante herramientas desarrolladas por el grupo CASPER, las cuales tienen como función principal la programación de la ROACH mediante la compilación de diversos modelos de correlador diseñados en MATLAB-Simulink®. Se implementaron dos modelos, uno obtenido a partir de realizar modificaciones a un modelo propuesto por CASPER, y el otro correspondiente a un espectrómetro que realiza internamente la correlación entre las señales, para luego entregar el espectro observado por las antenas. Las pruebas en laboratorio pudieron realizarse sólo sobre el primer diseño, ya que para probar el espectrómetro se necesita hardware adicional que no se encuentra en el laboratorio; razón por la cual su uso quedará propuesto para cuando se cuente con el hardware necesario. El correlador se sometió a diversos experimentos basados en tres montajes, entre los cuales uno es de naturaleza óptica, para verificar la funcionalidad y caracterizar el comportamiento de éste. Los resultados de las primeras pruebas hechas al correlador funcional, revelaron que la mayoría del montaje no estaba aislado del ruido externo; además, las señales generadas para efecto de probar el sistema estaban contaminadas con un alto nivel de ruido blanco producido desde la fuente. Aun así, los espectros analizados tanto por su auto-correlación, correlación cruzada y fase de las señales, demuestran que el correlador se encuentra operando como es debido. Luego se procedió al segundo experimento, el cual presentó como objetivo principal eliminar la mayor cantidad de componentes externas de ruido; estudiando así el comportamiento del correlador bajo condiciones cercanas a las ideales. Los resultados arrojados de este segundo montaje reafirmaron el correcto funcionamiento del sistema. Al realizar el tercer y último experimento, se pudo apreciar el funcionamiento del diseño sobre un montaje óptico, cuya finalidad fue demostrar el correcto funcionamiento del detector heterodino en conjunto, sobre condiciones cercanas a las pruebas de campo en una primera aproximación. Finalmente se puede concluir que el objetivo principal se cumple, y que existen diversos factores que afectaron en los resultados pero sin tener consecuencia directa en el funcionamiento del correlador. Aun así existen ciertas recomendaciones para disminuir los niveles de ruido y obtener espectros en ausencia de componentes externas al experimento.