Diseño e implementación de un espectrómetro digital con separación de banda lateral para el Radiotelescopio Mini

Abstract

La radioastronomía ha sido una herramienta clave en la exploración del universo, permitiendo detectar y analizar señales de radio emitidas por cuerpos celestes. En este contexto, el Radiotelescopio Mini, ubicado en el Observatorio Astronómico Nacional en Cerro Calán, ha sido objeto de mejoras tecnológicas para potenciar sus capacidades de observación. Este trabajo se centró en el diseño e implementación de un espectrómetro digital con separación de banda lateral, utilizando una plataforma RFSoC 4x2, con el objetivo de mejorar el rendimiento del radiotelescopio Southern Mini. El sistema desarrollado incorpora un híbrido digital para separar las bandas laterales (LSB y USB), implementado mediante bloques especializados en Simulink y herramientas del grupo CASPER. Los modelos diseñados permiten procesar señales en frecuencia intermedia (IF) bajo una arquitectura 2SB, lo que se traduce en una reducción del ruido y un aprovechamiento más eficiente del ancho de banda disponible. Además, se integraron mecanismos de acumulación controlada por señales provenientes del sistema de control del telescopio, junto con un sistema de re-cuantización que permite adaptar los espectros a un formato de 32 bits para su posterior lectura. Las validaciones se realizaron tanto en condiciones de laboratorio como en el propio radiotelescopio, donde se verificó el correcto funcionamiento de la separación de bandas usando la métrica SRR (Sideband Rejection Ratio). También se evaluaron dos métodos de lectura de datos: uno utilizando la librería casperfpga de CASPER, y otro mediante un servidor personalizado programado en C++ con comunicación por sockets TCP. Los resultados demostraron que el modelo de 32 bits con 8192 canales espectrales logra valores de SRR superiores a 20 dB, lo cual es notable considerando que se trata de un sistema sin calibración. Por otro lado, el método de lectura basado en cliente-servidor en C++ fue el más eficiente, con menores tiempos de latencia y una proporción más baja de fallos, por lo que se eligió como la solución final para operar en el telescopio. Finalmente, se logró establecer una comunicación exitosa entre el RFSoC y el sistema completo del telescopio, consolidando así una nueva herramienta de observación para la radioastronomía nacional.