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Projekt
RADIANT - Radioastronomie mit einfacher Sensorik
Antragsteller
Dr.-Ing. Manuel Stein
Fachliche Zuordnung
Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
Förderung
Förderung von 2019 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413008418
Ein neues niederfrequentes Radioteleskop wird in Kürze in Betrieb gehen und unsere Sicht auf das Universum sowie unser Verständnis für die Gesetze der Physik verändern. Mit mehr als 100.000 Antennen bildet der niederfrequente Empfänger des Square Kilometre Array (SKA-low) einen technologischen Meilenstein in der Radioastronomie und stellt, zusammen mit seinem Vorgänger dem Low Frequency Array (LOFAR) mit etwa 5.000 Antennen, die Vollendung eines Paradigmenwechsels hin zu einer vollelektrischen Systemauslegung dar. Anstatt wenige große Parabolantennen zu verwenden, kombinieren das SKA-low und LOFAR die Signale einer großen Anzahl von kleinen Funksensoren und synthetisieren mit Hilfe von Supercomputern und intelligenten digitalen Algorithmen riesige Radioteleskope.Während es dieser Ansatz Radioastronomen ermöglicht, Studien mit beispielloser Empfindlichkeit und Geschwindigkeit durchzuführen, ist eine Systemauslegung von Funkempfängern mit einer Vielzahl von Antennen, so wie sie heute in der Radioastronomie bereits erfolgreich realisiert wird, eine technische Herausforderung. Aufgrund der enormen Anzahl an Sensoren produziert das SKA-low mehr Daten als das weltweite Internet und benötigt somit Unmengen an Glasfaser, übergroßen Speicher und Recheneinheiten mit höchster Leistung. Während der technologische Fortschritt in Bezug auf digitale Übertragung, Speicherung und Rechenkraft in den letzten Jahrzehnten exponentiell voranschreitet, war dagegen die Entwicklung im Zusammenhang mit analoger Schaltungstechnik für Funksensoren moderat. Als Konsequenz bilden heute die Kosten und der Energieverbrauch von analoger Funktechnik schwerwiegende Hindernisse für den Bau zukünftiger Radioteleskopsysteme, welche die Empfangssignale von Millionen von Antennen kombinieren.Das Projekt untersucht einen potenziell wegweisenden Ansatz zur Konzeptionierung solcher Systeme. Hierbei wird die analoge Komplexität der Funksensoren auf ein Minimum reduziert und ein stark nichtlineares Empfangsverhalten toleriert. Innovative hardwarenahe statistische Methoden kompensieren die Nichtlinearität in der digitalen Verarbeitungsdomäne und eine optimierte Systemauslegung mit einer maximalen Anzahl an Antennen sorgt für höchste Performanz. Das Forschungsvorhaben vereint ausgewiesene Spezialisten für Radioteleskopsysteme und führende Wissenschaftler in den Bereichen der Array-Signalverarbeitung sowie der hardwarenahen statistischen Analyse für eine erste Machbarkeitsstudie. Ziel des Vorhabens ist es: I) das Potenzial von Radioteleskopsystemen mit einer Vielzahl von Sensoren geringer Komplexität quantitativ zu bestimmen; II) die erforderlichen hochauflösenden Signalverarbeitungsalgorithmen und Kompressionsverfahren zu erarbeiten; III) die Tragfähigkeit des untersuchten Konzepts anhand echter Teleskopdaten nachzuweisen; IV) die Verifikation mit einem ersten Prototypen nach Abschluss des Projekt zu planen.
DFG-Verfahren
Forschungsstipendien
Internationaler Bezug
Niederlande
