ROACHボードによるFOREST用バックエンドの開発

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1 ROACHボードによるFOREST用バックエンドの開発
○中西裕之1 、南谷哲宏2、西村淳2、岩田一正2、松尾光洋1、中原啓貴1、久野成夫3、梅本智文2　他 ( 1鹿児島大学、2国立天文台、3筑波大学) ABSTRACT: 我々は国立天文台共同開発研究の支援を受けて、H25年度よりROACH (Reconfigurable Open Architecture Computing Hardware)ボードと呼ばれるFPGA (Field Programmable Gate Array)ボードを用いて、野辺山45-m鏡の4 ビーム受信機FOREST に搭載するデジタル電波分光計を開発し、広帯域受信機システムの整備を進めている。プロジェクトが終了するH27年度までにROACH2ボード８枚およびASIAA製5GSPS ADCを16枚搭載し、40GHzの帯域をカバーする予定である。従来に比べて、ROACHボードを用いることにより、拡張性、メンテナンス性、コストの面で利点が多い。 　昨年はROACHボードのセットアップから、動作試験を行った後、試験観測により45m鏡の観測信号をROACHボードに取り込み、SiOメーザーのスペクトルが得られることを確認することができた。今年度は広帯域観測に向けて、IF部等のアナログ部も含めて開発を進めていく予定である。 　Introduction 　 広帯域バックエンドの必要性 　　- 新受信機FOREST：4 ビーム、2 偏波、2SB受信機、 　　　IF周波数8GHz　→　帯域幅：4×2×2×8=128GHz 　　- 現状：　PANDA (ADC) & SAM45 (分光計）の帯域=32GHz 　　→ FORESTの帯域を全てカバーできない 　　　　バックエンドの帯域拡大が必要 　　　　できればコスト（価格、メンテナンス等）は下げたい ROACHとは CASPERはカリフォルニア大学バークレイを中心とする国際連携 基本精神:デジタル回路のライブラリを全世界で共有 　　→必要な技術開発に集中出来る 開発システムを構築 MATLABとSIMULINKを使ったGUIベースで論理回路開発 広帯域ROACH分光計によるサイエンス 現状で４ビームカバー できるのはUSB側だけ ROACH分光計追加 　によりLSB側の同時 　観測が可能に 開発目標 総帯域幅：40GHz （ASIAA 8 bit 5GSPS ADC を8枚） 速度分解能：0.1 km s-1 (周波数分解能38kHz) 分光点数:216≃64,000 (ADC1枚のBW2.5GHz/38kHz) スケジュール H26年度　 - 1IF分　アナログ部試作 - 5GSPS ADCの動作試験 - データ取り込みフォーマットの決定 H27年度　 - 全IF分　アナログ部製作 - ROACH, ADCの追加 　　　　 - 共同観測に向けた整備 アナログ部 NRO UM2011 中島氏講演スライドより 開発・制御 MATLABとSIMULINK を使ったGUIベースで行う 　→ 比較的容易 Linux環境が推奨 Pythonによる制御 　が主流 2048ch 分光計回路 試験観測（ファーストライト） ・12月13日H40受信機によるポインティング観測時 ・45m鏡観測棟内(45A)の音響光学型分光（AOS） 　用の第４IF（中間周波数）のラックのモニター端子 　からの信号をROACHボードに入力 ON点とOFF点の差を取る事によって下のような メーザー源のスペクトルを入手することに成功 本開発の発展性 ・ROACHボードの汎用性 　ROACHボードは電波天文学用のデジタル信号処理ボードであり、分光計のみならず相関器、パルサーバックエンドなど様々な用途に応用可能 ・SKAに向けた技術開発にも 　ROACHボードは南アフリカのSKA試験機のバックエンドとして使われている。ROACHボードによるデジタル信号処理開発はSKA時代における開発の土壌を日本国内にも育てることに繋がる メーザーのスペクトル 確認