The linearity response of the Planck-LFI flight model receivers
在本文中，我们讨论的普朗克-LFI接收机的线性响应，特别是参考信号压缩测量的30和44 GHz的信道。在这篇文章中，我们讨论了各种来源的压缩，并提出了一个模型，准确地描述了在测试过程中测得的数据进行单独的放射性链。在讨论测试结果后，我们提出了最佳的参数集代表接收机的响应，并讨论了非线性的影响，在飞行校准，这是可以忽略不计的。
2010-01-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Planck-LFI flight model composite waveguides
普朗克卫星上的低频仪器设计用于在27至77千兆赫的宽频带上提供有史以来最精确的整个天空CMB各向异性图。它由22个伪相关辐射计组成，由11个主动冷却（20 K）前端模块（FEM）和11个300 K后端模块（BEM）组成。这两个部分之间的连接是由矩形波导。考虑到不同的性质（热，电磁和机械），对WG的特性提出了严格的要求，并推动了它们的设计。从热的角度来看，WG应保证FEM和BEM部分之间的良好绝缘，以避免制冷机过载。另一方面，重要的是信号通过WG不经历过度衰减。最后，考虑到FEM模块在焦面后面的不同位置以及周围结构给出的机械约束，需要不同的机械设计。选择不锈钢和铜的复合配置以满足所有要求。考虑到复杂的形状和相当长的长度（约1.5 - 2米），WG的制造和测试是一个挑战。这项工作涉及LFI WG的发展，包括最终配置和制造工艺的选择。它还描述了从电磁角度充分表征这些组件所采用的测试程序以及它们所经历的空间鉴定过程。报告了测试活动期间获得的结果，并与严格的要求进行了比较。LFI WG的性能符合要求，WG成功通过了空间鉴定。
2010-01-26 astro-ph.IM
Impact of particles on the Planck HFI detectors: Ground-based measurements and physical interpretation
普朗克高频仪器（HFI）从2009年8月到2012年1月连续观测天空。它的噪声和灵敏度性能非常出色，但宇宙射线对HFI探测器的影响率出乎意料地高。此外，宇宙射线与焦平面的碰撞在数据中产生了具有广泛特征的瞬态信号（毛刺）。对宇宙射线对HFI探测器模块的影响进行了研究，以便对故障进行分类和定性，纠正HFI时间顺序数据，并了解对普朗克地图和数据产品的残余影响。本文提出了一种评估的物理起源的毛刺所观察到的HFI探测器。为了更好地理解HFI在飞行中观察到的故障，使用飞行备用的HFI测辐射热计模块进行了几次地面实验。这些实验是在2010年至2013年之间进行的，使用不同配置的HFI测试测辐射热计，使用不同的粒子和撞击能量。测辐射热计模块暴露于来自奥赛IPN TANDEM加速器的23 MeV质子，以及$^{241}$ Am和$^{244}$ Cm $α$ -粒子和$^{55}$ Fe放射性X射线源。来自HFI地面飞行前试验的校准数据被用来进一步描述故障的特征，并将故障率与实验室条件下的统计预期进行比较。测试结果提供了强有力的证据表明，在飞行中观察到的主要故障是由于宇宙射线吸收的硅芯片基板上的HFI探测器驻留。毛刺能量通过弹道声子传播到热敏电阻，同时也有热扩散贡献。这些结果对未来卫星飞行任务的影响，特别是那些在远红外线亚毫米和毫米区域的电磁波谱，进行了讨论。
2014-09-02 astro-ph.IM
Off-line radiometric analysis of Planck/LFI data
普朗克低频仪器是普朗克卫星上的一个由22个伪相关辐射计组成的阵列，用于在三个频带（30、44和70千兆赫）测量宇宙微波背景中的温度和偏振各向异性。为了校准和验证LFI的性能，开发了一个名为LIFE的软件套件。其目的是提供一个通用平台，用于分析对仪器的单个组件（RCA，辐射测量链组件）和集成辐射测量阵列组件（RAA）进行的测试结果。此外，其分析工具设计用于飞行期间以及生成关于仪器状态的定期报告。LIFE套件是采用多层次、跨平台的方法开发的。它实现了许多用RSI IDL编写的分析模块，每个模块都通过用C和C++编写的可移植和高度优化的函数库访问数据。LIFE最重要的特点之一是它能够使用地面试验数据和实际飞行数据作为输入运行相同的数据分析代码。LIFE软件包已成功地用于RCA/RAA试验和普朗克综合系统试验。此外，在2008年10月举行的系统操作验证测试中，该软件还通过了飞行中使用的验证。
2010-01-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Planck/LFI Radiometer Electronics Box Assembly
辐射计电子箱组件（REBA）是普朗克任务（ESA）低频仪器（LFI）的控制和数据处理机载计算机。REBA的设计和制造结合了最先进的处理器、通信接口和实时操作系统软件，以满足LFI的科学性能。我们提出了REBA的技术总结，包括物理，功能，电气，机械和热描述。提供了设备的设计和开发、组装、集成和验证方面的内容。简要描述了LFI车载软件，包括底层软件和应用软件的主要功能和架构。本文还介绍了作为独立产品开发的压缩机模块，后来集成到应用中。两个相同的工程模型EM和AVM，工程鉴定模型EQM，飞行模型FM和飞行备件已经制造和测试。开发了底层软件和应用软件。验证活动表明，REBA硬件和软件符合所有规范，并按飞行操作要求运行。
2010-01-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Planck early results. III. First assessment of the Low Frequency Instrument in-flight performance
介绍了普朗克低频仪器在轨运行一年后的科学性能。我们描述了主要的光学参数，并讨论光度校准，白噪声灵敏度和噪声特性。主要系统效应的影响的初步评价。对于每一个性能参数，我们概述了用于获得它们的飞行数据的方法，并提供了发射前的地面评估，这基本上是在飞行中确认的比较。
2011-12-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
Planck-LFI radiometers tuning
“本文是在JINST上发表的发射前状态LFI论文的一部分：http://www.iop.org/EJ/journal/-page=extra.proc5/jinst“本文描述了通过地面测试活动进行的普朗克低频仪器调谐活动，从单元到卫星水平。调谐是实现最佳仪器性能的关键，调谐参数在很大程度上取决于热和电条件。为此，在地面试验期间多次重复调谐，并且在开始标称操作之前在飞行中重复调谐。本文讨论了调整的理念，活动和取得的成果，突出的发展和测试活动期间发生的变化。本文最后概述了卫星低温试验活动（2008年夏季）期间进行的调整和刚刚开始的飞行中校准的计划。
2010-01-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Revised planet brightness temperatures using the Planck/LFI 2018 data release
我们根据普朗克/LFI在2009- 2013年在30，44和70 GHz进行的测量，对木星，土星，天王星和海王星的亮度温度进行了新的估计，并于2018年向公众发布。这项工作扩展了2013年和2015年普朗克/LFI校准论文中的结果，基于2009- 2011年获得的数据。普朗克在名义任务期间对每颗行星进行了多达8次的观测。我们处理了来自22个LFI辐射计的时间顺序数据，以获得每个行星和过境的行星天线温度。我们占了波束形状，辐射计的带通，和几个系统的影响。我们将我们的结果与WMAP，普朗克/HFI观测的第九年的结果以及行星微波发射率的现有数据和模型进行了比较。对于木星，我们得到Tb = 144.9，159.8，170.5 K（+/- 0.2 K在1西格玛，与温度表示使用瑞利-金斯尺度）在30，44和70 GHz，分别，或等效的带平均普朗克温度TbBA=144.7$，160.3，171.2 K与WMAP和现有的模型很好地吻合。相对于模型在30 GHz的轻微过量被解释为同步辐射的影响。我们对土星的测量结果与WMAP对环Tb = 9.2 +/- 1.4，12.6 +/- 2.3，16.2 +/- 0.8 K的结果一致，而对于圆盘，我们得到Tb = 140.0 +/- 1.4，147.2 +/- 1.2，150.2 +/- 0.4 K，或等效的TbBA=139.7，147.8，151.0 K。…
2021-03-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
Planck pre-launch status: Low Frequency Instrument calibration and expected scientific performance
给出了普朗克低频仪在地面低温试验活动中的标定和科学性能参数。这些参数反映了仪器的响应，并构成了我们对LFI科学性能的最佳发射前知识。LFI显示出出色的$1/f$稳定性和仪器系统效应的抑制;测量的噪声性能表明，LFI是同类仪器中最灵敏的仪器。测量的校准参数集将在飞行操作期间直到任务结束期间进行更新。
2010-01-25 astro-ph.IM
Pre-flight integration and characterization of the SPIDER balloon-borne telescope
我们介绍了2013年飞行前活动后天基信息平台仪器的集成和表征结果。SPIDER是一个球载偏振计，旨在探测宇宙微波背景度标度$B$模式偏振中的原始引力波信号。在94 GHz和150 GHz频段，有6个独立的望远镜容纳了2000多个探测器，SPIDER将绘制7.5%的天空，每个频率的深度为11至14 $μ$ K $\cdot$弧分，这是普朗克改进的$\sim$ 5倍。我们讨论的指向，低温，电子和电源子系统的集成，以及飞行前的检测器和光学系统的特性。天基信息平台已为2014年12月从南极洲起飞的飞行做好了充分准备，预计将受到调查区域天体物理前景发射的限制，而不是仪器灵敏度的限制。
2014-07-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
Planck early results: first assessment of the High Frequency Instrument in-flight performance
普朗克高频仪器（HFI）的设计目的是在以100、143、217、353、545和857千兆赫为中心的六个宽带内，以10'（100千兆赫）、7'（143千兆赫）和5'（217千兆赫及更高）的角分辨率测量宇宙微波背景和银河前景的温度和偏振各向异性。HFI自2009年5月14日推出以来一直顺利运营。测辐射热计按计划冷却到100 mK。读出电子设备的设置，如测辐射热计偏置电流，优化了HFI在轨道上的噪声性能，与地面测试期间选择的设置几乎相同。对火星、木星和土星的观测验证了光学系统和探测链的时间响应。光束接近物理光学建模的预测。检测链的时间响应接近发射前的测量值。探测器受到与低太阳活动有关的意想不到的高宇宙射线通量的影响。由于普朗克观测策略的冗余性，去除百分之几的被毛刺污染的数据不会显著影响灵敏度。宇宙射线显著加热测辐射热计板，并且对几天到几个月的热负荷周期的调制产生了所有测辐射热计信号的共同漂移，这不影响科学能力。只有高能量的宇宙射线簇射引起不均匀加热，这是低频噪声的可能来源。
2011-01-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
Dynamic validation of the Planck/LFI thermal model
低频仪器（LFI）是普朗克卫星上的低温冷却辐射计阵列，旨在测量30、44和70 GHz宇宙微波背景的温度和偏振各向异性。LFI的热要求，特别是对20 K焦平面中可接受的热波动的严格限制，是实现仪器科学性能的关键因素。作为地面校准活动的一部分，在仪器集成的各个阶段进行了热测试。在本文中，我们描述的结果和分析的LFI飞行模型（FM）在2006年期间在米兰（意大利）的泰勒斯实验室进行的测试，与实验采样的热传递函数，从而验证数值热模型描述的动态响应的LFI焦平面的目的。该模型已被广泛用于评估LFI实现其科学目标的能力：因此，在普朗克任务的背景下，其验证是极其重要的。我们的分析表明，测得的仪器的热性能显示出比预测更好的热阻尼水平，因此进一步降低了预期的系统效应在LFI地图中引起的。然后，我们提出了一个解释的非理想的热接触方面的阻尼增加。
2010-01-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Planck pre-launch status: the Planck-LFI programme
本文概述了欧空局普朗克飞行任务中的低频仪器方案。LFI仪器的研制是为了在低于宇宙微波背景辐射谱峰值的27-77千兆赫频率范围内绘制高精度的微波天空图。科学目标的描述，从基本的宇宙学银河系和河外天体物理学。概述了仪器的设计和开发，以及模型原理和测试策略。该仪器是在普朗克飞行任务的背景下提出的。描述了地面和飞行中校准的LFI方法。我们还描述了LFI地面段。我们提出了一些测试的结果，证明了LFI数据处理中心（DPC）的能力，以适当地减少和分析LFI飞行数据，从遥测信息到校准和清洁的时间顺序数据，在每个频率的天空图（温度和偏振），组件发射图（CMB和扩散前景），各种来源的目录（早期发布的压缩源目录和最终压缩源目录）。简要介绍了LFI联盟的组织以及核心团队在数据分析和科学开发中的作用。在LFI飞行模型上进行的所有测试都证明了该仪器及其各个子单元的出色性能。对数据分析流水线进行了测试，并验证了其主要步骤。在发射后的前三个月，将完成调试、校准、性能和验证阶段，之后普朗克将开始其运行寿命，LFI将成为其中不可或缺的一部分。
2010-01-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
Planck pre-launch status: High Frequency Instrument polarization calibration
普朗克的高频仪器将在100至857 GHz的毫米和亚毫米域中绘制整个天空，在100、143、217和353 GHz具有前所未有的偏振灵敏度（$ΔP/T_{\tiny cmb} \sim 4\cdot 10^{-6}$）。它将导致我们对宇宙微波背景各向异性和极化前景信号的理解的重大改进。普朗克将对$E$模谱进行高分辨率测量（高达$\ell \sim 1500$），并将在寻找原始引力波对CMB偏振的微弱印记方面发挥突出作用。本文讨论了温度（增益）和偏振（偏振效率和探测器方向）的校准对偏振测量的影响。仪器的偏振参数的具体要求的设置，我们报告他们的飞行前测量HFI测辐射热计。我们提出了一个半分析的方法，准确地占仪器的扫描策略，以及不同的检测器的组合。我们使用这种方法来传播误差通过的CMB角功率谱在特定情况下的普朗克-HFI，并推导出偏振参数的约束。我们表明，为了将系统误差限制在$E$模功率谱宇宙方差的10%以内，增益、偏振效率和探测器方位的不确定度必须分别低于0.15%、0.3%和1°。本文报道的发射前地面测量已经满足了这些要求。
2010-04-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
A systematic approach to the Planck LFI end-to-end test and its application to the DPC Level 1 pipeline
普朗克LFI数据处理中心（DPC）的一级专门用于处理科学和内务遥测。它是普朗克地面部分的一个关键组成部分，必须严格遵守项目时间表，为发射和飞行操作做好准备。为了保证实现普朗克飞行任务目标所需的质量，1级软件的设计和开发遵循了欧空局软件工程标准。软件生命周期中的一个基本步骤是软件的验证和确认。这项工作的目的是展示一个成功应用于欧空局任务的一个关键软件项目的程序、测试开发和分析的例子。我们通过详细说明所使用的方法和获得的结果，介绍了在LFI-DPC 1级上进行的端到端验证测试。已使用不同的方法来测试科学和内务数据处理。通过将具有已知特性的信号直接注入采集电子设备，对科学数据处理进行了测试，以生成真实遥测数据的测试数据集并尽可能多地再现标称条件。对于HK遥测处理，已开发验证软件，以将已知参数值注入一组真实内务数据包，并与1级生成的相应时间线进行比较。通过拟议的确认和验证程序，将机载和地面处理视为单一管道，我们证明了普朗克-LFI原始数据的科学和内务处理是正确的，符合项目要求。
2010-01-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
LFI 30 and 44 GHz receivers Back-End Modules
普朗克低频仪器的30和44 GHz后端模块（BEM）是在室温下工作的宽带接收器（20%相对带宽）。来自前端模块的信号经过放大、带通滤波，最后由检波二极管转换为直流电。每个接收器都有两个相同的分支，遵循普朗克辐射计的差分方案。BEM设计是基于MMIC低噪声放大器，使用GaAs P-HEMT器件，微带滤波器和肖特基二极管检测器。他们的制造发展包括优雅的实验板原型，最后的资格和飞行模型单位。进行了电气、机械和环境测试，以表征和验证所制造的BEMs。介绍了普朗克LFI辐射计的30和44 GHz后端模块，并详细介绍了为确定其电气和环境性能而进行的测试。给出了30和44 GHz后端模块的频率响应、有效带宽、等效噪声温度、1/f噪声和线性度等电性能。
2010-01-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
Level 1 on-ground telemetry handling in Planck LFI
普朗克低频仪器（LFI）将观测宇宙微波背景（CMB），覆盖三个波段的30 - 70 GHz频率范围。主要的仪器数据源是安装在普朗克焦平面上的22个辐射计采集的温度样本。这些样本代表了森林研究所的科学数据。此外，LFI仪器通过定期对机载传感器和寄存器进行采样来生成所谓的内务数据。内务数据提供有关仪器整体健康状况和科学数据质量的信息。科学和内务数据在船上收集到符合欧空局分组遥测标准的遥测数据包中。它们是对土地退化指数数据处理中心第一级处理的主要投入。在这项工作中，我们将展示构建LFI 1级的软件系统。一个以欧空局SCOS 2000通用飞行任务控制系统为基础的实时评估系统的主要目的是监测LFI的内务管理参数并发现可能的异常情况。遥测处理器系统处理LFI的内务和科学遥测，为每个采集链和每个内务参数生成时间线。这些时间表是对土地融资结构DPC后续处理级别的主要投入。遥测快视系统通过计算快速统计函数和快速傅立叶变换，使LFI科学和内务数据实时可视化。LFI Level 1旨在支持所有任务阶段，从仪器地面测试和校准到飞行操作，并根据欧空局工程标准开发。
2010-01-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
The EUSO-SPB2 Fluorescence Telescope for the Detection of Ultra-High Energy Cosmic Rays
EUSO-SPB2荧光望远镜于2023年飞行，利用下一代仪器从近空间探测超高能宇宙射线，虽未发现候选事件，但记录的数据为未来实验提供了探测器稳定性与大气紫外发射率的重要见解。
2024-09-20 astro-ph.HE astro-ph.IM
Planck Early Results. II. The thermal performance of Planck
普朗克仪器在太空中的性能是通过其低工作温度实现的，LFI为20 K，HFI为0.1K，通过被动辐射冷却和三个主动机械冷却器的组合实现。对非常宽的频率覆盖范围的科学要求导致了两种具有不同温度和冷却需求的探测器技术。主动冷却器可以满足这些需要，而以前的低温空间飞行任务（红外天文卫星、COBE、ISO、斯皮策、AKARI）所使用的氦低温恒温器则不能。辐射冷却由三个V形槽散热器和一个大型望远镜挡板提供。主动冷却器是氢吸附冷却器（<20 K）、4 He焦耳-汤姆逊冷却器（4.7K）和3 He-4 He稀释冷却器（1.4K和0.1K）。飞行系统在发射时处于环境温度，并在太空中冷却到工作条件。2009年7月3日，发射50天后，HFI测辐射热板达到93 mK。太阳能电池板总是面向太阳，遮蔽普朗克的其余部分，并在384 K的平均温度下工作。在航天器的另一端，望远镜挡板的工作温度为42.3K，望远镜主镜的工作温度为35.9K。仪器关键部件的温度通过主动和被动两种方法稳定。温度波动是由与太阳的距离变化、吸附冷却器循环和气液流动波动以及稀释板和测辐射热计板上宇宙射线通量波动驱动的。这些波动不会损害科学数据。
2012-01-02 astro-ph.IM
Planck 2015 results. IV. Low Frequency Instrument beams and window functions
本文介绍了普朗克低频仪器（LFI）的飞行光束、光束窗口函数和相关的不确定度的特性。本文的结构与2013年普朗克发布的结构相似;主要区别在于光束归一化和用于偏振分析的窗口函数的交付。对LFI主光束的飞行中评估依赖于在观测木星期间进行的测量。通过叠加7次木星凌日的数据，主波束剖面在30和44 GHz下测量到-25 dB，在70 GHz下测量到-30 dB。已经证实，模拟波束和测量波束之间的协议是优于1%，在每个LFI频带（在20 dB的轮廓从峰值，均方根值为0.1%，在30和70 GHz的; 0.2%，在44 GHz）。模拟偏振光束用于计算有效光束窗口函数。的窗口函数的误差预算估计从主波束和旁瓣的贡献，并占辐射计频带形状。有效波束窗口函数的总不确定度在30和44 GHz分别为0.7%和1%（在$\ell \approx 600$）;在70 GHz为0.5%（在$\ell \approx 1000$）。
2015-10-12 astro-ph.CO astro-ph.IM
Optimization of Planck/LFI on--board data handling
为了评估对1/f噪声的稳定性，普朗克任务机载低频仪器（LFI）将以远高于其遥测带宽35.5 kbps所允许的数据速率的速率获取数据。数据由机载管道处理，然后在地面上进行反向步骤。本文阐述了LFI的科学星上处理，以适应允许的数据速率。这是一个有损过程，通过对44个LFI检测器中的每一个使用一组5个参数Naver、r1、r2、q、O进行调谐。本文量化了由板载处理引入的失真水平，EpsilonQ，作为这些参数的函数。它描述了优化机载处理链的方法。调整程序基于应用于未处理和未压缩原始数据的优化算法，这些原始数据由模拟、发射前测试或从诊断模式下的LFI操作中获取的数据提供。所有需要的优化步骤都由自动化工具OCA 2执行，该工具以优化的参数结束并产生一组统计指标，其中包括压缩率Cr和EpsilonQ。对于Planck/LFI，要求是Cr = 2.4和ε Q <=仪器白噪声均方根的10%。为了加速该过程，开发了一种分析模型，该模型能够提取关于ε Q和Cr的大部分相关信息作为信号统计和处理参数的函数。该模型将用于仪器数据分析。该方法应用于地面试验期间，当仪器在代表飞行的条件下工作时。通过优化参数和性能验证，达到了35.5Kbps的数据传输速率，同时使EpsilonQ保持在3.8%的白噪声均方根值，满足要求。
2010-01-26 astro-ph.CO astro-ph.IM cs.IT
Planck 2013 results. IV. Low Frequency Instrument beams and window functions
本文介绍了普朗克低频仪器（LFI）的飞行光束特性、光束窗口函数和相关的不确定度。为了确定从观测到的天空各向异性功率谱到实际天空各向异性功率谱的传递函数，需要了解波束轮廓。主波束畸变影响波束窗口函数，使高多极子下各向异性功率谱的重建复杂化，而旁瓣影响低和中间多极子。LFI主光束的飞行中评估依赖于木星观测期间进行的测量。通过叠加多次木星凌日的数据，主波束剖面在30和44 GHz下测量到-20 dB，在70 GHz下测量到-25 dB。在每个LFI频段，主波束立体角被确定为优于0.2%。普朗克发射前光学模型可以方便地调整，以独立于任何噪声影响来表征主光束。这种方法提供了一种光学模型，其光束完全再现了主光束区域的测量结果，但也允许描述功率水平低于木星测量本身的光束。在各个LFI频段，模拟波束与实测波束的一致性优于1%。模拟光束用于计算有效光束的窗函数。的窗口函数的误差预算估计从主波束和旁瓣的贡献，并占辐射计的频带形状。有效波束窗口函数的总不确定度分别为：30和44 GHz时为2%和1.2%（$\ell \approx 600$），70 GHz时为0.7%（$\ell \approx 1000$）。
2014-02-28 astro-ph.CO astro-ph.IM
