Using Evolutionary Algorithms to Design Antennas with Greater Sensitivity to Ultra High Energy Neutrinos
用于提高灵敏度的遗传进化中微子望远镜(Genetically Evolved Neutrino Telescopes for Improved Sensitivity,简称GENETIS)项目旨在优化物理学中的探测器,以获得高维参数空间中的科学成果。在这个项目中,我们设计了一个天线使用遗传算法与科学成果直接作为唯一的品质因数。本文介绍了使用目前的Askaryan射电阵列(ARA)实验作为基线改进冰中微子探测器天线设计的初步结果。通过使用ARA中的演进天线设计优化有效体积,我们将ARA对超高能中微子的模拟灵敏度提高了22%,尽管在最初的研究中使用了有限的参数。未来的改进将继续增加遗传算法的计算效率和天线设计的复杂性和适应性。这项工作奠定了基础,继续研究和发展的方法,以增加探测器的灵敏度在物理和其他领域的参数空间的高维。
2021-12-06 astro-ph.IM
Design of an Ultra-Wideband Antenna Feed and Reflector for use in Hydrogen Intensity Mapping Interferometers
针对氢强度映射干涉仪,本文设计并优化了5.5:1带宽的Vivaldi馈源与带椭圆套环的深抛物面反射面,以抑制散射和交叉耦合等系统效应。
2023-11-02 astro-ph.IM
Evolving Antennas for Ultra-High Energy Neutrino Detection
进化算法是一种人工智能,它利用进化原理来有效地确定定义问题的解决方案。这些算法在寻找用传统技术解决太复杂的解决方案和改进用简化方法找到的解决方案方面特别强大。GENETIS合作正在开发遗传算法,以设计对超高能中微子诱导的无线电脉冲比当前探测器更敏感的天线。提高天线灵敏度至关重要,因为UHE中微子很罕见,需要大量的探测器,而探测站分布在数百平方公里的范围内。的GENETIS算法进化天线设计使用模拟中微子灵敏度作为一个衡量健身与XFdtd,时域有限差分建模程序,并与中微子实验模拟集成。最好的天线将部署在冰上进行初步测试。遗传算法的目的是创建天线,改进现有ARA实验中使用的设计,在中微子灵敏度方面提高2倍以上。这项研究可以在未来的实验中提高天线的灵敏度,从而加速UHE中微子的发现。这是第一次使用遗传算法设计天线,其适应度得分基于物理结果,这将激励遗传算法设计的仪器在天体物理学及其他领域的继续使用。本程序将报告算法的进展,为提高遗传算法性能所采取的步骤,我们的最新进展结果以及制造路线图。
2021-12-01 astro-ph.IM
On the prospects of ultra-high energy cosmic rays detection by high altitude antennas
ANITA球载实验最近证实了在南极冰表面镜面反射后探测到的超高能宇宙射线(UHECR)簇射的无线电发射。从山顶、气球或卫星上观测大面积冰或水的天线可能比更传统的技术更具竞争力。我们提出了一个估计的高海拔天线的曝光,这提供了洞察这种技术的前景UHECR检测。我们发现,一个卫星天线可能会达到一个显着更大的曝光比现有的UHECR天文台,但无线电反射信号的实验特性,需要建立这种方法的潜力。气球或山顶天线被发现在任何情况下都没有竞争力。
2013-11-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
An Ultra-Wideband Dual Polarization Antenna Array for the Detection and Localization of Bright Fast Radio Transients in the Milky Way
本研究提出一种工作于1200-1800MHz的L形紧凑专用超宽带双极化天线阵列,含3个各4单元的子阵列,可赋形匹配银河系且无栅瓣,经原型验证仿真与实测吻合,能高效探测定位河内FRB,兼具低反射、高效率、无相位模糊等优势。
2025-01-15 astro-ph.IM
The ExaVolt Antenna: A Large-Aperture, Balloon-embedded Antenna for Ultra-high Energy Particle Detection
我们描述了ExaVolt天线(EVA)任务的科学动机,实验基础,设计方法和模拟性能,以及计划为NASA在南极洲的亚轨道超压气球计划开发的超高能(UHE)粒子观测站。EVA将在一次飞行中将ANITA的综合总量-目前最先进的UHE亚轨道有效载荷-提高1-2个数量级。该设计基于环形反射器光学器件的一种新应用,该应用利用超压气球表面,以及安装在内膜上的馈电阵列,创建一个超大型无线电天线系统,可以看到下面的南极冰盖。当UHE中微子在冰内相互作用时,或者当UHE宇宙射线在大陆上方的大气中相互作用时通过地球同步辐射。EVA的瞬时天线孔径估计为几百平方米,用于在150-600 MHz频带内检测这些事件。对于标准的宇宙成因UHE中微子模型,EVA应该检测到的订单30次飞行事件在EeV的能量制度。对于UHE宇宙射线,总共将检测到15,000个量级的地球同步辐射事件,其中几百个在10 EeV以上,并且在GZK截止能量以上60个量级
2011-08-09 astro-ph.HE astro-ph.IM
Evolving Antennas for Ultra-High Energy Neutrino Detection
进化算法从生物学中借用了变异和选择的概念,以进化出已知问题的优化解决方案。GENETIS合作正在开发遗传算法,用于设计对超高能中微子感应无线电脉冲比当前设计更敏感的天线。这次调查有三个方面。第一种是进化简单的线天线来测试概念和不同的算法。第二,优化天线响应模式演变为一个给定的阵列几何形状。最后,天线本身是用中微子灵敏度作为适应性的衡量标准来进化的。这是通过将XFdtd时域有限差分模拟程序与中微子实验相结合来实现的。
2020-05-15 astro-ph.IM cs.NE physics.ins-det
A Real-Time, All-Sky, High Time Resolution, Direct Imager for the Long Wavelength Array
射电天文学的未来将需要具有更高灵敏度的大收集区域,更快调查速度的宽视场以及相对于当前能力的有效计算和数据速率的仪器。我们描述了第一次成功部署的电场并行成像相关器(EPIC)的LWA站在塞维利亚,新墨西哥州,美国(LWA-SV)。EPIC是大型干涉仪计算问题的解决方案。通过对来自天线的信道化电场进行实时网格化和空间傅立叶变换,EPIC去除了所有天线电压对的显式交叉相乘以合成孔径,从而将计算缩放从$\mathcal{O}(n_a^2)$减少到$\mathcal{O}(n_g \log_2 n_g)$,其中$n_a$是天线的数量,而$n_g$是网格点的数量。这不仅节省了密集阵列的计算成本,而且实时产生非常高的时间分辨率图像。基于GPU的实现使用现有的LWA-SV硬件和高性能流框架Bifrost。我们研究的EPIC部署的实际细节和验证的成像性能,通过检测流星的影响,在大气中使用连续的全天空成像在50毫秒的时间分辨率。
2019-04-25 astro-ph.IM
The First Station of the Long Wavelength Array
长波长阵列将是一个在10-88兆赫频率范围内工作的新的多用途射电望远镜。完成后,LWA将由53个相控阵“站”组成,分布在新墨西哥州直径约400公里的区域。每个台站将由256对偶极型天线组成,其信号形成波束,并将输出传送到一个中心位置,用于高分辨率孔径合成成像。在20-80 MHz下,所得图像灵敏度估计为几mJy(5 sigma,8 MHz,2个极化,1 hr,天顶);在20 MHz和80 MHz下,分辨率和视场分别为(8”,8度)和(2”,2度)。LWA的第一个站(称为LWA-1)的所有256个偶极天线都已到位,调试活动正在顺利进行。该站位于EVLA核心附近,预计将于2011年初全面投入运营。
2010-09-03 astro-ph.IM
Physics of radio antennas
本文总结无线电天线响应参数化的数学基础,以半波偶极子为范例,并介绍电磁暗室中的天线特性测量,服务于超高能宇宙线和中微子探测。
2025-02-18 astro-ph.IM
SARAS measurement of the Radio Background at long wavelengths
SARAS是一种相关光谱仪,连接到频率独立天线,专门设计用于精确测量长波长无线电背景。设计,校准和观测策略承认解决方案的辐射计响应的内部添加剂的贡献,因此,这些污染物从天线温度的分离。我们在这里提出了一个宽带测量的无线电天空频谱的SARAS提供了一个精确的测量的绝对亮度和光谱指数之间的110和175 MHz。绝对天空亮度的测量精度受到1.2%的系统误差的限制;校准误差以及天空和系统模型参数的联合估计误差相对较小。我们使用精密宽带偶极天线对天空亮度进行广角测量,为Landecker & Wielebinski(1970)的150 MHz全天空地图提供改进的绝对校准:减去21.4 K的偏移并按因子1.05缩放将使总偏移误差减少到8 K(从50 K),比例误差减少到0.8%(从5%)。SARAS测量的温度谱指数在110至175兆赫波段范围内为-2.3至-2.45,表明朝向银河球的区域具有相对平坦的指数。
2015-01-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
First search for ultralight dark matter with a space-based gravitational-wave antenna: LISA Pathfinder
我们在这里提出的结果,从有史以来第一次搜索暗光子暗物质,可以耦合到重子在LISA探路者,技术演示的空间引力波天线。在分析了LISA Pathfinder在$[2\times 10^{-5},5]$ Hz频率范围内(对应于$[8\times 10^{-20},2\times 10^{-14}]$ eV/ $c^2$的暗光子质量)采集的大约三个月的数据后,我们没有发现暗物质信号的证据,并对暗光子/重子耦合的强度设定了上限。为了进行这种搜索,我们利用了在地基干涉仪中搜索准单色引力波信号的方法,并且对数据中的非高斯性和间隙具有鲁棒性。因此,我们的工作代表了LISA中搜索方法的概念验证测试,以找到持久的准单色信号,并显示了我们处理非高斯伪影和间隙的能力,同时与最佳匹配滤波器相比保持良好的灵敏度。结果还表明,这些方法可以在LISA中成为强大的工具,不仅可以找到暗物质,而且还可以寻找其他持久的信号,例如中等质量黑洞吸入和银河系白矮星双星。
2023-01-20 astro-ph.IM gr-qc
Antenna Performance Analysis for Decameter Solar Radio Observations
在太阳爆发中,十亿分之一波长的无线电辐射是精细结构的。对于他们的研究,使用足够灵敏度的天线系统是非常重要的。本文研究射电望远镜天线有效面积对太阳射电十月观测结果的影响。为此,我们比较了720个地面偶极子阵列和射电望远镜UTR-2的单偶极子接收到的太阳爆发。结果表明,较大的地面天线有效面积可以使我们测量较弱的太阳辐射,并区分强太阳事件的精细结构。在重叠频率范围内同时进行的地面和空间观测也证实了这一特点。
2011-11-14 astro-ph.IM astro-ph.SR
Electric field reconstruction with three polarizations for the radio detection of ultra-high energy particles
本文提出一种适用于双极化和三极化天线的解析 $χ^2$ 最小化电场重建方法,显著提升了倾斜大气簇射电场参数的重建精度,增强了从射电探测信号中提取宇宙射线信息的能力。
2025-05-31 astro-ph.IM hep-ex
Design of a low noise, wide band, active dipole antenna for a cosmic ray radiodetection experiment
设计了一种有源偶极子天线,用于测量CODALEMA实验中超高能宇宙射线引起的瞬态电场。该探测器由一个靠近偶极子天线放置的低噪声放大器组成,其主要要求是从100 kHz到100 MHz的宽带宽和在整个频谱上的良好灵敏度。
2015-08-12 astro-ph.IM physics.ins-det
The first detection of the solar U+III association with an antenna prototype for the future lunar observatory
我们报告了2020年6月5日太阳U+III爆发的观测结果,这是通过一种新的有源天线来接收4-70 MHz的辐射。该仪器可作为在月球背面进行观测的超长波长射电望远镜的原型。我们的实验数据的分析是基于与天线阵列GURT和NDA在高频率和时间分辨率,e-Callisto网络,以及通过使用空间为基础的天文台STEREO和风获得的同时记录。这项观察性研究的结果证实了Reid和Kontar(2017)的模型。
2021-10-16 astro-ph.IM astro-ph.SR
Downward ultra-high-energy neutrino detection in the air with radio antennas at ground-based observatories
Bergische Universität Wuppertal(伍珀塔尔大学)
本文提出利用地面无线电天线探测高能中微子的方法,通过无线电信号最大值进行重建,提高对高倾角气 shower 的灵敏度,补充传统地面探测器。
2026-04-23 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Ultra-high-energy neutrino detection with radio antennas in the ground-based observatory
本文提出利用地面射电天线通过射电发射最大值重建算法识别超高能中微子,并以皮埃尔·俄歇观测站为案例验证了其对1 EeV以上大天顶角簇射的探测灵敏度提升,为GRAND等未来射电观测站提供了可行方案。
2025-09-22 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex