Para acceder a los documentos con el texto completo, por favor, siga el siguiente enlace: http://hdl.handle.net/2099.1/22761

Signal Processing techniques to optimize the detection of radio pulsar signals;
Técnicas de procesado de señal que optimizan la detección de las señales provenientes de los radio púlsares;
Tècniques de processat de senyal que optimitzen la detecció de les senyals provinents dels radio púlsars
Hernando Portero, Daniel
Universitat Politècnica de Catalunya. Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions; Heusdens, Richard
[ANGLÈS] Radio Pulsars are neutron stars that emits high polarized electromagnetic pulses with a very accurate and stable periodicity. Adding the fact that those pulses have a wideband nature, so they can be received almost everywhere, make Radio Pulsar signals a perfect candidate for navigation systems. The challenge, however, is that the Radio Pulsar signal is degraded and submerged in Additive White Gaussian Noise when it is propagated through the ISM, so that make them difficult to detect. The aim of the project is the design of the optimum receiver in order to estimate the time of arrival of the Radio Pulsar Signal and make possible the real-time navigation. In this contribution I introduce the detection theory applied to radio pulsars and show the different signal processing techniques to improve the detection with the minimum computational time possible. Although the previous work has centered in the Signal to Noise Ratio of the pulsar signals, our focus will be the improvement of the Energy to Noise Ratio. We will see as Epoch Folding and the increment of the Bandwidth of the receiver are the best solutions. Moreover, Integration in Time appears to be one of the most promising techniques to simplify the computation of the whole process. Also I demonstrate how the detection performance is not affected by any digital or analogue filter, so Low-Pass Filtering will not have any effect in the receiver but to eliminate spurious signals. Some experiments with simulated wideband signals are shown in order to prove the optimality of the signal processing techniques. Finally, summarizing all the results obtained in the Thesis, I propose two optimum receivers for pulsar-based navigation system applications. It is known that the interstellar medium has a frequency dependent transfer characteristic, so the higher frequencies of a signal arrive earlier than the lower frequencies. This will cause the pulse profile of the radio pulsar signal to appear dispersed in time. Up until now, the researchers have been performing de-dispersion techniques in order to obtain the original power pulsar profile spending more than the 80% of the actual processing time. The prove to avoid de-dispersion without decreasing the detection performance are presented. Furthermore, some simulations with data from the pulsar PSR B0329+54 recorded by the Westerbork Observatory are shown. PSR B0329+54 is one of the strongest pulsar signal visible in the northern hemisphere with one of the lowest Dispersion Measure, so it will be easier to perform the Signal Processing techniques and see the profile of the pulse. We will see how the results are not the ones expected, because the Radio pulsar signal happens to be very Narrowband. Finally, I am going to give a possible explanation of what is happening and in what part of the acquisition the wideband nature of the rotating star pulses are lost.
[CASTELLÀ] Radio Pulsares son estrellas de neutrones que emiten pulsos electromagnéticos altamente polarizados y con un periodo extremadamente preciso. Además, estos pulsos tienen un espectro muy ancho, por lo que pueden ser recibidos en cualquier parte. Estas dos características hacer que las señales de los Radio Pulsares sean buenas candidatas para aplicaciones de navegación. Sin embargo, la señal es degradada y sumergida en Ruido Blanco Gausiano cuando es propagada por el espacio, por lo que es muy difícil detectarlas. El objetivo de la tesis es diseñar el receptor óptimo para estimar el tiempo de llegada de las señales Pulsar, y de este modo, hacer posible la implementación de un sistema de navegación. Primero se introduce la teoría de detección aplicada a las señales de los Radio Pulsar. A continuación, se muestran las diferentes técnicas de procesado para mejorar ésta detección con el mínimo coste computacional. Hasta ahora los investigadores se han centrado en la relación señal a ruido, mientras nosotros nos centraremos en la relación energía ruido. Veremos como Epoch Folding e incrementar el ancho de banda del receptor son las mejores soluciones. Además, la integración en tiempo parece ser una de las técnicas más prometedoras para simplificar el coste computacional de todo el proceso. También se demuestra como ningún tipo de filtro afecta a la detección, por lo que los filtros paso bajo no tendrán ninguna importancia dentro del receptor. Seguidamente se muestran los resultados de los experimentos hechos con señales simuladas para demostrar el buen funcionamiento de las técnicas de procesado propuestas. Finalmente, resumiendo todos los conceptos vistos en la tesis, se proponen dos receptores para aplicaciones de navegación usando señales de los Radio Pulsares. El medio interestelar puede ser modelado como un filtro dependiente de la frecuencia donde las frecuencias altas llegan antes que las bajas. Esto causa que los pulsos recibidos estén dispersados en tiempo. Hasta ahora los investigadores han estado usando técnicas de dedispersión para obtener el pulso real, incrementando en más del 80% el coste computacional de todo el proceso. En esta tesis se demuestra que esta técnica puede ser descartada ya que no tiene ningún efecto en la detección de la señal de los Radio Pulsares. Además, se han realizado simulaciones con señal real proveniente del Pulsar PSR B0329+54 adquirida por el observatorio de Westerbork. PSR B0329+54 es una de las señales de Radio Pulsares más fuertes vistas des del hemisferio norte y con una constante de dispersión muy baja. Veremos cómo los resultados no son los que estamos esperando porque la señal grabada por el observatorio de Westerbork no tiene un gran ancho de banda. Finalmente, se propone una posible explicación de lo que está pasando y en que parte de la adquisición se está perdiendo la característica de ancho espectro de la señal del Radio Pulsar.
[CATALÀ] Ràdio púlsars són estrelles de neutrons que emeten polsos electromagnètics altament polaritzats i amb un període extremadament precís. A més, aquests polsos tenen un espectre molt ample, pel que poden ser rebuts en qualsevol part. Aquestes dues característiques fan que els senyals dels Ràdio púlsars siguin bones candidates per a aplicacions de navegació. No obstant, el senyal és degradat i submergit en soroll blanc gaussià quan és propagada per l'espai, pel que és molt difícil detectar-les. L'objectiu de la tesi és dissenyar el receptor òptim per estimar el temps d'arribada dels senyals Púlsar, i d'aquesta manera, fer possible la implementació d'un sistema de navegació. Primer s'introdueix la teoria de detecció aplicada als senyals dels Ràdio Púlsars. A continuació, es mostren les diferents tècniques de processament per millorar aquesta detecció amb el mínim cost computacional. Fins ara els investigadors s'han centrat en la relació senyal a soroll, mentre nosaltres ens centrarem en la relació energia soroll. Veurem com Epoch Folding e incrementar l'ample de banda del receptor són les millors solucions. A més, la integració en temps sembla ser una de les tècniques més prometedores per simplificar el cost computacional de tot el procés. També es demostra com cap tipus de filtre afecta la detecció, de manera que els filtres pas baix no tindran cap importància dins del receptor. Seguidament es mostren els resultats dels experiments fets amb senyals simulats per demostrar el bon funcionament de les tècniques de processat propostes. Finalment, resumint tots els conceptes de la tesi, es proposen dos receptors per aplicacions de navegació usant senyals dels Ràdio Púlsars. El medi interestel•lar pot ser modelat com un filtre depenent de la freqüència on les freqüències altes arriben abans que les baixes. Això causa que els polsos rebuts estiguin dispersats en temps. Fins ara els investigadors han estat utilitzant tècniques de dedispersió per obtenir el pols real, incrementant en més del 80% el cost computacional de tot el procés. En aquesta tesi es demostra que aquesta tècnica pot ser descartada ja que no té cap efecte en la detecció del senyal dels Ràdio Púlsars. A més, s'han realitzat simulacions amb senyal real provinent del Radio Púlsar PSR B0329 + 54 adquirida per l'observatori de Westerbork. PSR B0329 + 54 és un dels senyals de Ràdio púlsars més forts rebudes des de l'hemisferi nord i amb una constant de dispersió molt baixa. Veurem com els resultats no són els que estem esperant perquè el senyal gravat per l'observatori de Westerbork no té un gran ample de banda. Finalment, es proposa una possible explicació del que està passant i en què part de l'adquisició s'està perdent la característica d'ample espectre del senyal del Ràdio Púlsar.
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria de la telecomunicació
Signal processing -- Digital techniques
Detection
receiver
signal processing
Generalised Energy To Noise Ratio
Time Of Arrival
Additive White Gaussian Noise
Antenna
De-Dispersion
procesado de señal
receptor
Relación energia a ruido generalizado
tiempo de llegada
ruido blanco gaussiano
dedispersión
Detectors -- PFC
Receptors -- PFC
Tractament del senyal -- Tècniques digitals
S'autoritza la difusió de l'obra mitjançant la llicència Creative Commons o similar 'Reconeixement-NoComercial- SenseObraDerivada'
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/
info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
Universitat Politècnica de Catalunya
         

Mostrar el registro completo del ítem