Implementación de una plataforma para el procesamiento digital de señales de radiotelescopios

Abstract

El presente trabajo se describe el desarrollo y la validación de una plataforma de software y procesamiento digital de señales (DSP) para la instrumentación de un radiotelescopio orientado a la observación académica. El objetivo principal del proyecto consiste en diseñar e implementar un sistema capaz de adquirir, procesar y visualizar la emisión de la línea de hidrógeno neutro a la frecuencia de 1420.40 MHz, a través del analizador de espectro Signal Hound BB60C. La arquitectura del software se estructuró de forma modular en Python, con base en un esquema de múltiples hilos que independiza la interfaz de usuario interactiva del motor de cómputo. Para el procesamiento y análisis de las señales complejas (I/Q), el sistema integra representaciones tiempo frecuencia como Waterfall FFT, método autorregresivo de Burg, el periodograma de Welch y Correlograma), lo cual permite obtener un alto nivel de resolución frecuencial. Asimismo, se implementó el modelado estadístico del canal físico mediante funciones de densidad de probabilidad teóricas (Gaussiana, Weibull y Rice), con el propósito de caracterizar el ruido térmico y alertar al operador de la presencia de señales de Radio Frecuencia (RF). La detección automatizada de las emisiones astronómicas se realiza a través del algoritmo de Tasa Constante de Falsa Alarma basado en filtro de mediana Median-CFAR. Los resultados demuestran la viabilidad sistema desarrollado, en la cual los archivos binarios tomados del radiotelescopio registraron de manera exitosa la firma espectral de las nubes de hidrógeno galáctico. La estabilidad lograda en la representación y detección de señales valida el software como un instrumento confiable para la investigación radioastronómica