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Réunion ECLAIRs Phase A 2005 06 01, CNES, Toulouse

• Réunion architecture électrique
• besoin scientifique
• fonctions UTS/EGCU
• taux de comptage moyen/crête
• dialogue CXG/UTS
• dimensions mémoires

Stéphane Schanne, CEA Saclay, DSM/DAPNIA/SAp
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Sursauts Gamma

• événements dans la bande gamma (gt keV)
• survenant au hasard dans le ciel
• durée 0.1 - qq 100 s
• avec émission rémanente en optique et X
• avec émission prompte en optique (?)
• physique explosions détoiles massives ?

BATSE/CGRO 2704 GRB entre 1991-2000
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Besoin scientifique ECLAIRs

• localiser 100 sursauts par an dans le ciel
• grand champ de vue ( 2 sr )
• bande dimagerie 4 - 50 keV (jusquà qq 100 keV
  sans image)
• pouvoir de localisation spatiale 10 arcmin
• on ne sait pas transmettre toutes les données en
  temps réel (microsat).
• déterminer la position du sursaut en temps réel
• gt UTS
• transmettre la position au sol (aussi vite que
  possible, qq 10 s)
• pour permettre aux observatoires sol des suivis
  de lévénement.
• gt réseau VHF
• transmettre tous les photons au sol en différé
  pour
• - analyse fine des sursauts
• - science annexe (objets compacts gamma)
• gt bande-X

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Simulation déconvolution ECLAIRs
Simulation du ciel sur /- 50 du ciel
bruit de fond (g extragal) 1 source au centre
(sur 5 s dintégration, source à 5
ph/cm2/s) Projection à travers le masque Sur
le plan de détection (shadowgramme) Déconvolutio
n pour reconstruire limage ciel (détection à
70 s) recherche de source
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ECLAIRs trigger data flow
CXG 16 sectors
EGCU
Config/Status/HK CXG-S1
TM/TC
Config/Status/HK CXG-S2
Config/Status/HK UTS
photon lists
AbsTime SatPointing
photon lists
bulk-mem
Imagetrigger
Count ratetrigger
freeze mem
X-band
VHF
UTS
GRB alert
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ECLAIRs UTS functions
Config Status
EGCU
CXG CdTe 6400 pixels
Sequence Control - config - acquisition -
diagnostic
g list in TF Time, Pixel, E
HK
Time-Frame boundary (10 ms)
Ctrl Conf Stat Test
bulk-mem
TimeBase
AbsTime
bkg g dump
g receive
Sat Attitude
Reachable receiver
count rate bkg rate (per E-band, Time-bin, CXG
sector)
EGCU
X-band
Alert Type 1, AbsTime, Duration, Sigma
Trigger rate increase R-B gt 3 sqrt(B)
local-mem
Freeze memory
VHF stream
Build Time-Window predefined, or around Type 1
VHF
VHF-HK
600 b/s
Detector Shadowgram
Sky image (deconvolve,FFT)
Alert Type 1/2, Position, Sigma
Source position (catalogue)
Refine position (fit)
UTS
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Tâches ECLAIRs CU (EGCU)

• EGCU -envoi des config (initialisions)
• aux secteurs de la CXG (gestion de la mise sous
  tension)
• à lUTS
• -acquisition des status de CXG et UTS
• surveillance routinière (monitorage), données HK
  (pour la bande-S)
• -gestion des modes (config, acquisition,
  diagnostic/autotest)
• -envoi à lUTS du signal 1 Hz synchrone au temps
  absolu
• -envoi à lUTS dun message de datation absolue
  (fréquence TBD)
•  au prochain 1 Hz la date est 2009/10/01 1200 0
  s  (par lien TC/HK)
• -envoi à lUTS de la position satellite
  (fréquence TBD)
•  au dernier 1 Hz le satellite pointait à L120,
  B47 (par lien TC/HK)
• -mémoire de masse des photons, réception depuis
  lUTS
• -gestion du vidange de la mémoire de masse sur la
  bande-X
• -mémoire séparée en 2 zones
• basse priorité de vidange/possible de sur-écrire
  en période calme
• haute priorité de vidange/verrouillée en période
  sursaut
• -réception depuis lUTS du qualifiant  période
  sursaut 
• données déjà reçues seront marquées comme en
   période sursaut 
• (concerne des tranches de temps de qq min
  avant/après sursaut).

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Tâches ECLAIRs CU (UTS)

• UTS - tâche dacquisition
• - envoi changement de Time Frame (TF) à la CXG
  (horloge 10 ms, TBC)
• synchronisation TF sur signal 1 Hz/Temps Absolu
  (depuis EGCU)
• - lecture données Time Frame précédent
• depuis les 16 (TBC) FIFOs des secteurs de la CXG
• - transmission données Time Frame à la MdM
  (EGCU)
• - mémorisation données Time Frame (mémoire
  circulaire interne UTS)
• - tâches simultanées de déclenchement
• - tâche déclenchement A
• détection de GRB par apparition de nouvelle
  source dans les images
• - tâche déclenchement B
• détection de GRB par augmentation de taux de
  comptage
• - verrouillage données sursaut dans la MdM
  (minutes avant et après le GRB)
• - préparation message VHF
• hors période GRB données HK (inclus pointage
  satellite)
• pendant GRB position, temps absolu, durée,
  infos de contrôle GRB
• répétition du message sur plusieurs
  minutes

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Tâches de déclenchement A

• - tâche déclenchement A
• détection de GRB par apparition de nouvelle
  source dans les images
• - intégration  shadowgramme  (80x80
  détecteurs, TBC)
• sur Time Window fixe (durée 1s, TBC, dépend de
  la perfo algorithme)
• - image du ciel (200x200 pixels, TBC) par
  déconvolution (FFT hardware)
• en coordonnées relatives à la direction de
  pointage satellite
• - recherche des sources présentes dans limage
  en sensibilité du ciel
• recherche des maxima (précision 0.5) dépassant
  6 sigma (TDC).
• - association des sources au catalogue des
  sources connues
• catalogue en coordonnées relatives par rapport à
  direction de pointage
• (préfabriqué au sol ou fabriqué à bord).
• - déclenchement si détection de nouvelle source
  (gt qq hors source connue)
• calcul position absolue nouvelle source (ajoute
  pointage satellite)
• - raffinage de la position de la source
  (précision 10 arcmin).
• ajustement (fit) avec la fonction
  dauto-corrélation du masque (float)
• calcul position absolue source (ajoute pointage
  satellite)

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Tâches de déclenchement B

• - tâche déclenchement B
• détection de GRB par augmentation de taux de
  comptage
• - calcul taux de comptage (R) sur
• différentes bandes dénergie (e.g. 4-10, 10-20,
  20-50, gt50 keV)
• différentes intervalles de temps T (si poss.
  Multiples du Time Frame)
• différents secteurs de la CXG (éventuellement)
• - calcul taux du bruit de fond (RB, à partir de
  taux de comptage passé)
• - déclenchement augmentation taux de comptage
  R-RB gt n Sqrt(RB)
• - intégration  shadowgramme  
• sur Time Window couvrant la période de taux de
  comptage fort
• poursuite algorithme comme pour tâche A

R
temps
TB
T
Time Window Image
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Taux de comptage moyen (hors sursaut)
Sur les zones dorbite calmes (hors cornées
polaires et hors anomalie sud atlantique du
champ magnétique) Bruit de fond diffus X
extragalactique domine dans la bande 4 - 50
keV Estimation du taux de comptage bruit de
fond diffus X extragalactique seul dans la
bande 4-50 keV 8.5 photon cm-2 s-1 sr-1
x 2 sr / 2 (champ de vue triangle ) x
0.4x0.4 cm2/pixel x 0.5 (masque) x
4-0.4 /0.4 - 50-0.4 /0.4 1 coup/s/pixel
(pixel de 0.4 cm) 6400
coups/s/CXG (CXG de 6400 pixels)
400 coups/s/SecteurCXG (secteur de 400 pixels)
Zombeck et al
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Acquisition CXG par UTS
1 Hz

• UTS fabrique lhorloge Time Frame (TF, durée 10
  ms, TBC)
• à partir de l horloge 1 Hz reçue de lEGCU
• Pour chaque secteur CXG (1/16 CXG, TBC)
• La CXG utilise le signal TF pour - dater
  les photons à 10 ms (TBC) (Fine Time) par
  rapport au début du TF - créer des listes de
  photons par TF - débuter le transfert de la
  liste de photons du TF précédent Le TF
  sert ainsi à classer les photons dans des listes
  successives en temps, dont la durée est fixée
  (1 TF)

TF
FIFO
réception
Secteur CXG
UTS
1 TF
temps
3 ph 1
2 1 ph
count
accumule
transfert
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Codage des photons par module CXG (ex)

• Codage adresse de pixel Si on a 16 modules
  de CXG 400 pixels CdTe (max) par module
• gt 9 bit pour coder ladresse pixel (P) dans le
  module
• Codage du temps
• Si on a un Time Frame de 10 ms
• Si on veut une résolution temporelle de 10 ms
• gt 10 bit pour coder le temps (T) depuis le
  début de TF
• Codage de lénergie
• Si on veut 0.1 keV/canal entre 4-50 keV gt 9
  bits (gamme basse)
• Si on veut 1 keV/canal entre 50-600 keV gt
  9 bits (gamme haute)
• 1 bit de choix de gamme
• gt 10 bit pour coder la valeur ADC de
  lénergie (E)
• Donc un mot de 30 bits suffit pour coder un
  Photon
• Raisonnablement on peut compter avec 4
  Bytes/Photon

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Dimension mémoire EGCU

• taux de comptage (en flux continu)
• 1 ph/s/pixel (bruit de fond X
  extragalactique seul) X(activation/cosmiques)?
• ? taux de données en continu depuis la CXG
• 1 ph/s/pixel x 6400 pixels x 4 B/photon
  25 KB/s
• ? à mémoriser dans lEGCU en continu
• Si vidage mémoire par bande-X à 16 Mb/s
• avec un transfert bande-X toutes les T
• il faut une mémoire de taille M
• transférée en un temps DT
• T90 min M150 MB DT1.3 min
• T 9 h M900 MB DT8 min
• T24 h M2.4 GB DT21 min
• ? Avec un passage moyen de 9 min sur une station
  bande X
• et une durée de plus longue non visibilité de la
  station de 9 h,
• on peut espérer transmettre une mémoire de 900
  MB.
• ? Il faudra la dimensionner plus grand pour les
  aléas de visibilité bande X

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Dimension mémoire CXG

• taux de comptage maximal (en cas de sursaut)
• En cas de sursaut gamma, le taux de comptage
  augmente instantanément.
• Fixons la limite de non saturation par Time
  Frame au taux instantané de
• 1000 ph/s/cm2 (TBC)
• soit 160 ph/s/pixel (160 x bruit de fond
  extragalactique)
• -si 1 TF10 ms
• et 1 secteur CXG 400 pixels, on aura comme
  flux de données
• 640 ph/TF/secteur CXG (taille
  maximale de la liste de photons CXG)
• -si 1 ph4 B, il faudra prévoir une FIFO de
• 2.5 KB/secteur CXG
• auxquels il faudra ajouter
  quelques Bytespour chaque TF
• - le nombre de photons codés
  par lADC
• - le nombre de saturants par
  TF (coups en dehors de la gamme de codage)
• - le temps mort

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Alternative aux Time Frames Event Blocks

• augmentation du diminution du
•  taux de comptage   temps moyen entre
  événements 
• Notion de Time Frame (TFtranches de temps fixes)
  
• limite la résolution en temps (10ms) du taux de
  comptage
• introduit des saturations de buffers dans le
  système
• Notion dEvent Blocks (EBblocs avec nombre fixe
  dévénements)
• on se fixe un nombre dévénements par bloc
• les événements arrivent en temps réel (sans
  dérandomisation)
• on mesure le temps mis pour remplir le bloc
• gt estimation du temps moyen entre évts durée
  bloc / nombre dévts par bloc.
• au lieu de déclencher sur augmentation du taux
  de comptage par tranche de temps on déclenche
  sur une diminution du temps moyen entre évts.

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Acquisition CXG évt par évt.

Secteur CXG
UTS
Trigger diminution temps entre evt
1 Hz
Synchrone avec évt.
Réception TT Envoi Clock Réception Data
Time Tag

• Temps évt

Fin codage
FIFO
Clock
Data

• Energie évt
• Adresse pixel

Secteur CXG - détection évt, temps mort du
secteur CXG pendant 8 ms - émission dun
Time Tag synchrone avec lévénement - codage
de ladresse A pixel et de lénergie EADC (code
saturant) (109 20 bit) - front descendant
du Time Tag signifie la disponibilité de cette
valeur numérique UTS - drive une Clock pour
lire la valeur numérique depuis le secteur CXG.
- datation de lévt mesure du temps T du
début de Time Tag (à 50 ns en interne) avec
compteur, remis à 0 par le 1 Hz de lEGCU. -
crée les Event Blocks blocs avec nb fixe
dévts (E,A,T), dans une FIFO (mesure
durée des Event Blocks). - mesure le temps
entre évts successifs pour trigger sur diminution
de ce temps - mesure du temps mort (TBC).
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(No Transcript)