宇宙射线无线电探测中基于 FPGA 的小波触发器优化

观测由超高能宇宙射线引发的广延大气簇射所产生的相干无线电辐射的实验，旨在详细研究大气簇射电磁部分的发展。无线电探测器可实现 100% 的运行时间，例如基于水切伦科夫罐的地面探测器。它们正在被开发为地面实验（如 Pierre Auger Observatory）中除荧光探测器外的另一种大气簇射探测器，而荧光探测器仅在黑暗夜晚约有 10% 的运行占空比。大气簇射的无线电信号是由地磁辐射和电荷过剩过程引起的相干发射产生的。目前无线电探测器中使用的自触发器通常会产生密集的数据流，随后进行分析。海量的注册数据需要大量人力进行离线分析。提高触发效率成为一个相关因素。在本工作中，我们使用具有不同缩放因子的 Morlet 小波分析了来自 Auger Engineering Radio Array 的真实数据，并优化了 FPGA 中的资源利用。小波分析表明，事件的功率主要集中在频谱的有限范围内（与输入模拟带通滤波器施加的范围一致）。然而，我们发现了一些具有可疑频谱特征的事件，其信号功率散布在 200 MHz 数字化仪采样的全带宽上，并包含显著的高频和低频贡献。这些事件可能并非源自宇宙射线簇射，而是人为污染。小波分析引擎可植入现代高性能 FPGA 中，在线移除可疑事件以降低触发率。