Système de déclenchement des stations

Système de déclenchement associé à l’électronique KIT/BUW

L’électronique KIT/BUW équipe 17 stations d’AERA-I, 60 stations d’AERA-II et 4 stations tests supplémentaires présentées dans la section 2.3.6. Ces stations possèdent neuf modes de déclenchement que l’on peut regrouper en trois familles :

– déclenchement autonome,

29Field-Programmable Gate Array

30Infinite Inpulse Response

2.3 - AERA - The Auger Engineering Radio Array 69 – déclenchement externe par le SD (depuis 2012), ainsi que par les télescopes à fluorescence des

sites HEAT et Coihueco (depuis septembre 2013),

– déclenchements commandés : déclenchements 10 s, aléatoires et GUI32 qui permet le monitoring du réseau. Ainsi qu’un déclenchement basé sur la présence d’avions qui est en service depuis mai 2014. En effet, comme vu pour RAuger, la détection d’un même avion par plusieurs stations du réseau permet leur inter-calibration en temps et en amplitude et permet également le calcul de la résolution angulaire du réseau.

Plusieurs niveaux de déclenchement sont utilisés, des algorithmes de niveaux 1 (T1) et 2 (T2) sont installés dans le bloc numérique de l’électronique de la station locale et permettent la réduction du taux d’évènements bruit en déclenchement autonome des stations. Un algorithme de niveau 3 est installé au niveau de la DAQ centrale (télescopes Coihueco) et gère à la fois les requêtes des déclen-chements externes ou commandés et la sélection des déclendéclen-chements autonomes.

Pour le T1, l’amplitude du signal mesuré doit dépasser un certain seuil prédéfini. Plusieurs trans-formées de Fourier sont appliquées avant la décision pour réduire le nombre d’évènements bruit. Le niveau T2, permet l’application d’algorithmes de réjection du bruit de fond basés sur la forme d’onde. La DAQ centrale est constituée de trois modules : le PostMaster qui assure la communication entre les stations locales et les deux autres modules, le T3Maker [106] qui gère la sélection des évènements pour tous les modes de déclenchement et l’EventBuilder qui construit les fichiers de données brutes et les écrit sur disque.

Pour le déclenchement autonome des stations, les T2s sont envoyés par les stations locales au Post-Master qui les communique ensuite au T3Maker. Il s’agit de temps GPS dégradés de 6 bits (équivalent à 64 ns). En moyenne 500 temps GPS sont envoyés chaque seconde par chaque station radio. Les 77

× 500 Hz = 38, 5 kHz de temps GPS sont ensuite analysés par le T3Maker :

– les T2s sont classés par temps croissants et des listes de stations en coïncidence sont établies, – les directions d’arrivée des évènements sont reconstruites,

– l’algorithme de cône [107], décrit dans la suite, est appliqué afin de supprimer les évènements reconstruits avec une direction d’arrivé récurrente dans un court intervalle de temps.

Pour le déclenchement externe, le T3Maker traite les requêtes envoyées par le SD, le FD ou les déclenchements commandés de manière immédiate. Pour le déclenchement autonome, un délai de quelques secondes est appliqué afin que toutes les stations aient le temps de répondre à un évènement donné.

Une fois les requêtes de déclenchement externe traitées et les évènements en déclenchement auto-nome sélectionnés, le T3Maker envoie une liste de T3s sélectionnés au PostMaster et à l’EventBuilder avec un taux de 2 à 5 Hz. Le PostMaster réclame aux stations locales les traces des évènements sé-lectionnés et les transfère ensuite à l’EventBuilder. Ce dernier vérifie la cohérence entre les listes de T3s envoyées par le T3Maker et les traces transférées par le PostMaster, et construit les fichiers de données brutes qui sont écrits sur disque avec une moyenne de 1 Mo/s.

Sélection des déclenchements autonomes : algorithme de cône. Cet algorithme gère la sélec-tion des données en déclenchement autonome. Il est appliqué pour tous les évènements correspondant dont la direction d’arrivée a pu être reconstruite par le T3Maker, c’est-à-dire des évènements avec

θ ∈ [0^◦, 90^◦]. Il utilise la pixelisation de la sphère, notamment HEALPix [108] pour subdiviser le ciel. Chaque direction d’arrivée reconstruite par le T3Maker correspond à un pixel de la sphère et à chaque

70 Chapitre 2 - Radio détection dans le MHz à l’observatoire Pierre Auger pixel est associé un compteur. Lorsqu’un évènement est reconstruit par le T3Maker, le compteur du pixel correspondant est incrémenté d’un point. Si dans les cinq minutes suivant cette incrémentation, la direction d’arrivée d’un autre évènement est reconstruite dans la direction du même pixel, le comp-teur de celui-ci est réincrémenté d’un point. Dans le cas contraire le compcomp-teur est remis à zéro. Dès que le compteur d’un pixel est supérieur à deux points, l’évènement est rejeté et les compteurs des pixels voisins, à 2◦ près, sont incrémentés d’un point.

Cet algorithme permet une diminution significative du taux d’évènements bruit de fond, de 1 kHz à quelques Hz, sauvegardant la place sur les disques de données. Le déclenchement autonome des stations peut donc être maintenu pour les 77 stations KIT/BUW.

Système de déclenchement associé à l’électronique Nikhef/RU

Les six stations d’AERA-I équipées de l’électronique Nikhef/RU sont déclenchées exclusivement de façon autonome. L’algorithme utilisé pour la discrimination des évènements gerbe du bruit de fond est basé sur l’étude de la forme d’onde dans le domaine temporel. Le signal mesuré est comparé à deux seuils indépendants L1, appelé seuil signal et L2, appelé seuil bruit comme présenté dans la figure 2.23. Différentes conditions utilisant ces deux seuils sont utilisées pour éviter les déclenchements induits par des évènements bruit, parmi lesquelles :

– le seuil signal ne doit pas être dépassé dans la fenêtre bruit de la trace, T_prev. En effet, le pulse principal contenant l’information sur la gerbe est de très courte durée, quelques dizaines ou centaines de nanosecondes. Les signaux sont enregistrés sur plusieurs dizaines de microsecondes afin de permettre l’analyse du bruit de fond enregistré avant et après le pulse principal. Cela permet notamment le calcul du rapport signal sur bruit. Dans la fenêtre bruit, l’amplitude du voltage mesuré doit être faible pour une évènement gerbe.

– Pendant la fenêtre signal, T_per, un nombre limité de dépassements du seuil signal est autorisé, cette condition permet d’éviter les doubles pulses.

– Dans cette même fenêtre, le temps séparant deux dépassements du seuil bruit est lui aussi li-mité à une valeur T_cMax, cette condition est elle aussi basée sur la courte durée du pulse principal.

Fig. 2.23 – Algorithme de sélection des évènements gerbe par comparaison du signal mesuré avec différents seuils, intégré dans les FPGAs des numériseurs Nikhef/RU. La figure est extraire de [105]

2.4 - AERA - Monitoring 71 Pour les 40 stations d’AERA-II équipées de l’électronique Nikhef/RU, une paire de scintillateurs a été ajoutée à l’installation. Ces stations peuvent donc être déclenchées par l’algorithme présenté ci-dessus, par les scintillateurs ou par une combinaison des deux déclenchements. Les performances de ces différents types de déclenchements sont actuellement étudiées, notamment concernant les diffé-rences d’efficacité au fil des saisons.