Artículos de revistas
Nanosecond-level Time Synchronization Of Autonomous Radio Detector Stations For Extensive Air Showers
Registration in:
Journal Of Instrumentation. Iop Publishing Ltd, v. 11, p. , 2016.
1748-0221
WOS:000371469800106
10.1088/1748-0221/11/01/P01018
Author
Aab
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Institutions
Abstract
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) To exploit the full potential of radio measurements of cosmic-ray air showers at MHz frequencies, a detector timing synchronization within 1 ns is needed. Large distributed radio detector arrays such as the Auger Engineering Radio Array (AERA) rely on timing via the Global Positioning System (GPS) for the synchronization of individual detector station clocks. Unfortunately, GPS timing is expected to have an accuracy no better than about 5 ns. In practice, in particular in AERA, the GPS clocks exhibit drifts on the order of tens of ns. We developed a technique to correct for the GPS drifts, and an independent method is used to cross-check that indeed we reach a nanosecond-scale timing accuracy by this correction. First, we operate a "beacon transmitter" which emits defined sine waves detected by AERA antennas recorded within the physics data. The relative phasing of these sine waves can be used to correct for GPS clock drifts. In addition to this, we observe radio pulses emitted by commercial airplanes, the position of which we determine in real time from Automatic Dependent Surveillance Broadcasts intercepted with a software-defined radio. From the known source location and the measured arrival times of the pulses we determine relative timing offsets between radio detector stations. We demonstrate with a combined analysis that the two methods give a consistent timing calibration with an accuracy of 2 ns or better. Consequently, the beacon method alone can be used in the future to continuously determine and correct for GPS clock drifts in each individual event measured by AERA. 11 Comision Nacional de Energia Atomica, Argentina Agencia Nacional de Promocion Cientifica y Tecnologica (ANPCyT), Argentina Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas (CONICET), Argentina Gobierno de la Provincia de Mendoza, Argentina Municipalidad de Malargue, Argentina NDM Holdings, Argentina Valle Las Lenas, Argentina Australian Research Council [DP150101622] Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico (CNPq), Brazil Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP), Brazil Fundacao de Amparo a Pesquisa do Estado de Rio de Janeiro (FAPERJ), Brazil Sao Paulo Research Foundation (FAPESP), Brazil [2010/07359-6, 1999/05404-3] Ministerio de Ciencia e Tecnologia (MCT), Brazil Czech Science Foundation, Czech Republic [14-17501S] Centre de Calcul IN2P3/CNRS, France Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), France Conseil Regional Ile-de-France, France Departement Physique Nucleaire et Corpusculaire (PNC-IN2P3/CNRS), France Departement Sciences de l'Univers (SDU-INSU/CNRS), France Institut Lagrange de Paris (ILP) within the Investissements d'Avenir Programme, France [LABEX ANR-10-LABX-63, ANR-11-IDEX-0004-02] Bundesministerium fur Bildung und Forschung (BMBF), Germany Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Germany Finanzministerium Baden-Wurttemberg, Germany Helmholtz Alliance for Astroparticle Physics (HAP), Germany Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren (HGF), Germany Ministerium fur Wissenschaft und Forschung, Nordrhein Westfalen, Germany Ministerium fur Wissenschaft, Forschung und Kunst, Baden-Wurttemberg, Germany Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Italy Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), Italy Ministero dell'Istruzione, dell'Universita e della Ricerca (MIUR), Italy Gran Sasso Center for Astroparticle Physics (CFA), Italy CETEMPS Center of Excellence, Ministero degli Affari Esteri (MAE), Italy Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia (CONACYT), Mexico Ministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap, Netherlands Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), Netherlands Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), Netherlands National Centre for Research and Development, Poland [ERA-NET-ASPERA/01/11, ERA-NET-ASPERA/02/11] National Science Centre, Poland [2013/08/M/ST9/00322, 2013/08/M/ST9/00728, HARMONIA 5 - 2013/10/M/ST9/00062] Portuguese national funds, Portugal FEDER funds within Programa Operacional Factores de Competitividade through Fundacao para a Ciencia e a Tecnologia (COMPETE), Portugal Romanian Authority for Scientific Research ANCS, CNDI-UEFISCDI partnership projects, Romania [20/2012, 194/2012, 1/ASPERA2/2012 ERA-NET, PN-II-RU-PD-2011-3-0145-17, PN-II-RU-PD-2011-3-0062] Minister of National Education, Programme Space Technology and Advanced Research (STAR), Romania [83/2013] Slovenian Research Agency, Slovenia Comunidad de Madrid, Spain FEDER funds, Spain Ministerio de Educacion y Ciencia, Spain Xunta de Galicia, Spain European Community 7th Framework Program, Spain [FP7-PEOPLE-2012-IEF-328826] Science and Technology Facilities Council, United Kingdom Department of Energy, U.S.A. [DE-AC02-07CH11359, DE-FR02-04ER41300, DE-FG02-99ER41107, DE-SC0011689] National Science Foundation, U.S.A. [0450696] Grainger Foundation, U.S.A. NAFOSTED, Vietnam Marie Curie-IRSES/EPLANET, European Particle Physics Latin American Network, European Union 7th Framework Program [PIRSES-2009-GA-246806] UNESCO [MSMT-CR LG13007] [7AMB14AR005] Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)