Nanosecond-level time synchronization of autonomous radio detector stations for extensive air showers - Université Pierre et Marie Curie Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Journal of Instrumentation Année : 2016

Nanosecond-level time synchronization of autonomous radio detector stations for extensive air showers

A. Aab , P. Abreu , M. Aglietta , E. J. Ahn , Imen Al Samarai (1) , I. F. M. Albuquerque , I. Allekotte , P. Allison , A. Almela , J. Alvarez Castillo , J. Alvarez-Muñiz , R. Alves Batista , M. Ambrosio , A. Aminaei , G. A. Anastasi , L. Anchordoqui , S. Andringa , C. Aramo , F. Arqueros , N. Arsene , H. Asorey , P. Assis , J. Aublin (2) , G. Avila , N. Awal , A. M. Badescu , C. Baus , J. J. Beatty , K. H. Becker , J. A. Bellido , C. Berat (3) , M. E. Bertaina , X. Bertou , P. L. Biermann , P. Billoir (2) , S. G. Blaess , A. Blanco , M. Blanco (2) , J. Blazek , C. Bleve , H. Blümer , M. Boháčová , D. Boncioli , C. Bonifazi , N. Borodai , J. Brack , I. Brancus , T. Bretz , A. Bridgeman , P. Brogueira , P. Buchholz , A. Bueno , S. Buitink , M. Buscemi , K. S. Caballero-Mora , B. Caccianiga , L. Caccianiga (2) , M. Candusso , L. Caramete , R. Caruso , A. Castellina , G. Cataldi , L. Cazon , R. Cester , A. G. Chavez , A. Chiavassa , J. A. Chinellato , J. Chudoba , M. Cilmo , R. W. Clay , G. Cocciolo , R. Colalillo , A. Coleman , L. Collica , M. R. Coluccia , R. Conceição , F. Contreras , M. J. Cooper , A. Cordier (4) , S. Coutu , C. E. Covault , J. Cronin , Richard Dallier (5, 6) , B. Daniel , S. Dasso , K. Daumiller , B. R. Dawson , R. M. de Almeida , S. J. de Jong , G. de Mauro , J. R. T. de Mello Neto , I. de Mitri , J. de Oliveira , V. de Souza , L. del Peral , O. Deligny (1) , N. Dhital , C. Di Giulio , A. Di Matteo , J. C. Diaz , M. L. Díaz Castro , F. Diogo , C. Dobrigkeit , W. Docters , J. C. d'Olivo , A. Dorofeev , Q. Dorosti Hasankiadeh , R. C. Dos Anjos , M. T. Dova , J. Ebr , R. Engel , M. Erdmann , M. Erfani , C. O. Escobar , J. Eser , J. Espadanal , A. Etchegoyen , H. Falcke , K. Fang , G. Farrar , A. C. Fauth , N. Fazzini , A. P. Ferguson , B. Fick , J. M. Figueira , A. Filevich , A. Filipčič , O. Fratu , M. M. Freire , T. Fujii , B. García , D. García-Gámez (4) , D. Garcia-Pinto , F. Gate (6) , H. Gemmeke , A. Gherghel-Lascu , P. L. Ghia (2) , U. Giaccari , M. Giammarchi , M. Giller , D. Głas , C. Glaser , H. Glass , G. Golup , M. Gómez Berisso , P. F. Gómez Vitale , N. González , B. Gookin , J. Gordon , A. Gorgi , P. Gorham , P. Gouffon , N. Griffith , A. F. Grillo , T. D. Grubb , F. Guarino , G. P. Guedes , M. R. Hampel , P. Hansen , D. Harari , T. A. Harrison , S. Hartmann , J. L. Harton , A. Haungs , T. Hebbeker , D. Heck , P. Heimann , A. E. Hervé , G. C. Hill , C. Hojvat , N. Hollon , E. Holt , P. Homola , J. R. Hörandel , P. Horvath , M. Hrabovský , D. Huber , T. Huege , A. Insolia , P. G. Isar , I. Jandt , S. Jansen , C. Jarne , J. A. Johnsen , M. Josebachuili , A. Kääpä , O. Kambeitz , K. H. Kampert , P. Kasper , I. Katkov , B. Keilhauer , E. Kemp , R. M. Kieckhafer , H. O. Klages , M. Kleifges , J. Kleinfeller , R. Krause , N. Krohm , D. Kuempel , G. Kukec Mezek , N. Kunka , A. W. Kuotb Awad , D. Lahurd , A. Lang , L. Latronico , R. Lauer , M. Lauscher , Pascal Lautridou (6) , S. Le Coz (3) , D. Lebrun (3) , P. Lebrun , M. A. Leigui de Oliveira , A. Letessier-Selvon (2) , I. Lhenry-Yvon (1) , K. Link , L. Lopes , R. López , A. López Casado , K. Louedec (3) , A. Lucero , M. Malacari , M. Mallamaci , J. Maller (6) , D. Mandat , P. Mantsch , A. G. Mariazzi , V. Marin (6) , I. C. Mariş , G. Marsella , D. Martello , H. Martinez , O. Martínez Bravo , D. Martraire (1) , J. J. Masías Meza , H. J. Mathes , S. Mathys , J. Matthews , J. A. J. Matthews , G. Matthiae , D. Maurizio , E. Mayotte , P. O. Mazur , C. Medina , G. Medina-Tanco , R. Meissner , V. B. B. Mello , D. Melo , A. Menshikov , S. Messina , M. I. Micheletti , L. Middendorf , I. A. Minaya , L. Miramonti , B. Mitrica , L. Molina-Bueno , S. Mollerach , F. Montanet (3) , C. Morello , M. Mostafá , C. A. Moura , G. Müller , M. A. Muller , S. Müller , S. Navas , P. Necesal , L. Nellen , A. Nelles , J. Neuser , P. H. Nguyen , M. Niculescu-Oglinzanu , M. Niechciol , L. Niemietz , T. Niggemann , D. Nitz , D. Nosek , V. Novotny , L. Nožka , L. A. Núñez , L. Ochilo , F. Oikonomou , A. Olinto , N. Pacheco , D. Pakk Selmi-Dei , M. Palatka , J. Pallotta , P. Papenbreer , G. Parente , A. Parra , T. Paul , M. Pech , J. Pękala , R. Pelayo , I. M. Pepe , L. Perrone , E. Petermann , C. Peters , S. Petrera , Y. Petrov , J. Phuntsok , R. Piegaia , T. Pierog , P. Pieroni , M. Pimenta , V. Pirronello , M. Platino , M. Plum , A. Porcelli , C. Porowski , R. R. Prado , P. Privitera , M. Prouza , E. J. Quel , S. Querchfeld , S. Quinn , J. Rautenberg , O. Ravel (6) , D. Ravignani , D. Reinert , Benoît Revenu (6) , J. Ridky , M. Risse , P. Ristori , V. Rizi , W. Rodrigues de Carvalho , J. Rodriguez Rojo , M. D. Rodríguez-Frías , D. Rogozin , J. Rosado , M. Roth , E. Roulet , A. C. Rovero , S. J. Saffi , A. Saftoiu , H. Salazar , A. Saleh , F. Salesa Greus , G. Salina , J. D. Sanabria Gomez , F. Sánchez , P. Sanchez-Lucas , E. M. Santos , E. Santos , F. Sarazin , B. Sarkar , R. Sarmento , C. Sarmiento-Cano , R. Sato , C. Scarso , M. Schauer , V. Scherini , H. Schieler , D. Schmidt , O. Scholten , H. Schoorlemmer , P. Schovánek , F. G. Schröder , A. Schulz , J. Schulz , J. Schumacher , S. J. Sciutto , A. Segreto , M. Settimo (2) , A. Shadkam , R. C. Shellard , G. Sigl , O. Sima , A. Śmiałkowski , R. Šmída , G. R. Snow , P. Sommers , S. Sonntag , J. Sorokin , R. Squartini , Y. N. Srivastava , D. Stanca , S. Stanič , J. Stapleton , J. Stasielak , M. Stephan , A. Stutz (3) , F. Suarez , M. Suarez Durán , T. Suomijärvi (1) , A. D. Supanitsky , M. S. Sutherland , J. Swain , Z. Szadkowski , O. A. Taborda , A. Tapia , A. Tepe , V. M. Theodoro , O. Tibolla , C. Timmermans , C. J. Todero Peixoto , G. Toma , L. Tomankova , B. Tomé , A. Tonachini , G. Torralba Elipe , D. Torres Machado , P. Travnicek , M. Trini , R. Ulrich , M. Unger , Martin Urban , J. F. Valdés Galicia , I. Valiño , L. Valore , G. van Aar , P. van Bodegom , A. M. van Den Berg , S. van Velzen , A. van Vliet , E. Varela , B. Vargas Cárdenas , G. Varner , R. Vasquez , J. R. Vázquez , R. A. Vázquez , D. Veberič , V. Verzi , J. Vicha , M. Videla , L. Villaseñor , B. Vlcek , S. Vorobiov , H. Wahlberg , O. Wainberg , D. Walz , A. A. Watson , M. Weber , K. Weidenhaupt , A. Weindl , Felix Werner , A. Widom , L. Wiencke , H. Wilczyński , T. Winchen , D. Wittkowski , B. Wundheiler , S. Wykes , L. Yang , T. Yapici , A. Yushkov , E. Zas , D. Zavrtanik , M. Zavrtanik , A. Zepeda , B. Zimmermann , M. Ziolkowski , F. Zuccarello
A. Aab
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P. Abreu
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M. Aglietta
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E. J. Ahn
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Imen Al Samarai
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P. Pieroni
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M. Pimenta
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H. Schieler
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O. Scholten
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A. Segreto
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F. Suarez
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A. Tepe
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V. M. Theodoro
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H. Wahlberg
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A. Widom
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L. Wiencke
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H. Wilczyński
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M. Ziolkowski
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F. Zuccarello
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Résumé

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 used for cross-checks that indeed we reach 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.

Dates et versions

in2p3-01240296 , version 1 (09-12-2015)

Identifiants

Citer

A. Aab, P. Abreu, M. Aglietta, E. J. Ahn, Imen Al Samarai, et al.. Nanosecond-level time synchronization of autonomous radio detector stations for extensive air showers. Journal of Instrumentation, 2016, 11, pp.P01018. ⟨10.1088/1748-0221/11/01/P01018⟩. ⟨in2p3-01240296⟩
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