System design and wide-field imaging aspects of synthesis arrays with phased array stations. To the next generation of SKA system designers

Promotie: dhr. J.D. Bregman, 12.45 uur, Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: System design and wide-field imaging aspects of synthesis arrays with phased array stations. To the next generation of SKA system designers

Promotor(s): prof.dr. W.N. Brouw, prof.dr. H.R. Butcher

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

Systeemontwerp- en beeldvormingaspecten van een synthese radiotelescoop met array antennes

In zijn proefschrift behandelt Jaap Bregman het ontwerpen van synthese radiotelescopen, zoals LOFAR. De centrale vraag daarbij is hoe wetenschappelijke gebruikers met een gegeven budget een optimaal resultaat kunnen behalen. Bekende ontwerpprincipes worden gecombineerd met een visie op technologische mogelijkheden die in de nabije toekomst binnen handbereik komen.

In een array antenne worden de signalen van een aantal antennes opgeteld tot een versterkt signaal uit een bepaalde richting. Deze technologie geeft de mogelijkheid een gegeven aantal eenvoudige antennes optimaal te verdelen over een aantal stations (groepen antennes).

Systeemontwerp begint met een analyse van de fundamentele beperkingen van groothoek beeldvorming met apertuursynthese en van praktische beperkingen zoals verstoring door de ionosfeer. Deze analyse heeft geleid tot een aantal schaalwetten voor telescoop- en antenneconfiguratie en voor de vereiste digitale dataverwerking.

Het onderzoek heeft laten zien dat de stations een minimale grootte nodig hebben om verstoring door de ionosfeer over het gehele beeldveld te kunnen corrigeren. Te kleine stations kunnen maar in een beperkt deel van hun grote beeldveld voldoende scherpte krijgen. Een te beperkt aantal stations leidt bovendien tot toename van ruis in het beeld, die met extra beeldbewerking moet worden gereduceerd.

Een belangrijk resultaat van het werk is het ontwerp van twee nieuwe methoden van beeldvorming waarbij de computerbewerking is teruggebracht tot een theoretisch minimum dat evenredig is met het oppervlak van het totale beeldveld gemeten in resolutie-elementen. Voor een voldoend groot aantal stations is een optimale verdeling mogelijk waarmee maximale scherpte en minimale ruis is te realiseren binnen een totaal budget dat niet door de kosten van de benodigde rekenfaciliteiten wordt gedomineerd.

Jaap Bregman (Amsterdam, 1946) studeerde natuurkunde in Delft. Het onderzoek werd uitgevoerd bij ASTRON in Dwingeloo. Bregman is als gepensioneerd medewerker aan ASTRON verbonden.