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

A. Aab P. Abreu M. Aglietta E. J. Ahn I. 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 R. 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 B. 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 F. 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
Abstract : 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.
Type de document :
Article dans une revue
Journal of Instrumentation, IOP Publishing, 2016, 11, pp.P01018. 〈10.1088/1748-0221/11/01/P01018〉
Liste complète des métadonnées

http://hal.in2p3.fr/in2p3-01240296
Contributeur : Emmanuelle Vernay <>
Soumis le : mercredi 9 décembre 2015 - 08:34:11
Dernière modification le : mardi 16 janvier 2018 - 14:39:46

Lien texte intégral

Identifiants

Citation

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

Partager

Métriques

Consultations de la notice

303