SUSTAV ZA DNEVNU KONTROLU PODATAKA TELESKOPA MAGIClapp.irb.hr/publications/TGrubisinDiploma.pdf · sveu ČiliŠte u splitu fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje diplomski

SVEUČ IL IŠTE U SPLITU

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE, STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

DIPLOMSKI RAD

SUSTAV ZA DNEVNU KONTROLU PODATAKA TELESKOPA MAGIC

Tomislav Grubišin

Split, travanj 2010.

ii

SADRŽAJ:

1 UVOD ................................................................................................................................ 1

2 MAGIC TELESKOPI...................................................................................................... 3

2.1 STRUKTURA TELESKOPA.............................................................................................. 3

2.2 KAMERA...................................................................................................................... 4

2.2.1 MAGIC I ............................................................................................................ 5

2.2.2 MAGIC II........................................................................................................... 6

2.3 OKIDAČI (TRIGGER) .................................................................................................... 9

2.4 DAQ SISTEM ............................................................................................................. 10

3 MARS SOFTVER .......................................................................................................... 11

3.1 ROOT PROGRAMSKI PAKET ...................................................................................... 11

3.2 OSNOVNA STRUKTURA MARS-A .............................................................................. 17

3.2.1 Uvod u MARS.................................................................................................. 17

3.2.2 Jezgra MARS-a ................................................................................................ 18

3.2.3 Dodatne mogućnosti......................................................................................... 19

3.2.4 Opće metode za analizu.................................................................................... 20

3.2.5 Analiza podataka .............................................................................................. 20

3.2.6 Ostale mogućnosti MARS-a............................................................................. 25

4 IZRADA SOFTVERA ZA MAGIC 2 TELESKOP.................................................... 27

4.1 STRUKTURA I FUNKCIONALNOST DAILY DATA CHECK SOFTVERA ............................ 27

4.1.1 La Palma računalni sustavi............................................................................... 28

4.1.2 MAGICDC....................................................................................................... 28

4.1.3 Izvršne datoteke MARS-a ................................................................................ 30

4.2 CENTRAL CONTROL DATA CHECK (CC)..................................................................... 31

4.3 CC PODSISTEMSKI IZVJEŠTAJI.................................................................................... 32

4.4 MERPP....................................................................................................................... 35

5 TESTIRANJE SOFTVERA I REZULTATI............................................................... 39

5.1 CCDATACHECK.C MAKRO........................................................................................ 39

5.2 TESTIRANJA I USPOREDBA REZULTATA DVAJU TELESKOPA........................................ 42

5.2.1 Drive system izvještaj ...................................................................................... 42

5.2.2 Kamera ............................................................................................................. 43

iii

5.2.3 Trigger report ................................................................................................... 55

5.2.4 Starg report (STARGUIDER).......................................................................... 56

5.2.5 Meteorološka stanica (Weather station) ........................................................... 58

5.2.6 REC report........................................................................................................ 60

6 ZAKLJUČAK................................................................................................................. 62

7 LITERATURA:.............................................................................................................. 63

8 POPIS KRATICA:......................................................................................................... 66

1

1 UVOD

IACT (Imaging Air Cherenkov Telecope) su detektori visokoenergijskog gama

zračenja koje iz dalekih svemirskih izvora pada na Zemlju. Visokoenergijska gama zraka u

interakciji s atomima i molekulama atmosfere na visini od 10 km stvara pljusak sekundarnih

čestica kojeg čine elektroni, pozitroni i fotoni. Ultrarelativistički elektroni i pozitroni

generiraju zračenje kojeg je otkrio ruski fizičaru Pavel Aleksijevič Čerenkov i po njemu se

naziva Čerenkovljevo zračenje. Naime kad se nabijene čestice poput elektrona i pozitrona

gibaju kroz sredstvo brzinom koja je veća od brzine svjetlosti u tom sredstvu emitiraju fotone

plavičastog svjetla Čerenkovljevim procesom. Upravo ovaj plavičasti bljesak svjetlosti u

trajanju od nekoliko nanosekundi detektiraju dva IACT MAGIC (Major Atmospheric Gamma

Imaging Cherenkov) teleskopa. Razvoj teleskopa tipa IACT je započeo prije dvadesetak

godina. Omogućio je detekciju svemirskog gama zračenja na površini Zemlje a samim time i

promatranje svemira kroz ovaj najsilovitiji dio elektromagnetskog spektra koji je do tada bilo

moguće promatrati samo pomoću posebno konstruiranih detektora na satelitima .

Sama atmosfera s kojom upadna gama zraka meñudjeluje i proizvodi Čerenkovljev

plavičasti bljesak svjetlosti, čiji je intenzitet proporcionalan energiji upadne gama zrake, čini

sastavni dio sustava za detekciju. Osim gama zraka na zemlju i do 10 000 puta češće upadaju

nabijene ultrarealtivističke čestice koje takoñer mogu izazvati Čerenkovljev bljesak. Detekcija

nabijenog kozmičkog zračenja ne omogućuje identifikaciju izvora kojih ih je emitirao jer na

svom putu prolaze kroz intergalaktička i galaktička magnetska polja koja zakreću njihovu

putanju. Galaktička i intergalaktička polja ne utječu na putanju gama zrake jer gama zrake

nemaju električni naboj tako da je moguće identificirati izvore gama zračenja, a preciznim

mjerenjima spektra gama zračenja zaključiti na procese u kojima se proizvode. Danas je

poznato da su izvori gama zraka ostaci supernova, pulsari, zvjezdorodne galaksije (starburst

galaxies) i aktivne galaktićke jezgre, kvazari i binarni sustavi zvijezda.

Čerenkovljev bljesak svjetlosti izazvan upadnom gama zrakom traje nekoliko

nanosekundi i vrlo malog je intenziteta, tako da se ne može uočiti golim okom, a ni

standardnim optičkim teleskopima. MAGIC teleskop čini reflektor površine 236 m2 u čijem

se fokusu nalazi kamera površine jednog metra kvadratnog, izgrañena od oko tisuću piksela tj.

fotodetektora osjetljivih na pojedinačne fotone. Brojni podsustavi kontroliraju i upravljaju

teleskopima MAGIC i konstantno tijekom opažanja zapisuju sve relevantne informacije čijom

2

se analizom zaključuje i dobiva uvid u funkcioniranje pojedinih podsustava i samih teleskopa

u cjelini, a iz čega se može zaključiti na kvalitetu mjernih podataka. Da bi čitav sustav

ispunjavao svoj cilj, svi njegovi podsustavi moraju ispravno funkcionirati. Ovaj rad se bavi

kontrolom podataka svih glavnih podsustava da bi se vidjelo jesu li pojedini podsustavi dobro

funkcionirali, te jesu li prikupljeni mjerni podaci tijekom noći vjerodostojni. Mala greška u

nekom podsustavu može značajno utjecati na kvalitetu prikupljenih podataka, a samim time i

svi daljnji izračuni i analiza ne bi bili vjerodostojni jer bi se temeljili na netočnim podacima.

U slučaju da se pokaže postojanje odreñene greške, istu bi trebalo otkloniti prije sljedeće noći

kad teleskop ponovno započinje sa radom.

U drugom poglavlju ovog rada opisani su MAGIC teleskopi te njihove glavne fizičke

komponente kao što su struktura, kamera, reflektori i sl. Opisane su konstrukcijske i

hardverske pojedinosti te razlike pojedinog teleskopa. U poglavlju 3. opisan je MAGIC-ov

službeni softverski paket za analizi i rekonstrukciju podataka MARS (Magic Reconstruction

and Analysis Software), te programski paket ROOT, razvijen na CERN-u za potrebe analize i

vizualizacije podataka u visokoenergijskoj i astročestičnoj fizici, a na kojem se temelji

MARS. U poglavlju 4. opisan je nezavisni program MAGICDC koji do sada nije mogao raditi

s podacima teleskopa MAGIC II, te su opisani problemi u raznim koracima ovog programa

prilikom obrade podataka teleskopa MAGIC II. U 5. poglavlju opisani su neki problemi i

ograničenja programa razvijenog za obradu podataka teleskopa MAGIC II. Grafički su

prikazani postignuti rezultati, te su usporeñeni s rezultatima teleskopa MAGIC I..

3

2 MAGIC TELESKOPI

Teleskopi MAGIC su najveći Čerenkovljvi teleskopi čiji reflektori imaju promjer 17

metara, i trenutno su jedni od znanstveno najproduktivnijih instrumenata za područje

astročestične fizike. Smješteni su na vrhu kanarskog otoka La Palma unutar opservatorija

Roque de los Muchachos. Nalaze se na nadmorskoj visini od 2200 m. Ovo lokacija izabrana

je zbog optimalnih uvjeta promatranja Čerenkovljvim teleskopom. Uobičajeno je da je

relativna vlažnost zraka ispod 10% i da zrak ne sadrži teške čestice što je važno za

promatranje Čerenkovljve svjetlosti valne duljine 290-700 nm. Ulična rasvjeta je takoñer

prilagoñena teleskopima, te koristi obojanu svjetlost različite valne duljine od svjetlosti koju

promatraju MAGIC teleskopi. Bitno je napomenuti da je oblačnih dana manje od 15% kroz

godinu što je bio još jedan bitan faktor za izabranu lokaciju.

2.1 Struktura teleskopa

Dva glavna tehnička zahtijeva za promatranja teleskopima MAGIC su vrlo nizak prag

energije koji teleskop može detektirati i vrlo kratko vrijeme reagiranja. Stoga je dizajn

teleskopa fokusiran na izradu teleskopa sa što većom površinom reflektora, tako promjer

reflektora od 17 metara omogućuje detekciju gama zraka energije 30 GeV, dok svi ostali

IACT teleskopi (HESS, VERITAS) imaju donji prag detekcije iznad 100 GeV-a. Nosivu

strukturu teleskopa čine štapovi od karbonskih vlakana, tako da je ukupna masa teleskopa 40

tona. Time se dobila strukturu s nižim inercijskim momentom a samim time brži i pokretniji

teleskop. Teleskop pomiču/usmjeravaju dva motora, jedan duž azimutalnog kuta a drugi u duž

zenitnog kuta. Reflektor je načinjen od aluminijskih ploča koje su mnogo lakše od

standardnih staklenih površina a poredane tako da formiraju paraboličnu površinu. Mnogo se

pažnje posvetilo dizajnu da bi se dobio što manji okretni moment strukture, a da bi ona sama

bila dovoljno čvrsta i postojana za svu opremu i vremenske uvijete. Ukupna masa reflektivne

strukture zajedno sa 1000 aluminijskih ogledala je 9 tona i može podnijeti vjetar brzine više

od 165 m/s sa minimalnom deformacijom od 3,5 cm.

Razvijena je aktivna kontrola položaja zrcala (AMC), radi finog podešavanja svakog

pojedinog zrcala kako bi se postigao što bolji fokus reflektora. Zrcala nisu direktno instalirana

na karbonsku nosivu strukturu, već se nalaze na posebnim panelima u grupi od četiri. Svaki

panel ima motor koji služi za dovoñenje zrcala u odgovarajući fokus. U samom središtu

4

reflektora se nalazi CCD kamera koja mjeri u koji dio kamere upada reflektirana laserska

zraka s pojedinog zrcala što se može vidjeti na slici 2.1. Zrcala se pomiču posebnim

softverom koji upravlja motorima panela, te tako mijenja fokus pojedinog zrcala. Nakon

pomicanja slijedi provjera slike lasera u kameri, te se zatim prelazi na sljedeće zrcalo i tako

redom. Kompletan proces fokusiranja cijelog reflektora traje oko 5 minuta i mora se napraviti

svaki put kad je znatna varijacija u zenitnom kutu promatranog izvora. Standardna korekcija

može biti prethodno zapisana kao funkcija zenitnog i azimutalng kuta u posebne tablice (look

up table , LUT) što omogućuje brže fokusiranje, tako da se ne mora uvijek koristi laserska

zraka jer je taj proces fokusiranja duži. Fokusiranje pomoću LUT-a brže je za 1/3 nego

standardna metoda fokusiranja pomoću laserske zrake

Slika 2.1 Postupak poravnavanja zrcala, laserske zrake se

dobro vide zahvaljujući maglovitoj noći

2.2 Kamera

Kamera koja se nalazi u fokusu reflektora pretvara Čerenkovljev bljesak svjetlosti u

električni naboj koji se dalje elektronički obrañuje, digitalizira i zapisuje u memoriju računala

za daljnju obradu i analizu. Kamera u biti uzima sliku Čerenkovljevog bljeska iz koje se

5

zaključuje je li bljesak izazvan gama zrakom ili nabijenom kozmičkom zrakom. Slika u

kameri može biti slična slici izazvanoj gama zrakom, može biti i rezultat fluktuacije

svjetlosne pozadine noćnog neba ili naprosto rezultat različitih svjetlosnih smetnji iz umjetnih

izvora. Osjetljivost kamere zajedno sa zrcalima igra odlučujuću ulogu u snižavanju

energijskog praga teleskopa Eth (treshold energy). Eth je obrnuto proporcionalan efikasnosti

detekcije Čerenkovljvih fotona, dakle veća osjetljivost kamere znači niži Eth teleskopa.

MAGIC teleskopi postižu nizak Eth zahvaljujući velikoj površini zrcala, upotrebi PMT cijevi s

visokom kvantnom efikasnost, te redukcijom mrtvih područja svjetlosnim koncentratorima.

2.2.1 MAGIC I

Kamera teleskopa MAGIC I napravljena je od 577 fotomultiplikatorskih vakumskih

cijevi (PMT). PMT cijevi formiraju heksagonalnu strukturi zahvaljujući kojoj je kamera

prekrivena s minimalnim slijepim površinama. Cijevi su premazane WLS (Wave Length

Shifter) materijalom kako bi se iskoristila UV valna duljina Čerenkovljve svjetlosti, te

poboljšala kvantna efikasnost. Kamera teleskopa sastoji se od unutarnjih 397 piksela promjera

25 mm i vanjskih 180 piksela promjera 39 mm i 18 piksela za testiranje. Kvantna efikasnost

kamere je oko 25%. Na slici 2.2 je prikazana geometrija kamere MAGIC I teleskopa.

Slika 2.2: Kamera teleskopa MAGIC I; zelenom bojom označeni su unutarnji pikseli,

crvenom vanjski, a plavom eksperimentalni

6

Koriste se PMT cijevi različitih dimenzija kao kompromis izmeñu cijene i performansi

teleskopa. Pikseli malih dimenzija u centru kamere su bitni za analizu pljuskova niske

energije, što je glavni cilj MAGIC teleskopa. Upotreba manjih piksela za cijelu kameru kao

što je to slučaj za teleskop MAGIC II bi značajno povećala performanse, masu, ali i cijenu

samog teleskopa što je bio odlučujući faktor. Više PMT zahtijeva više regulacijske

elektronike, kabela, i svih drugih ureñaja za obradu signala. S druge strane, vanjski pikseli

snimaju Čerenkovljve fotone sa repa pljuska, gdje je efekt statističke fluktuacije u razvoju

pljuska velik. Optička prikaz slike na vanjskim pikselima je uglavnom loše kvalitete.

2.2.2 MAGIC II

Kamera MAGIC II sastoji se od 1183 piksela od kojih su 1039 trenutno u upotrebi, a

dodano je i 42 nova piksela (HPDs) koji su trenutno u fazi testiranja. Pikseli su grupirani u

heksagonalnu strukturu od 7 pikela formirajući tako jedan klaster, koji se može jednostavno

skinuti i zamijeniti. Pikseli su takoñer napravljeni od PMT cijevi. Kamera ukupno ima 169

klastera od kojih 92 centralnih klastera čini okidačko (tigger) područje, pokrivajući tako 2.5°

FoV-a.

Kamera je postavljena u fokus reflektora udaljena od njega 17 metara. Sve mehaničke

i elektroničke komponente na kameri moraju biti minimalne mase pa je većina napravljena od

aluminija tako da je ukupna masa kamere 600kg. Elektronika kamere napajana je sa dva

izvora od 5V smještenih izvan kućišta kamere.

Centralni dio tijela kamere sastoji se od dva hladnjaka (cooling plate), odnosno dvije

ploče u kojima se nalazi rashladna tekućina radi stabilizacije temperature elektronike.

Rashladni sistem je dizajniran da radi na temperaturi od -10 do +30°C i njegova maksimalna

potrošnja električne energije je 8 kW dok elektronika kamere troši manje od 1 kW.

U samim kutovima kamere nalaze se 6 klastera koji ne sadrže niti jednu PMT kameru,

već su predviñeni za testiranje novih tipova fotodetektora. Trenutno su dodana nova 42

hibridna fotodetektora u kameru i upravo se testiranju. Svi ostali elektronički senzori i

kontrole smješteni su u kućištima s druge strane hladnjaka (cooling plate). Geometrija kamere

teleskopa MAGIC II prikazana je slikom 2.3.

7

Slika 2.3: Kamera teleskopa MAGIC 2; narančastom bojom su prikazani PMT pikseli koji su

trenutno u upotrebi, tamnija narančasta predstavlja središnji piksel svakog klastera koji sa

svojih susjednih 6 piksela formira klaster, zelenom bojom su predstavljeni novi tipovi

hibridnih fotomultiplikatora koji su u testnoj fazi, veliki šesterokuti (preklapajuće

makročelije) predstavljaju okidačke (trigger) zone.

Sve fotomultiplikatorske cijevi (PMT) kamere su istog promjera 25.4 mm za razliku

od kamere teleskopa MAGIC I koji koristi kombinaciju malih i velikih cijevi. PMT cijevi se

sastoje od poluloptaste fotokatode i 6 dinoda prije anode. Svaka cijevi sastoji se od

elektroničke opreme (HV) koja služi za napajanje i pojačavanje signala PMT-a. Napon na

katodi i dinodama generiran je Cockroft-Walton DC-DC konverterom koji može generirati

napon veći od 1250 V.

Signal iz pojedine PMT cijevi je pojačan za približno 25 dB AC predpojačalom (na

slici 2.4 označen s AMP) pojasne širine 700 MHz. Predpojačalo služi i za zaštitu od

potencijalno destruktivnog napona iz PMT cijevi.

8

Slika 2.4: U gornjem dijelu slike nalazi se PMT cijev s pripadnom elektronikom, dolje je

prikazao 7 PMT cijevi koje formiraju jedan klaster, sva elektronika za pretvaranje analognog

signala u optički je smještena u aluminijskom kućištu koje se stavlja u posebno predviñen utor

u cooling plate

Prethodno pojačan PMT signal se pretvara u optički signal pomoću VCSEL-a koji se

prenosi kroz optički kabel duljine 162 metra do kontrolne sobe, gdje se optički signal ponovo

pretvara u električni. Analogno optička pretvorba vrši se elektronikom smještenoj u samom

kućištu pojedinog klastera (slika 2.5 donji dio), koje je spojena s hladnjacima da bi se

minimizirala promjena temperature. VCSEL se u dovodi u stabilnu radnu točku pri struji od 3

mA. Štoviše, testni puls podesiv izmeñu 0 i 1.6 V može biti ubačen kompjuterskom

kontrolom preko koaksijalnog kabela na ulaz predpojačala, omogućujući tako funkcionalno i

linearno testiranje svakog elektroničkog kanala. Vrijednosti struja, napona i temperatura

svake pojedine PMT cijevi jednako kao i sustava za pretvorbu električnog u optički signal se

konstantno zapisuju tijekom opažanja što je vrlo važno da bi se znalo da li kamera radi

ispravno.

SCCP (Slow control of the camera) elektronički sklopovi instaliranim na svakom

klasteru kontroliraju stanje kamere mjereći različite parametre kao što su HV (viski napon)

pojedinog piksela, struja i temperatura PMT-a, napajanje i temperatura VCSEL. SCCP

takoñer upravlja poklopcima kamere (lids) radi zaštite kamere od prejakog svjetla, kiše, ili

jakog vjetra. Svaki SCCP sadrži flash programbilni procesor s digitalno-analognim

pretvaračima (DAC) u području od 0.1-1,25V te analogno-digitalne pretvarače (ADC) u

području od 0-2.5 V s 12-bitnom rezolucijom. Softver za analizu podataka iz SCCP-a

napravljena je za teleskop MAGIC I, dok za MAGIC II to još nije napravljeno. Upravo se

time bavi ovaj rad.

9

2.3 Okidači (Trigger)

Okidači donose odluku hoće li odreñeni dogañaj biti prihvaćen i kasnije analiziran.

Služe za eliminaciju lažnih svjetlosnih signala kao što su pozadinski sjaj noćnog neba ili razni

izvori koji dolaze sa zemlje. Nalaze se u elektroničkoj sobi i dio su DAQ sistema. Postoje tri

razine triggera u svakom MAGIC teleskopu. Prvi razina ( L1T) je diskriminator koji signal iz

pojedinog piksela šalje u dalju obradu ako je signal iznad praga diskriminatora. Druga razina

(L2T) je složenija, provjerava je su li signali koji su prošli prvu tigger razinu iz 2, 3 ili 4

susjedna pixela, ovisno o tome koja se tiggerska logika koristi za pojedino mjerenje Treća

triggerska razina (L3T) ili stereo tigger prihvaća dogañaja iz oba teleskopa samo ako su

unutar vremenskog prozora od 100 nanosekundi. kako bi se osiguralo da su teleskopi, a koji

su meñusobno udaljeni 75 metara zaista zabilježili isti Čerenkovljev bljesak tj. istu gama

zraku. Na slici 2.5 su prikazani pikseli koji definiraju trigger područje za kameru M1 i za

kameru M2.

Slika 2.5: Područje triggera za pojedini teleskop; sa lijeve strane vidimo trigger područje za

teleskop MAGIC I koji upotrebljava 325 piksela od 397manjih centralnih piksela, desna slika

prikazuje kameru teleskopa MAGIC II koji upotrebljava 557 piksela za trigger područje od

centralnih 720 piksela, čime je povećano područje triggera za oko 72% za M2

10

2.4 DAQ sistem

Data Acquisition System (DAQ) zapisuje podatke ako su zadovoljeni uvjeti sve tri

tiggerske razine. U elektroničkoj sobi signal dolazi do prijemne ploče (reciver board) gdje se

dijeli u dvije grane. U jednoj grani prolazi kroz triggerske razine, a u drugoj grani signal

prolazi kroz pojačalo i vremensku jedinicu za kašnjenje dok ne stigne digitalan signal iz

trigger sustava koji definira hoće li se signal prihvatiti ili odbaciti. Prihvaćeni signal se zatim

digitalizira pomoću FADC (Fast Analog to Digital Converter) i zapisuje u memoriju računa

za daljnju obradu i analizu.

.

Slika 2.6 DAQ-sistem

11

3 MARS SOFTVER

3.1 ROOT programski paket

ROOT je besplatan, objektno-orijentiran program za analizu podataka temeljen na

C++ programskom jeziku, razvijen u okviru NA49 eksperimenta u CERN-u i usmjeren na

rješavanje izazova analize podataka visoko-energijske fizike. Projekt su vodili i oživili René

Brun i Fons Rademakers. CERN-ovi fizičari razvili su ga za svoje potrebe, zbog čega je

specifičan, primjeren, i koristan, a tijekom vremena je postao i vrlo profinjen i snažan.

Razvija se u stalnoj komunikaciji izmeñu korisnika i razvojnog tima s tim da granica meñu

njima nije uvijek jasno vidljiva, jer s vremena na vrijeme korisnici postaju surazvijatelji.

Osnovu ROOT arhitekture čini slojevita hijerarhija klasa, njih trenutno oko 1200 svrstanih u

60 okvira (biblioteka) i podijeljenih u 19 osnovnih kategorija tzv. modula.

ROOT osigurava strukturu podataka koja je iznimno moćna za brz pristup velikim

količinama podataka. Podatke i/ili C++ objekte sprema komprimiranim binarnim oblikom u

ROOT datoteku. Takoñer sprema i poseban opis formata objekta, omogućujući na taj način

automatsko generiranje koda C++ klasa koje odgovaraju svim objektima spremljenim u

datoteci. Strukturu ROOT datoteke možemo usporediti sa sustavom direktorija operacijskih

sustava, čime je na jednostavan način omogućen brz pristup velikim količinama podataka.

ROOT datoteka može sadržavati i „rječnik“ svih klasa upotrebljenih za stvaranje objekata koji

su spremljeni u datoteci. Na slici 3.1. prikazana je arhitektura ROOT rječnika. Rječnikom se

osigurava opis svih atributa klasa i stabla nasljeñivanja, kako bi se omogućilo generiranje

odgovarajućeg C++ koda i ponovnog čitanja objekata iz datoteke.

ROOT datotekama se može pristupiti s osobnih računala, preko weba i datoteka

isporučenih sustavom. Svi podaci su lančano povezani, ali pristupa im se kao jedinstvenom

objektu, dozvoljavajući petlje preko ogromne količine podataka. Snažni matematički i

statistički alati osiguravaju rad s podatcima, a C++ aplikacija i paralelna obrada omogućavaju

različite vrste manipulacije s njima. Podaci mogu biti generirani bilo kojom statističkom

distribucijom, ostvarujući time simulacije još složenijih sustava. Za manipuliranje

matematičkim i statističkim operacijama dovoljno je znanje C ili C++ funkcija. ROOT još

dodatno pruža i niz drugih funkcija dobro uklopljenih u okvir koje omogućuju sve moguće

operacije s nekoliko jednostavnih naredbi. Osigurane su sve osnovne matematičke funkcije i

algoritmi zajedno s još nekoliko naprednih funkcija. Takoñer su definirani i geometrijski

12

koncepti kao točke i vektori, i fizički entiteti kao 4-vektori, s podrškom za sva njihova

transformacijska svojstva. Da bi se olakšalo kodiranje fizičkih simulacija definirane su

koordinate transformacija u 2D, 3D i 4D sustave. Konačno, operacije linearne algebre tj.

vektora i matrica, podržane su od strane svih geometrijskih ili fizikalnih veličina. Meñu

naprednim značajkama, može se pohvaliti s naprednim funkcijama kao što su: eliptički

integrali, hipergeometrijke funkcije, Besselove funkcije, Neumann-ove funkcije, funkcije

gustoće vjerojatnosti, kumulativnim funkcijama distribucija, algoritmima za numeričke

integracije i diferencijale za pronalaženje minimuma multi-dimenzionalnog prostora,

algoritme za interpolaciju točaka ili približavanja točaka funkciji.

Slika 3.1: Arhitektura ROOT rječnika

Jedna od ključnih točaka u statističkoj analizi podataka je mogućnost simuliranja

sustava kako bi testirali svoj model. Osnovni sastojak bilo koje statističke simulacije je

raspoloživost slučajnih generatora, koji su u biti metode dobivanja slučajnih brojeva za

13

zadanu distribuciju. Polazna točka svih slučajnih distribucija je običan generator čiji su izlaz

decimalni brojevi izmeñu 0 i 1. Uz linearno kongruentni pseudo-slučajni generator standardne

C biblioteke, ROOT pruža i tri vrlo kvalitetna algoritma: RANLUX, L'Ecuyer, i MT19937

(postavljen kao početni generator jer ujedinjuje dobro kako brzinu tako i kvalitetu). Jednom

dobiveni podaci, bili stvarni ili simulirani dogañaji, mogu se pregledavati ROOT

preglednikom, koji omogućava brz prikaz njihovih veličina. Najproduktivniji način rada je

pisanje makronaredbi, nakon čega slijedi testiranje svake naredbe, korak po korak sa CINT-

prevoditeljem i pretvaranje u sastavljenu biblioteku ili samostalnu aplikaciju, čime se postiže

maksimalna brzina. Najčešće se rezultati analize podataka najbolje prikazuju histogamima.

ROOT nam pruža bogat skup funkcija za stvaranje histograma, njihovu manipulaciju i crtanje,

kao i pohranu visko-kvalitetnog nacrta u više različitih formata. ROOT-ove klase za grafiku

omogućuju i aplikacije koje se mogu koristiti u izgradnji grafičkog korisničkog sučelja. Za

svaki grafički prikaz objekta s ROOT-om, korisnik može promijeniti postavke i putem

grafičkog urednika, koji takoñer dopušta spremanje rezultata u obliku ROOT makronaredbe.

Kod obrade podataka s više računala i s podacima koji su statistički neovisni, kao što

je slučaj sa ponovljenim mjerenjima ili slučajnim anketama, vrlo važnija je brzina obrade.

ROOT zato jednostavno podijeli podatke izmeñu svojih N strojeva od kojih svaki obradi svoj

uzorak. Ako je vrijeme koje je potrebno za podjelu podataka i spajanje svih dijelova u krajnji

rezultat neznatan, dobiveni rezultat vremenski je približno N puta kraći nego bi bio ostvaren s

jednim kompjuterom. ROOT dakle, pruža način obrade koji automatski podjeli zadatke

izmeñu čvorova, a zatim ih prikupi i spoji u konačan rezultat. Takav oblik obrade zahtjeva

posebnu konfiguraciju grupa računala, ali i specifičan pristup za korisničke aplikacije.

Meñutim, sve ostalo se odvija na korisniku prepoznatljiv način, kako bi mu se omogućilo da

do rezultata doñe mnogo brže, bez potrebe za eksplicitnim upravljanjem posla oko

balansiranja i razdiobe podataka meñu čvorovima.

„Master“ je ključna točka postrojenja, ona parsira korisnikove zahtjeve, distribuira

zadatke „radnicima“, skuplja i spaja rezultate. Glavni centar može biti višeslojan, što

dozvoljava ujedinjavanje zemljopisno odvojenih klastera optimizacijom pristupa pomoćnih

sredstava kao što su velika skladišta.

ROOT je besplatan i može ga se preuzeti s CERN-ove stranice. Osim programa

internet stranica ROOT-a sadrži i svu potrebnu dokumentaciju. Na slici 3.2. prikazana je

dokumentacija za rad sa ulazno/izlaznim objektima.

14

Slika 3.2: Prikaz ROOT dokumentacije

Glavna struktura podataka dostupna ROOT-om je „stablo“ (engl. tree), koja označava

razgranatu strukturu podataka u kojoj „grane“ (engl. branches) predstavljaju objekte različitih

klasa, uključujući i drugo „stablo“. Običan objekt kao varijabla je uvijek krajnji dio niza

grana, i u ROOT-u se zove „list“ (engl. leaf). Na slici 3.3. prikazana je organizacija klase

ROOT Tree. ROOT stabla se mogu prostirati preko većeg broja ROOT datoteka, što je

korisno u slučajevima s mnogo podataka kojima se želi smanjiti čitanje, pisanje ili prijenos

grešaka.

15

Slika 3.3: Prikaz organizacije podataka u klasi ROOT tree

ROOT stabla možemo kreirati sa samo par linija koda. Kreiramo ga pridružujući mu

ime i naslov. Stablu zatim dodjeljujemo grane s imenom i vrstom podataka koje želimo

pohraniti. U sljedećem koraku u petlji preko svih dogañaja, metodom Fill unosimo vrijednosti

varijabla. Jednom kad smo kreirali stablo i pridružili mu podatke možemo lako s njim

manipulirati.

ROOT nam daje i mogućnost grafičkog preglednika stabla, s lijeve strane nalazi se

popis direktorija, a s desne strane popis datoteka i direktorija koje sadrži trenutno izabrani

direktori ili poddirektorij. Mapa ROOT objekta sadrži stabla sa granama i/ili drugim stablima.

Ovaj grafički preglednik omogućuje još niz drugih naredbi jednostavni klikom na tipku miša.

Na slici 3.4. prikazan je ROOT Browser-prikaz stabla kojeg je proizveo MARS softver iz

sirovih podataka snimljenih MAGIC teleskopima.

16

Slika 3.4: Izgled ROOT stabla sa 11 grana i opcijama preglednika.

Sva stabla podijeljena po ROOT datotekama mogu se ujediniti pod entitetom nazvanim

„lanac“ (eng. chain). ROOT lanac se nasljeñuje iz ROOT stabla, što znači da će se ponašati na

jednaki način tj. nakon kreiranja lanca, kretanje je istovjetno kretanju po samo jednom stablu.

Zapravo, ROOT lanci mogu još mnogo više. Moguće je dohvatiti datoteke lokalnog diska s

udaljenog poslužitelja (jer su ROOT datoteke neovisne o ureñaju) ili s interneta, a zatim ih

spojiti u jedan lanac i na kraju upravljati s novostvorenim entitetom kao s običnim ROOT

stablom.

17

3.2 Osnovna struktura MARS-a

3.2.1 Uvod u MARS

Robusan i svestran MAGIC Analysis and Reconstruction Softvare (MARS) je razvijen

za uporabu na MAGIC teleskopima. Primarna funkcija mu je transformacija sirovih podataka

(raw data), koje je prikupio teleskop tijekom opažanja, u podatke s rekonstruiranim fizikalnim

parametrima za promatrani izvor zračenja. MARS se upotrebljava za:

• online analizu,

• standardnu analizu,

• dubinsku analizu podataka iz kozmičkih izvora kao što su ostaci supernove, blazari i

ostali izvori gama zraka.

Osim toga MARS je snažan alat za nadgledanje kvalitete podataka. Softver je temeljen na

ROOT kolekciji C++ klasa voñen centralnom petljom koja upravlja izvoñenjem programa u

realnom vremenu. Sastoji se od osnovnog paketa za analizu eksperimenata temeljenih na

dogañajima, dodataka kao što su algoritmi za pozadinsko odbacivanje i alata specijalno

razvijenih za snimanje neba Čerenkovljvim teleskopom kao što su napredni algoritmi za

čišćenje slike

MAGIC Čerenkovljev teleskop na otoku La Palma dizajniran je da pretražuje nebo za

izvorima gama zračenja iznad 30 GeV. Primarni zadatak MARS softvera za analizu je dakle

osigurati robusnu i fleksibilnu platformu koja će obrañivati podatke iz različitih galaktičkih

izvora. Fleksibilnost s točke gledišta razvojnog tima znači da softver mora biti strukturiran

tako da se poboljšanja i dodaci mogu brzo i jednostavno integrirati u njega, dok s korisničkog

gledišta softver mora biti fleksibilan i mora imati implementiran velik broj alata za

upravljanje sa širokim rasponom zahtjeva za analizu. Stoga je ROOT paket izabran kao

platforma za dizajn MARS-a jer implementira velik broj osnovnih dodataka i širok raspon

alata. MARS je kolekcija koja se sastoji od definicija za osnovno sučelje, predefiniranih

algoritama i strukture podataka. Softver je podržan od kernela koji se brine za implementaciju

podatkovnih algoritama zasnovanih na dogañajima, i specijalne tehnike za analizu dijelova

IACT aplikacija. Sučelje za geometriju teleskopa omogućava uporabu MARS-a sa svim

postojećim IACT. Zahvaljujući ROOT-ovom C++ interpreteru, specifični korisnički

definirani procesi analize mogu biti implementirani bez potrebe za ponovnim kompajliranjem

MARS-a. Osim ove otvorene strategije MARS sadrži standardni program za analizu podataka

teleskopa MAGIC. Njegov glavni cilj dizajna je biti neovisan o mjerenom izvoru.

18

3.2.2 Jezgra MARS-a

Jezgra (kernel) MARS programa je dogañajna petlja koja izvršava zadatke (task) odreñenim

redoslijedom za svaki dogañaj u ulaznoj datoteci. Osim liste zadataka, petlja je povezana i s

listom parametara koja sadrži pokazivače na parametarske kontejnere, držeći podatke

potrebne za zadatke i za kontenjere gdje zadaci spremaju rezultate svojih izračuna. Na slici

3.5 je prikazana struktura MARS programa.

Slika 3.5: Tipična struktura MARS programa (u ovom slučaju, Star): ureñena lista zadataka

se izvršava sekvencijalno za svaki dogañaj; zadaci izmjenjuju informacije kroz listu

parametara, čitajući iz nje potrebne ulazne podatke i pohranjujući rezultate svojih izračuna

direktno u nju.

Jezgrin ulazno-izlazni niz je strukturiran za strogo razdvajanje podataka u definirane

(parametarske) kontejnere odgovarajućim algoritmima i zadanim parametrima (task).

Parametarski kontejneri su sakupljeni u listu nazvanu parametarska lista, koja je dostupna

svim klasama za operacije nad podacima i kao takva služi kao rječnik za sve algoritme koji

pristupaju podacima. Unutar MARS-a, dogañaji se sastoje od svih podataka osiguranih od

jednog ili više eksperimenta i odgovarajuće vremenske oznake.

Sekvenca zadataka definirana u jedan objekt (tasklist) se primjenjuje na svaki dogañaj

u dogañajnoj petlji (eventloop). Prije nego što dogañajna petlja zapravo startala, preduvjet je

19

da se svi zadaci povezani s njom prije provjere. Jedan primjer je provjera dostupnosti

potrebnih parametarskih kontejnera koji su napravljeni pozivom posebnog sučelja za svaki

zadatak (virtualne metode). To omogućava zadacima (tasks) da kreiraju svoje vlastite izlazne

kontenjere. Svaki zadatak koji se izvršava u dogañajnoj petlji može odlučiti treba li preskočiti

dogañaj u slučaju potrebe ili zaustaviti dogañajnu petlju. Nakon što se dogañajna petlja izvrši

za pojedini zadatak, prelazi se na sljedeći zadatak pozivom odgovarajuće virtualne metode i

tako redom. Dok prvi zadatak u listi zadataka obično stvara dogañaj (npr. čitanje dogañaja iz

memorije ili datoteke) zadatak na kraju liste upisuje podatke u izlazni niz, odnosno datoteku,

u našem slučaju u ROOT stablo.

Izvoñenje svakog zadataka može biti napravljeno ovisno o povratnoj vrijednosti filtra.

Svi filtri imaju pristup listi parametara (parameter list) te mogu implementirati kompleksni

algoritam kao što je algoritam za redukciju pozadinskog zračenja. Osnovna klasa definira

standardno sučelje za sve filtre. Zadaci tako mogu biti upotrebljavani u kombinaciji s filtrima

za obradu kompleksnijih dogañaja u analizi. Najjednostavniji primjer zadatka u kombinaciji s

filtrom bi bio npr. pročitaj sve vrijednosti kontenjera koji nisu nula.

3.2.3 Dodatne mogućnosti

U osnovnoj strukturi MARS-a, mnogo korisnih osnovnih mogućnosti su već

implementirani, kao što su zadatak za prikaz parametarskih kontenjera, preskakanje dogañaja

(korisno u kombinaciji s filtrom), pisanje parametarskih konternjera (koji sadrže izračunate

rezultate, eksperimentalne ili privremene podatke, korisne informacije) u ROOT datoteku, i

čitanje datoteke s automatskim prepoznavanjem strukture datoteke. Takoñer je dostupno i

sučelje za histograme u parametarskom kontejneru, koje omogućava punjenje svih

histograma. Za prikaz rezultata i za online provjeru dok se program još izvršava, nekoliko

poboljšanja u ROOT-ovom korisničkom grafičkom sučelju (GUI) su dostupni, kao što su

popup izbornik i online prikaz (prikazuje punjenje strukture podataka, kao što su npr.

histogrami, u realnom vremenu).

Za jednostavan pristup podatkovnim članovima, vanjske varijable iz nekog već

kompajliranog koda, koriste tzv. pravila koja su već implementirana. Ta pravila su zasnovana

na ROOT-ovom imeniku nudeći pristup podatkovnim članovima klase preko njihova imena.

Meñutim varijable mogu biti podešene i kao string što se može upotrijebiti za jednostavno

testiranje ponašanja varijabli u algoritmu npr. ("sqrt(ContainerName.fValue*3)").

20

Slično tome, možemo koristiti jednostavan filtar za filtriranje odreñenih vrijednosti

("sqrt(ContainerName.fValue*3)<10").

Upotrebljavajući ROOT-ov parser i sučelje za podešavanje datoteka, sadržaj

podešavajuće datoteke je distribuiran prema svim zadacima u dogañajnoj petlji prije nego je

ona sama izvršena. Za otklanjanje pogreški i evidenciju (logging) implementiran je

evidencijski tok baziran na C++ klasi. Sistem za evidenciju ima nekoliko razina otklanjanja

pogreški (debugging), koje korisnik može ovisno o svojim potrebama prebacivati, a to su all,

informal, warning i error. Takoñer tokovi mogu u istom trenutku biti preusmjereni na

standardni izlaz, u standardnu grešku, u datoteku i u grafičko sučelje.

3.2.4 Opće metode za analizu

Brojne metode za analizu podataka su implementirane u MARS-u, zasnovane na

osnovnoj strukturi. Jedna od najinteresantnijih metoda bi mogla biti metoda za otklanjanje

pozadinskog zračenja. Za analizu podataka iz IACT teleskopa potreban je velik broj

specifičnih algoritama. Kontejneri za pohranu podataka su implementirani korištenjem

osnovnih klasa. U kombinaciji sa zadacima (tasks) koji se bave Monte Carlo podacima

(računanje rubova, upotrebljiva područja itd.) implementirana je analiza slike, koja započinje

stvaranjem slike iz FADC podataka, koje je upisao sustav za prikupljanje podataka. Zatim se

odbacuju slijepi pikseli (pokvareni pikseli ili pikseli koji su bili previše osvijetljeni), te se

nakon toga primjenjuje algoritam za pročišćavanje slike, te se tako dobivena slika

parametrizira pomoću Hillasovih parametara. Za prikaz slike kamere, odnosno dogañaja,

dostupan je prikaz koji nije vezan za fiksnu geometriju kamere. Takoñer je dostupnu grafičko

sučelje za prikaz sirovih podataka te slike za provjeru podataka o kojima će biti riječ kasnije.

Nakon redukcije pozadinskog zračenja brojni gama i pozadinski dogañaji se obrañuju, te

usporeñujući s Monte Carlo podacima tok i svjetlosna krivulja mogu biti utvrñeni.

3.2.5 Analiza podataka

Puštanjem u rad novog MAGIC II teleskopa, smještenog u blizini MAGIC I,

programski paket MARS za analizu i rekonstrukciju je nadograñen da može obavljati

stereoskopsku rekonstrukciju detektiranih atmosferskih pljuskova.

21

MARS se razvija već čitavo desetljeće unutar MAGIC kolaboracije i trenutno je

službeni MAGIC-ov paket za analizu. Zahvaljujući stereoskopskoj analizi moći će se

značajno unaprijediti svojstva mjernih instrumenata, a takoñer će na raspolaganju biti više

podataka o smjeru iz kojeg je došla upadna gama zraka.

Sistem za analizu podataka, implementiran u MARS-u, podijeljen je u nekoliko

koraka, od kojih se svaki izvodi nezavisnim programom, te uzimaju za ulazne vrijednosti

izlazne vrijednosti od prethodnog koraka. Početna ulazna vrijednost u MARS-u su sirovi

podaci, koji se sastoje od binarnih datoteka. Tu se nalaze sve raspoložive informacije o

pikselima (digitalizirana signalna amplituda ovisna o vremenu) za svaki dogañaj na koji je

sistem reagirao. Takoñer su u ovim datotekama sadržani i drugi standardni izvještaji s

različitih podsistema teleskopa kao što su izvještaji iz meteorološke stanice, temperaturni

izvještaji za različite dijelove teleskopa, izvještaji pogonskog sustava teleskopa i dr. Kroz

korake analize podaci su organizirani u ROOT stabla, sadržavajući skup parametarskih

kontejnera za svaki dogañaj.

Tokom noći teleskopi sakupe nekoliko terabajta neobrañenih podatka iz različitih

podsistema teleskopa. Podaci se prvo spajaju programom nazvanim merpp, koji čita sirove

podatke iz različitih izvora (npr. pedestals, calibrations, and showers) dogañaj po dogañaj i

sprema u ROOT kontejnere. Time se podaci sažmu i prikazuju fizikalnim parametrima. Nad

tima podacima se tada može vršiti daljnja analiza, čiji je tok prikazan grafom na slici 3.6.

Kvaliteta i vjerodostojnost podataka koje je teleskop snimio tijekom noći uvelike ovisi o

funkcioniranju teleskopa, a stoga i o performansama njegovih podsistema. Program

MAGICDC (MAGIC Data Check) je upravo taj koji se bavi kvalitetom podataka. Slika 3.6

osim analize raw datoteka prikazuje njegove korake (plava iscrtana linija). MAGICDC je

tema ovog rada, te će o njemu biti više u sljedećem poglavlju

22

Slika 3.6: Prikaz koraka analize datoteka sa sirovim podacima.

Kalibracija

merp

CCDataCheck.C merp

melibea

fluxlc

osteria

melibea

callisto

Raw data

*_D_*.raw

«merpped» raw

data

*_D_*.root

system data

*_D_*.rep

Callibrated data

*_Y_*.root

*_Q_*.root

«star» filles

*_I_*.root

Status_*.root

MC data

star

.ps file

CC.M*.ps

Spajanje sirovih i sistemskih datoteka

Čišćenje slike i računanje Hillas parametara

Računanje energije, hardronessa....

Gama/hardron odvajanje korištenjem RF

Računanje spektruma, svjetlosne krivulje...

23

Prvi od programa u toku analize nazvan je callisto i njegova glavna svrha je

kalibriranje sirovih podataka. Koristi nekoliko dostupnih algoritama za vañenje signala

pojedinog piksela. Konkretno kalibrira intenzitet Čerenkovljevog pulsa i nadolazećeg

vremena, proizvodeći tako calib izlaznu datoteku. Ovaj dio analize zahtijeva najviše

procesorskog vremena, stoga se calib datoteke pohranjuju prije sljedećeg koraka u analizi.

Nakon kalibracije i merpp-a sljedeći korak u analizi je parametrizacija svake slike

atmosferskog pljuska na mali set parametara koji opisuju orijentaciju, oblik i vremenska

svojstva. Tu se nalaze tzv. Hillas parametri. Prije računanja distribucije svjetlosti na kameri

potrebno je očistiti piksele koji vjerojatno ne sadrže svjetlost iz atmosferskog pljuska i čiji su

signali samo rezultat fluktuacije sjaja noćnog neba. Ovo u MARS-u obavlja program star.

Primjer čišćenja vidljiv je na slici 3.7 za različite tipove atmosferskih pljuskova.

Slika 3.7: Prikaz atmosferskih pljuskova u kameri MAGIC I. S lijeva nadesno: gama

kandidat, hardronski pljusak i mion. Prvi red: slika prije čišćenja. Drugi red: vremena

dolaska fotona na kameru. Treći red: očišćena slika

U programu star dolazno vrijeme svjetlosti na svaki piksel je uzeto zajedno sa

signalnom amplitudom u procesu čišćenja i računanja nekih parametara slike. Odluka u

prihvaćanju odreñenog piksela kao dijela slike se oslanja na jačini signala i njegovom

24

podudarnosti sa susjednom pikselima. Algoritam za čišćenje slike sastoji se od dvije petlje

koje se vrte preko svih piksela. Prvom petljom identificiramo sve one piksele čija je

vrijednost signala veća od postavljene minimalne vrijednosti signala. Dobiveni pikseli

zajedno sa svojim susjednim pikselima, uzimaju se u daljnju analizu, te se označavaju kao

jezgreni pikseli (core pixels). Drugi korak se vrši nad svim onim rubnim pikselima, odnosno

pikselima koji su susjedi jezgrenim pikselima tako da im se vrijednost signala usporeñuje sa

nekom prethodno definiranom vrijednosti koja je manje od minimalne vrijednosti signala. U

procesu čišćenja koriste se relativni i apsolutni način za odreñivanje razine signala piksela.

Relativne razine se definiraju u jedinicama fluktuacije noćnog neba (tzv. pedestal), dok se za

apsolutne razine koristi broj fotoelektrona. Takoñer se za čišćenje mogu koristiti podaci o

vremenu dolaska fotona na kameru. Primjer očišćene slike vidljiv je na slici 3.7 donji red.

Tijekom ove faza analize identificirane su slike prstenastog oblika od izoliranih miona

(slika 3.7 desno), te se analizira njihova svjetlost i širina da bi se dobila svjetlosna efikasnost

teleskopa i reflektivnih zrcala. Te su informacije potrebne za podešavanje Monte Carlo

simulacija upotrebljavanih u daljnjoj analizi.

Sljedeći korak u stereoskopskoj analizi se provodi nad podacima oba teleskopa

istodobno. Program je nazvan superstar. Istodobno se analiziraju star datoteke od oba

teleskopa koje sadrže različite poglede na isti pljusak (zbog različite pozicije teleskopa). Traže

se dva dogañaja koja su se dogodili u istom trenutku i onda se računa položaj atmosferskog

pljuska, odnosno smjer iz kojeg je upala moguća gama zraka na osnovu položaja slike u

kameri i smjeru u kojem je teleskop bio okrenut. Superstar takoñer računa i energiju pljuska

koristeći jednostavne Monte Carlo generirane tablice.

Standardna procedura u MARS-u za uklanjanje neželjenih pozadinskih pljuskova

proizvedenih od nabijenih kozmičkih zraka koristi multivarijatnu klasifikacijsku metodu

poznatu kao Random Forest (RF). Za svaki dogañaj algoritam uzima set parametara slike i

proizvodi jedan jedini parametar kao izlaz, nazvan hadronness koji je u rangu od 0 do 1.

Niska vrijednost hadronness-a indicira da je dogañaj dobar gama kandidat. Samo dogañaji sa

hadronness-om ispod odreñene vrijednosti će se koristiti u daljnjoj analizi.

MARS-ov program nazvan osteria koristi se za proučavanje RF faze. Osteria uzima

kao ulaz set star datoteka, dio iz Monte Carlo-vih gama zraka, a drugi dio iz stvarnih MAGIC-

ovih podataka, te računa razliku meñu njima. RF može za ulazne parametre uzeti parametre

oba globalna pljuska iz stereo rekonstrukcije (npr. max. visina pljuska ili procijenjena

energija) i parametre slike od svakog teleskopa (npr. Hillas parametri). Važno je napomenuti

da RF metode se mogu upotrebljavati ne samo za razvrstavljanje dogañaja u različite

25

populacije već i za procjenu vrijednosti nepoznatih veličina, kao što je energija primarnih

gama zraka koje su u korelaciji s RF ulaznim parametrima. To je zapravo standardna metoda

za procjenu energije koja se upotrebljava u MARS-ovoj analizi za opažanje jednim

teleskopom.

Osteria kao izlaznu vrijednost ostavlja set matrica, koje u sljedećem koraku obrañuje

program nazvan melibea. Melibea ima zadatak da primjeni optimizirane algoritme od osterie

nad podacima koji su nam interesantni. Kao ulaz može primiti izlaz iz osterie sadržući

parametre algoritma koji trebaju biti primijenjeni nad podacima (random forest i dolazni

smjer) i star datoteke (*_I_*.root) koje trebaju biti procesuirane. To mogu biti star datoteke od

stvarnih podataka koje sadrže mogući signal ili Monte Carlo test datoteke koje će se

upotrijebiti za računanje područja sakupljanja u sljedećem koraku analize (fluxlc).

Melibea provjerava u koje multivarijantno područje parametra pripada svaki dogañaj u skupu

podataka. Nakon toga odreñuje procijenjenu energiju (na osnovu broja prikupljenih fotona),

dolazni smjer i hadronness vrijednosti. Parametri se rangiraju izmeñu 0 (gama kandidat) i 1

(hardron kandidat) i koriste za odreñivanje područja signala.

Svi koraci analize do star-a se mogu relativno lako automatizirati. Meñutim pokretanje

osteria-e i melibea-e zahtijeva dodatan nivo kompleksnosti i ljudskih odluka. Npr. parametri

slike variraju s kutom promatranja. Čak i sa stabilnih hardverskim uvjetima postoje različiti

modovi promatranja i konfiguracije triggera. To zahtijeva potrebu za preciznim odabiranjem

gama i hardronskih uzoraka koji se nalaze u podacima, što u principu ne predstavlja veliki

problem. Glavni problem je u kvaliteti podataka. Uzimajući podatke koji su izmijenjeni

naoblakom ili nekim hardverskim problemom mogu u potpunosti promijeniti procjenu signala

iz promatranog izvora, a samim time i izračune osterie.

3.2.6 Ostale mogućnosti MARS-a

MARS se koristiti i za online analizu i za standardnu analizu. Postoji skripta u Marsu

koja svakodnevno u odreñeno vrijeme poziva redoslijedno ostale skripte koje automatizirano

izvršavaju operacije nad podacima da bi se vidjelo što je teleskop tijekom noći snimio i je li

bilo kakvih grešaka u radu. Jedna od tih skripta je CCDataChecking koja osim ostalih

obrañuje podatke iz „.rep“ datoteka centralne kontrole (central control) pozivajući merpp koji

do sada nije mogao pročitati ni obraditi „.rep“ datoteku iz teleskopa Magic II i potom makro

26

CCDataCheck.C koji nije prilagoñen za geometriju kamere teleskopa Magic II i mnoge druge

naprednije senzore koji su došli s novim teleskopom.

27

4 IZRADA SOFTVERA ZA MAGIC 2 TELESKOP

4.1 Struktura i funkcionalnost Daily Data Check softvera

Program nazvan MAGICDC (MAGIC Data Check) je program koji se starta svako

jutro u 9:00 nakon što je teleskop završio s radom. Provjerava sve podatke koje je teleskop

snimio tijekom noći od svih podsistema teleskopa, s ciljem da pronañe moguće probleme i

riješi ih što je brže moguće. Njegov zadnji korak je izvještaj o statusu svih podsistema radi

procjene kvalitete prikupljenih podataka koji se šalje e-mailom svim članovima kolaboracije.

Na slici 3.1 su prikazani dijelovi MAGICDC programa.

Slika 4.1: grafički prikaz MAGICDC i On-site analize

28

4.1.1 La Palma računalni sustavi

Računalni sustav teleskopa MAGIC sastoji se od klastera računala koji čine interna

mreža spojena na internet preko firewall-a (wwwint) i vanjsko računalo(www). Unutarnja

mreža sastoji se od računala za pojedine podsisteme i računala za on-site analizu. Sva

računala spremaju svoje podsistemske podatke lokalno, razmjenjujući ih kroz NFS pristup.

Podsistemska računala (PC1-PC7) dijeli isti operativni sustav Suse 7.2 i softverski su

„klonovi“, povezani na internet preko 10/100 Mb mreže. Računala koja se koriste za on-site

analizu (muxsana2,3,4,5) su takoñer softverski „klonovi“, ali drugog operativnog sustava,

Red Hat Enterprise Linux. Izvještaji centralne kontrole (CC) su pohranjeni na lokalni disk

računala PC15, DAQ statistički datoteke su pohranjene na muxdaq računalu, a sirovi (.raw) i

reducirani podaci su pohranjeni na RAID sistemu. Sva ova računala su meñusobno povezani

gigabitnom lokalnom mrežom. Data-check rezultati se publiciraju na internetu na MAGICDC

web stanici.

4.1.2 MAGICDC

Teleskopi se sastoje od nekoliko podsistema, koji obavljaju specifične zadatke.

Kvaliteta podataka ovisi o dobroj funkcionalnosti teleskopa, a stoga i o performansama

njegovih podsistema. MAGICDC je program koji je razvijen upravo za provjeru ponašanja

pojedinih podsistema i njihovu pouzdanost. Starta se automatski svako jutro nakon što je

teleskop završio s prikupljanjem podataka i izdvaja sve potrebne informacije o statusu

teleskopa. MAGICDC sačinjava set podprograma koji izvršavaju četiri glavna zadatka: prvi

provjerava „.rep“ datoteke, drugi se bavi DAQ statističkim datotekama, treći provjerava

izlazne kalibracijske datoteke, a zadnji ocjenjuje performansama teleskopa.

Data check program se pokreče na muxana računalu, a svoje rezultate i log datoteke

sprema na raid2. Programom upravlja linuxov cron daemon preko crotab datoteke. Postoje 2

različita zadatka crontab datoteka. Prvi je hal.csh koji se pokreće svakih 20 minuta od 9:00 do

20:00 s ciljem da pronañe dali ima koji nedovršen MAGICDC zadatak. Drugi je monolith.csh

koji se brine za on-site analizu provjeravajući dali je za prethodni dan sve uspješno obavljeno.

Skripta launcher je glavna skripta koja pokreće pojedine potprograme MAGICDC-a

za različite tipove podataka a to su:

• podaci centralne kontrole (cc) izvršava ih CCDataChecking skript

• DAQ podaci (cmux) izvršava ih CheckMUX skript

29

• kalibracijski podaci (cal) izvršava ih DAQDataChecking skript

• automatski data-check (prof) AutoDataChecking skrip

Skripta launcher može pozvati bilo koji od prethodno navedenih zadataka u različitom modu:

• auto: odnosi se na to da se proces automatski starta svaki dan u 9:00. proces aktivira

hal.csh

• manual: pokreće se data check za bilo koji datum

• webpage: prenosi pdf datoteku s rezultirajućim plotovima na web stranicu

• op: omogućuje korisniku da pokrene MAGICDC skripte u bilo koje vrijeme. To je

posebno korisno kod testiranja ponašanja sistema nakon hardverske nadogradnje

Primjer pozivanja launchera:

$PROGRAM_PATH/launcher daqcccalcmuxprof manual 2010_04_25

Ova naredba pokreće sve datacheck programe i program za analizu za 25 travnja 2010. Dok

se izvršavaju pojedini zadaci sve log datoteke proizvedene od MAGICDC programa se

zapisuju u direktorij nazvan logs/. Nakon što su svi zadaci gotovi launcher šalje notifikacijski

e-mail na sve adrese koje su definirane u samom launcheru, te prebacuju sve pdf datoteke na

MAGIC La palma web site. Sve informacije proizvedene od MAGICD programa su kasnije

pregledane od strane eksperata, kako bi mogli otkloniti eventualne probleme u radu pojedinih

podsistema prije sljedećeg opažanja MAGIC teleskopima. Slika 4.2 prikazuje primjer

launcher koda gdje se provjerava dali se želi startati provjera rada centralne kontrole (cc) i

kojeg teleskopa M1 ili M2 (tel) i za koji datum (day).

if(`echo $1 | grep cc | grep -v grep | wc -l` == 1) then

# Run the CC Data Checking script

echo "Running the CC DataChecking script for "$day

cd $bindir

set logccfile = CCDataChecking_${tel}_$day.out

# if($mode != 'webpage') then

./CCDataChecking $day >& $logsdir/$logccfile

# endif

if(`hostname -d` == "magic.iac.es") then

# Moving the log file to the datacheck directory

\cp -f $logsdir/$logccfile $ccdcdir/$month/$day/

\rm -f $logsdir/$logccfile

30

# Send the report e-mail CCDataChecking.out

echo "Sending the report e-mail CCDataChecking.out... "

if($mode == 'auto') then

set ccdatacheckers = $datacheckers

else

set ccdatacheckers = $datacheckers

endif

if($mode != 'webpage') then

endif

echo "Moving the portable document format (.pdf) file to the web

page..."

if (-e $ccdcdir/$month/$day) then

echo "trying to launch ssh DaQ@www 'mkdir -p $webpage/ccdata/$month;

chmod 755 $webpage/ccdata/$month'"

echo "The CCDataCheck plots has been moved to "$webpage/ccdata/$month

else

echo "No results found in " $ccdcdir/$month/$day

endif

endif

Slika 4.2:Dio launcherovog koda, provjerava dali su podaci centralne kontrole i pokreće

CCDataCheck.c makro

4.1.3 Izvršne datoteke MARS-a

Kao što je već prije bilo rečeno u poglavlju 3. MARS se sastoji od brojnih nezavisnih

podprograma odnosno izvršnih datoteka koje se koriste u različitim koracima analize. Da bi

analizirali MAGIC-ove podatke na standardan način upotrebljavaju se MARS-ove izvršne

datoteke u data-check koraku. Izvršne datoteke su prikazane zaobljenim pravokutnicima na

slici 4.1:

• MERPP: konvertira „raw“ i ASCII datoteke od MAGIC-ovih podsistema u ROOT

format. Izlazne datoteke imaju „.root“ ekstenziju koju nasljeñuju sljedeći programi

analize

• CALLISTO: kalibrira podatke. Kalibrirane datoteke mogu se prepoznati po „_Y_“

karakteru u njihovom imenu. Osim standardnih root datoteka može se direktno

kalibrirati i „raw“ datoteke.

• SHOWPLOT: grafički prikazuje podatke izlaznih obrañenih datoteka te omogućuje

konvertiranje grafičkih podataka u postscript format jednako dobro kao i u „pdf“,

„png“ i slično.

31

• STAR: računa Hillas parametre. Izlazne datoteke su prepoznatljive po „_I_“

karakteru.

4.2 Central Control data check (CC)

Provjera podataka centralne kontrole je zadatak koji mora biti napravljen prije bilo

kojeg drugog. Ovaj zadatak provjerava performanse svih podsistema teleskopa uključenih u

prikupljanje podataka i pruža zajedno s DAQ data-check prvu procjenu kvalitete podataka

prikupljenih preko noći. Slika 4.3 prikazuje pojedine podsisteme koji su uključeni u CC

izvještaje

Slika 4.3: shema MAGIC centralne kontrole

32

Svi podsustavi na MAGIC stranici se pokreću i upravljaju nezavisno o njihovim programima,

ali omogućuju pristup mnogim svojim funkcionalnostima i izvještajima svih korisnih

informacija kroz centrali kontrolni softver nazvan SuperArehucas. Ovaj softver kontrolira sve

podsisteme MAGIC I i MAGIC II teleskopa. Podaci svih podsistemskih izvještaja pohranjuju

se stopom od 1 kHz u dva različita tipa ASCII datoteke, oba sa ekstenzijom „.rep“. Jedan tip

datoteke sadržava podsistemske izvještaje za svako pokretanje i njegov naziv završava sa

datumom noći. Drugi tip ASCII datoteke počinje s nazivom «CC» i sadržava izvještaje

podsistema za cijelu noć.

Dio MAGICDC programa koji provjerava podsistemske izvještaje je skripta

CCDataChecking. Ova skripta spaja sve „.rep“ datoteke napravljene preko noći

(CC_<godina>_<mjesec>_<dan>.rep) u jednu «.rep» datoteku, izvrši nezavisni program

merpp nad novonastalom „.rep“ datotekom čime se dobije „.root“ datoteka

(CC_<godina>_<mjesec>_<dan>.root) i pozove root makro CCdataCheck.C koji pročita

generiranu „.root“ datoteku i prikazuje odgovarajuće plotove podsistemskih izvještaja.

Plotovi proizvedeni od CCdataCheck.C root makroa prikazuju informacije u dva

različita prikaza:

• varijabla ovisna o vremenu, za provjeru stabilnosti pojedine podsistemske varijable

tijekom noći

• varijabla ovisna o drugoj varijabli, za provjeru prethodno poznate korelacije izmeñu

dviju varijabli

CCDataChecking skripta obavlja svoj posao uredno za podsistemske izvještaje

teleskopa MAGIC I, ali za teleskop MAGIC II potrebno je napisati novu skriptu je se

podsistemi teleskopa MAGIC II razlikuju od podsistema MAGIC I teleskopa.. Stoga je

zadatak ovog rada prvo omogućiti da merpp pravilno pročita podsistemski izvještaj teleskopa

MAGIC II. Kako je teleskop MAGIC II noviji i napredniji od teleskopa MAGIC I, koriste se

naprednije i kompleksnije hardverske komponente a nekih ni nema u MAGIC I teleskopu pa

ni sam MARS nema sve potrebne klase za čitanje tih novi hardverskih komponenti.

4.3 CC podsistemski izvještaji

Podsistemski izvještaji kako je već rečeno, spremaju se u .rep datoteke. Oba teleskopa sastoje

se od brojnih podsistema, te njihove „.rep“ datoteke sadrže izvještaje s različiti dijelova

podsistema. Oba teleskopa sadrže izvještaje: Data acquistion (DAQ), REC, Drive, Starguider,

33

Camera, Trigger, AMC, BM, Lidar, Pyro, L3T, CC. Teleskop M1 sadrži još Sumo izvještaj

koji M2 nema dok su u za teleskop M2 još dodani Pulsar, Coling i Cal izvještaj koji teleskop

M1 nema.

Izvještaji se upisuju redoslijedno u „.rep“ datoteke tako da jedan podsistem (npr.

Camera) zapiše izvještaje od svih svojih senzora i podsistema u „.rep“ datoteku te se onda

prelazi na zapisivanje podataka sljedećeg podsistema. Punjenje „.rep“ datoteke je vremenski

ovisno tako da na kraju noći imamo nekoliko tisuća dogañaja za različita vremenska

razdoblja, odnosno izvještaja svih podsistema u „.rep“ datoteci. Svaki podsistem svoje

izvještaje razdvaja od ostalih, imenom podsistema (npr. DAQ-REPORT M2) i #OVER tagom

na kraju svog izvještaja Sve informacije unutar pojedinog izvještaja su razdvojene kratkim

tekstualnim tagom (npr. HV, DC, PD)

U sljedećoj tablici su usporedno prikazani zaglavlja i tagovi pojedinog izvještaja od

različitih podsistema teleskopa MAGIC I i II.

Telescope M1 Telescope M2

DAQ-REPORT M1 ATIME CALIB_EVENTS

DAQ-REPORT M2 ATIME CALIB_EVENTS

REC-REPORT M1 TH TD RECTEMP

REC-REPORT M2 RECTEMP IPR DT

DRIVE-REPORT M1 DRIVE-REPORT M2

STARG-REPORT M1

STARG-REPORT M2

CAMERA-REPORT M1 DC HV COOL LID HVPS LV AUX CAL HOT ACTLOAD CPIX CHTEMP HVFIL PSSEN

CAMERA-REPORT M2 HV DC BS PD TP AT TC TU HU

TRIGGER-REPORT M1 L1_3NN

TRIGGER-REPORT M2 L1_3NN

34

L1_3NN L1CALPS2SUM L1 0 PULSE PS2 0 PED 1 PIND 0 SUM 0 L1TPU 0 L3 1

L1_3NN DEFAULT Unused CAL PED PINJ Unused L1TPU L3

AMC-REPORT M1 PANELS

INF ZEN

AMC-REPORT M2 PANELS ADJUST AUTOAD

BM-REPORT M0

BM-REPORT M0

LIDAR REPORT M0

LIDAR REPORT M0

PYRO-REPORT M0

PYRO-REPORT M0

SUMO-REPORT M1 SET SPR DTL DTW

L3T-REPORT M2 ANGLE DELAY MASK COUNTS

L3T-REPORT M2 ANGLE DELAY MASK COUNTS

CC-REPORT M0 SCHEDULE

CC-REPORT M0 SCHEDULE

PULSAR-REPORT M2 TEMP DSP1 DSP2 VDRS IPOS INEG STATUS

COOLING-REPORT M2 INTCOOLING EXTCOOLING PSCRATES CURR TEMP

CAL-REPORT M2

Tablica 4.1: Sadržaj «.rep» datoteke; crni nazivi predstavljaju naziv pojedinog podsistema, a

narančastom su označeni tagovi koji razdvajaju informacije od različitih senzora

35

Iz tablice 4.1 se vidi da neki izvještaji u nazivu sadrže karakter M0. To su izvještaji

čija elektronika i senzori nisu dio nijednog teleskopa, a zapisuju podatke o atmosferskim

prilikama. Oba teleskopa u svojoj «.rep» datoteci sadrže te iste izvještaje.

U nekim podsistemskim izvještajima podaci su meñusobno razdvojeni odreñenim

tagovima. To uvelike olakšava čitanje pojedinih izvještaja jer se točno zna na koji se senzor

odnose koji podaci. Osim toga podaci (npr. HV ili DC kamere) se sastoje od niza 1039x5

znakova i u slučaju da se informacija pojedinih piksela izgubila tijekom neke pretvorbe

izvještaj se neće spojiti sa sljedećim izvještajem istog podsistema zahvaljujući upravo tim

tagovima, već će sistem izbaciti upozorenje da izvještaj tog podsistema nije potpun. U

podsistemima čiji izvještaji sadrže malo podataka (npr. STARG-REPORT), podaci se ne

odvajaju tagovima, već je u programu za čitanje jednoznačno definirana pozicija pojedine

informacije (npr. prvih 6 float brojeva spremi u definirane kontenjere, ostale zanemari).

Tablicom 4.2 prikazan je skraćeni primjer izvješća kamere.

CAMERA-REPORT M2 01 2009 12 05 18 53 02 000 01 2009 12 05 18 53 02 000 4

0011110111112HV09181234087911741125110509260996113

90964097909410770092209600959096 ... 71028110DC0.04 0.04 0.04 0.04 0.05

0.05 0.04 0.04 0.04 0.02 0.04 0.04 0.02 ... 0.04 0.04

0.02BS1770177017701770177...

Tablica 4.2: skraćeni isječak iz CAMERA-REPORT-a; u prvoj liniji se nalazi naziv

podsistema i vrijeme trajanja nekog dogañaja na kojeg je sistem reagirao u mili sekundama;

zelenom kojom su označeni 14 kontrolnih bitova koji prikazuju kako su pojedini sistemi

kamere radili; dalje se nalaze HV, DC, PD vrijednosti pojedinog piksela, merpp ima zadatak

da razluči koji dio broja se odnosi na pojedini piksel

4.4 Merpp

Merpp je nezavisni program koji se bavi sirovim podacima, te je prvi korak prije bilo

kakve analize ili obrade podataka. Glavni zadatak merpp-a je prepoznati o kakvim se

podacima radi te pozvati odgovarajuće klase za daljnju obradu podataka. Merpp na osnovi

ekstenzije i samog imena datoteke raspoznaje o kakvim se podacima radi i koju klasu treba

pozvati za daljnju obradu podataka. Sljedećom tablicom su prikazani tipovi ulaznih datoteka

kojima se bavi merpp:

36

inputfile.raw Magic DAQ binarne datoteke inputfile.rep Magic Central Control report datoteke cosy_...rep COSY Control report datoteke inputfile.txt Magic DC currents datoteke inputfile.rbk Magic runbook datoteke MuxDataCheck...txt MUX data check datoteke DominoDataCheck...txt Domino data check datoteke CC_YYYY_MM_DD.run Arehucas run summary datoteke ouputfile.root Merpped root datoteke

Tablica 4.3: prikaz ulaznih podataka u merpp

Ovaj rad se bavi samo datotekama s „.rep“ ekstenzijom koja sadrži „CC“ tag u imenu

«CC_*.rep». Prvi korak prilikom merpp-anja „CC“ datoteka je pozivanje klase koja na

osnovu imena raspoznaje o kojem se teleskopu radi. Ovaj korak nije funkcionirao te je trebalo

dodati novi kod za raspoznavanje teleskopa MAGIC II. Nakon što je odreñeno vrijeme i

teleskop, pozivaju se odgovarajuće klase za svaki podsistem i prave odgovarajući ROOT

kontenjeri. Sljedećom tablicom prikazan je primjer kreiranja konternjera u merpp-u.

w->AddContainer("MCameraLV", "Camera");

w->AddContainer("MCameraLids", "Camera");

w->AddContainer("MCameraActiveLoad", "Camera");

w->AddContainer("MCameraCentralPix", "Camera");

w->AddContainer("MReportTrigger", "Trigger");

w->AddContainer("MTimeTrigger", "Trigger");

w->AddContainer("MTriggerBit", "Trigger");

w->AddContainer("MTriggerIPR", "Trigger");

w->AddContainer("MTriggerCell", "Trigger");

w->AddContainer("MTriggerPrescFact", "Trigger");

w->AddContainer("MTriggerLiveTime", "Trigger");

w->AddContainer("MReportDrive", "Drive");

w->AddContainer("MTimeDrive", "Drive");

w->AddContainer("MReportCC", "CC");

w->AddContainer("MTimeCC", "CC");

Tablica 4.4: kreiranje ROOT konternjera; u prvom redu kreira se podkontenjer MCameraLV

koji se nalai u kontenjeru Camera

Nakon što su pojedini kontenjeri napravljeni program čita sadržaj „.rep“ datoteke.

Sama struktura „.rep“ datoteke je unaprijed poznata i na osnovu različitih tekstualnih tagova

37

(oznaka) merpp odlučuje koju će klasi pozvati za pojedini podsistem (npr. kad naiñe na

oznaku „tag“ „CAMERA-REPORT M2“ pozvat će klasu MReportCamera koja čita izvještaj

kamere). Izvještaji nisu redoslijedno poredani u „.rep“ datoteci, i često su samo djelomični.

Merpp čita dogañaj po dogañaj iz izvještaja različitih podsistema i paralelno pohranjuje

dogañaje u ROOT kontenjere. Vrlo je važno pohraniti vrijeme pojedinog dogañaja jer se

upravo prema tome organiziraju podaci, važno je znati u kome trenutku sistem nije pouzdano

radio da bi se kasnije tijekom provjere moglo zaključiti o čemu se radi. U slučaju da je

program merpp uspješno izvršen, kao rezultat dobijemo izlaznu datoteku sa izvještajima

tijekom procesa merpp-anja i izlaznu ROOT datoteku, gdje su u obliku stabla pohranjeni

izvještaji sa različitih dijelova podsistema teleskopa. Pojedine vrijednosti možemo lako

povjeriti pregledavajući odgovarajuće ROOT listove, što je vidljivo iz slike 4.4

Slika 4.4: Srednja vrijednost temperature prijemnika; iz grafa vidimo da je oko 3500 puta

vrijednost temperature prijemnikovog senzora bila 25 °C; gore desno vidimo vrijednost

Entries 6062 što znači da smo toliko puta tijekom noći dobili vrijednosti temperaturnog

senzora, Mean je srednja vrijednost svih temperatura koje je ovaj senzor poslao preko noći

38

Pošto su teleskopi M1 i M2 hardverski različiti, imaju različite senzore, a samim time i

drugačiju strukturu „.rep“ datoteke pogotovo što se tiče podataka o statusu kameru. Bilo je

potrebno najprije saznati na što se odnose pojedine nove vrijednosti u „.rep“ datoteci i koje su

im veličine. Nakon toga napravljeni su odgovarajući ROOT kontenjeri gdje ćemo spremati te

nove vrijednosti. Razlika izmeñu pojedinog izvještaja teleskopa M1 i M2 se dobro vidi u

tablici 4.1. Neke vrijednosti „.rep“ datoteke za teleskop M2 su već bili predviñene ali se nisu

obrañivale ni zapisivale u ROOT kontenjere. Takoñer je trebalo provjeriti kako funkcionira

obrada podataka koji su isti za oba teleskopa M1 i M2.

Nakon što je program merpp sažeo sirove podatke i pohranio ih u ROOT kontenjere,

nad njima se mogu izvršiti različite naredbe za prikaz koje su već implementirane u ROOT-u,

te se koriste u makrou CCDataCheck.C

39

5 TESTIRANJE SOFTVERA I REZULTATI

5.1 CCDataCheck.C makro

Zadnji korak programa MAGICDC prilikom obrade podataka centralne kontrole (CC)

je poziv makroa CCDataCheck.C koji proizvodi grafički prikaz vrijednosti spremljenih u

prethodno napravljene ROOT kontenjere. Razvoj i testiranje je uvelike olakšano jer

izvršavanje pojedinih dijelova MAGICDC programa kao što su merpp i makro

CCDataCheck.C može pozvati odvojeno jednostavnom shell komandom, a ne pozivom

cijelog MAGICDC programa.

[1] merpp CC_M2_2010_02_11.rep CC_M2_2010_02_11.root

[2] root -b -q '/staza/CCDataCheck.C("CC_M2_2010_02_11.root","./")'

[3] ps2pdf CC_M2_2010_02_11.ps CC_M2_2010_02_11.pdf

Tablica 5.1: Primjer poziva programa merpp i CCDataCheck.C makroa

U prethodnoj tablici (5.1) vidimo u prvoj liniji pozivanje nezavisnog programa merpp [1] koji

kao ulaznu datoteku uzima CC_M2_*.rep a kao izlaznu daje komprimiranu root datoteku

CC_M2_*.root. Ovaj proces približno traje 5-10 minuta i ukoliko je uspješno izvršen možemo

pozvati [2] root makro CCDataCheck.C koji kao ulaz uzima izlaznu datoteku iz merpp-a, a

kao izlaz daje PostScript (.ps) datoteku.

Izvršavanja makroa CCDataCheck.C od MAGIC I teleskopa nad podacima centralne

kontrole (CC) MAGIC II teleskopa u početku nije bilo moguće jer ulazni podaci nisu bili

prilagoñeni za ovaj makro. Prvi korak je bio izdvojiti podatke koji su zajednički za oba

teleskopa, a to su podaci koji su prikupljeni od zajedničkog sistema za oba teleskopa kao npr.

podaci iz meteorološke stanice i sl. Zajednički podaci su istog formata za oba teleskopa i

logično je bilo ako makro CCDataCheck.C čita pravilno te podatke za MAGIC I, onda bi

trebao i za teleskop MAGIC II. Ti podaci su vidljivi u tablici 4.1 čiji naziv reporta završava s

M0. Nakon što smo izdvojili sve funkcije za obradu i čitanje zajedničkih podataka, a ostale

izbacili, makro CCDataCheck.C je uspješno pročitao i obradio podatke iz odgovarajućih

kontenjera.

40

Drugi korak je bio pronaći podatke koji sadrže izvještaje oba teleskopa ali koji su

različitog formata te, pokušati proizvesti odgovarajuće plotove. U te podatke spadaju Camera

HV, Camera DC, Camera TH, Camera TD. Nakon odgovarajuće prilagodbe, makro je

proizveo plotove, ali je imao krivu geometriju, odnosno uzimao je podatke od teleskopa

MAGIC II te crtao u geometrijskom obliku kamere M1 koja ima samo 577 piksela. Sljedeće

je bilo pronaći gdje je u makrou CCDataCheck.C definirana geometrija za pojedini plot te iz

koje MARS-ove klase se uzima položaj i struktura pojedinih piksela. Sljedeće izmjene su bile

potrebne da bi makro radio s odgovarajućom geometrijom kamere za teleskop MAGIC II:

MGeomCamMagicTwo geom;

MGeomApply geomapl;

geomapl.SetGeometry("MGeomCamMagicTwo");

tlist.AddToList(&geomapl);

U MARS-ovoj klasi MGeomCamMagicTwo je bila definirana geometrija za teleskop MAGIC

II, te je trebalo u makro ubaciti da primjenjuje upravo tu geometriju. Kamera teleskopa

MAGIC II konstruirana za 1183 piksela, pa je i geometrija napravljena za sve piksela, ali

trenutno je u uporabi samo 1039 piksela. Bilo je potrebo izbaciti sve piksele iznad 1039-tog

jer se za te piksele ne zapisuju podaci. Nakon podešavanja geometrije pravilno su proradili

Camera DC i HV. Za Camera TH i TD su se koristili podaci samo za trigger područje od

kamere M1 te je trebalo promijeniti i geometriju trigger područja.. To je napravljeno prema

slici 2.4 gdje se for petljama prelazi preko rubnih dijelova trigger područja i uključuju se

samo oni pikseli koji su dio trigger područja, dio koda koji to radi je:

for(int kk=0; kk<716; kk++)

camauxi.SetUsed(kk);


camauxi.SetUsed(kk,kFALSE);














41


























gdje se prvom petljom prvih 716 piksela stavljaju u upotrebu, a ostalim petljama se pikseli čiji

je indeks manji od 716, a čiji položaj ne odgovara geometriji trigger regije, stavlja van

uporabe. Kasnije prilikom punjenja vrijednosti pojedinog piksela u Camera TH i TD

jednostavno provjerimo koje piksele ćemo popuniti upotrebljavajući modificiranu geometriju

za trigger, što je vidljivo sljedećim kodom:

for(Int_t i=0;i<geom.GetNumPixels();i++)

{

THSum.SetUsed(i,camauxi.IsUsed(i));

if(!THSum.IsUsed(i))

THSum.SetBinContent(i+1,-1);

}

Treći korak bio je dodavanje novih vrijednosti koje teleskop MAGIC I ne sadrži u

svojim izvještajima. To su Camera PD, Camera PixTemp, Camera ClustTemp, VSCEL bias i

izvještaji temperature i relativne vlažnosti s različitih dijelova kućišta kamere i rashladnog

sistema.

42

5.2 Testiranja i usporedba rezultata dvaju teleskopa

5.2.1 Drive system izvještaj

Drive system kojim se teleskop pozicionira je za oba teleskopa isti te se i izvještaji za

oba teleskopa identični. Primjer Drive izvještaja:

DRIVE-REPORT M2 01 2009 12 05 18 49 55 272 01 2009 12 05 18 49 52 753 + 000

00 000 + 000 00 000 + 000 00 000 55170.784668 + 000 00 000 + 000 00 000 +

093 37 026 - 000 00 035 0000.000 0000.000 0 1

Tablica 5.2: Primjer Drive izvještaja

. Drive plotove vidimo na slici 5.1:

Slika 5.1: Drive sistem

Prva slika prikazuje vremensku ovisnost o zenitnom kutu iz koje se vidi kako se teleskop

pomicao duž zenitnog kuta tijekom noći, na drugoj slici vidimo ponašanje teleskopa, odnosno

motora za usmjeravanje teleskopa. Ove vrijednosti se uzimaju iz zadnjeg statusnog bita

Drive-reporta koji je u našem slučaju 1, što znači da teleskop miruje. Donja dva grafa

predstavljaju odstupanje za dani zenitni i azimutni kut promatranog dijela neba. Lijevi graf

43

predstavlja ovisnost odstupanja zenitnog kuta u lučim minutama, a desni ovisnost odstupanja

u lučnim minutama..

5.2.2 Kamera

Izvještaji kamere teleskopa M1 i M2 se uvelike razlikuju. Kako kamera MAGIC I

teleskopa sadrži piksele različitih dimenzija potrebna su dva posebna napajanje, dok su kod

MAGIC II teleskopa svi pikseli od istih PMT cijevi pa se koriste isto napajanje. Jedina

sličnost izvještaja kamere dvaju teleskopa je što sadrže 14 statusnih bitova i HV napon i DC

struje. U prethodnom poglavlju u tablici 4.1 je prikazan usporedni prikaz izvješća za obje

kamere. Najviše je izmjena trebalo napraviti za čitanja ovog izvještaja, kako u merpp-u tako i

u CCDataCheck.C makrou. Sljedeći tablica prikazuje skraćen primjer izvještaja kamere

teleskopa MAGIC II:

CAMERA-REPORT M2 01 2009 12 05 18 53 02 000 01 2009 12 05 18 53 02 000 4 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 2

HV 091812340879984106611850806083608851000...

DC 04 0.04 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02.....

BS 177017701770177017701770177017701770......

PD 5.0 4.3 4.5 3.7 3.0 4.1 4. 5.4 4.0 5......

TP +22.7+24.1+23.9+25.0+23.9+23.9+23.2.......

AT 00000000000000000000000000000000000......

TC +22.9+22.9+22.9+23.1+23.1+23.4+23.6......

TU +17.3+13.2+17.6+17.8+11.5+17.4 +0.0

HU 28.820.720.922.1 #OVER

Tablica 5.3 Camera-report M2; sve vrijednosti su meñusobno razdvojene radi lakšeg

pregleda, što nije slučaj u sirovoj «.rep» datoteci

U prvom redu vidimo datum i vremensko razdoblje u kojem su se očitale vrijednosti pojedinih

senzora na kameri. U drugom redu vidimo 14 statusnih bitova koje sadrže statuse kad je

pojedini podsistem kamere bio uključen i sl. Obje kamere sadrže ovih 14 bita ali su drugačijeg

formata i odnose se na različite podsisteme. Od svih 14 bita koriste se samo njih 5 za prikaz

pojedinih vrijednosti koje su nama interesantne. Na slici 5.2 prikazane su te vrijednosti i

pripadni im grafovi. Takoñer smo neke grafove koje prikazujemo za teleskop MAGIC I

trebali izbaciti jer se te vrijednosti ne nalaze u izvještaju kamere teleskopa MAGIC II. Tu

spadaju Slika 5.3 Kamera MAGIC I DC i HV, Slika 5.11: Kamera MAGIC I Active loads

Slika 5.12: Kamera MAGIC I LV

44

Slika 5.2: Kamera status; prva dva gore livo odnose se na HV i DC status; gornji desno

prikazuje poklopce kamere, kad su bili otvoreni a kad zatvoreni; dole livo prikazuje status

rashladnog sistema; doli desno prikazuje se status programa Sentinel koji služi za zaštitu

kamere od opasni situacija

Slika 5.3: Kamera MAGIC I DC i HV; prikazuju se vrijednosti napona i struje za pojedino

napajanje kamere, ovaj graf ne crtamo za teleskop MAGIC II jer ne raspolažemo s ovim

podacima

45

Na sljedeće 3 stranice se nalaze plotovi koji se crtaju za oba teleskopa ali s različitom

geometrijom. Slike 3.4.1 i 3.4.2 prikazuju visoki napon za kamere teleskop MAGIC I i II.

Slike 3.5.1 i 3.5.2 prikazuju vrijednosti istosmjerne struje za kameru pojedinog teleskopa.

Slike 3.6.1 i 3.6.2 prikazuju pragove prve triggerske razine (Discrimination Thresholds). Sve

slike se sastoje od 3 dijela. Na gornjem dijelu slike prikazana je srednja vrijednost svih

piksela, odnosno cijele kamere, za neku odreñenu jedinicu (HV,DC ili TH) u ovisnosti o

vremenu. Tu možemo vidjeti ako je došlo do nekih neočekivanih padova napona ili

previsokih napona, struja i sl. Računa se tako da se u jednom trenutku uzme vrijednost svih

piksela (npr. 1039 piksela za kameru MAGIC II) te se izračuna srednja vrijednost, te se

postupak ponovi za sva vremenska razdoblja koja se nalaze u „.rep“ datoteci. Tako možemo

vidjeti da je u 19:00 sati srednja vrijednost napona ili struje teleskopa 0 te kako je teleskop

započinjao s radom vrijednosti postepeno rastu, takoñer možemo vidjeti imali kakvih naglih

odstupanja. Donja dva grafa predstavljaju te iste vrijednosti ali se posebno računaju za svaki

piksel. Uzmu se sve vrijednosti napona ili struje pojedinog piksela za čitavo vremensko

razdoblje od kada je sustav za prikupljanje podataka započeo s radom pa do vremena kada je

bio zadnji upis u „.rep“ datoteku, te se izračuna srednja vrijednost napona ili struje za taj

piksel. Postupak se ponovi za sve piksele, odnosno PMT cijevi. Nakon toga vrijednosti se

prikažu u geometriji kamere lijevo odnosno u ovisnosti o indeksu piksel desno. Iz ovih

grafova možemo lako vidjeti koji je piksel ili klaster imao svoje vrijednosti značajno različite

od ostalih kao što je to vidljivo na slici 5.1.2.

Mogući nedostatak ovakvog prikaza je što se za računanje srednje vrijednosti

pojedinog piksela uzimaju i vrijednosti kada teleskop nije radio, odnosno kada je sistem

startao i gasio se ili kada vremenski uvjeti nisu dozvoljavali promatranje, a teleskop je bio u

stanju mirovanja te su mu vrijednosti struja i napona bile 0, što značajno smanjuje srednju

vrijednost, a samim time i prikaz mogućih odstupanja od nominalnih vrijednosti

U MARSU su već postojale klase koje su predviñene za čitanje ovih vrijednosti iz

ROOT kontenjera, bilo je potrebno samo podesiti veličinu niza koji je dohvaćao vrijednosti iz

ROOT kontenjera jer im zadana veličina bila postavljena na 577. To se napravilo jednostavno

u samom makrou funkcijom .SetSize() koja je bila javna u ovim klasama. Primjer podešavanja

veličine niza za čitanje HV vrijednosti kamere prikazan je sljedećim kodom:

MCameraHV camhv;

camhv.SetSize(1039);

plist.AddToList(&camhv);

46

Slika 5.4.1: Kamera MAGIC I HV, gornji graf prikazuje vrijednosti visokog napona za

unutarnje i za vanjske piksele; srednje vrijednost unutarnjih i vanjskih piksela se takoñer

odvojeno računaju i u donja dva grafa

Slika 5.4.2: Kamera MAGIC II HV; samo je jedan izvor napajanja za sve piksele

47

Slika 5.5.1: Kamera MAGIC I DC; istosmjerna struja kamere

Slika 5.5.2: Kamera MAGIC II DC; istosmjerna struja kamere, drugačijom bojom su

označeni pikseli čija se vrijednost razlikuje značajno od ostalih

48

Slika 5.6.1: Kamera MAGIC I TH

Slika 5.6.2: Kamera MAGIC II TH; uporabom prethodno opisanih for petljiiz poglavlja 5.1 je

definirano koji pikseli će se uzimati u obzir za računanje DT vrijednosti

49

Sljedeći grafovi sa slika 5.7, 5.8, 5.9, 5.10 su nove vrijednosti koje se do sada nije

ispisivao CCDataCheck makro. Prvo je trebalo napraviti nove klase u MARS-u koje su služile

sa čitanje ovih novih vrijednosti, te dodati u merpp kreiranje novih kontenjera gdje će biti

spremljeni ovi podaci nakon što se pročitaju iz „.rep“ datoteke. Trebalo je i u klasi za čitanje

reporta kamere MReportCamera.cc dodati gdje će pohranjivati ove vrijednosti.

Grafovi sa slike 5.7 Kamera PD odnose se na vrijednosti struja pojedinih PiN

fotodioda u mikro amperima, za svaku VCLD (vacum cavity laser diode) kojih ima koliko i

piksela. VCLD pretvaraju naponski puls pojedinog piksela u svjetlosni puls koji se prenosi

optičkim kabelom u kontrolnu sobu. PiN fotodiodama prati se stabilnost VCDL-a. Vrijednosti

se prikazuju na standardan način kao što je to do sad bilo za HV, DC i DT. Ove vrijednosti su

u „.rep“ datoteci smještene poslije taga „PD“ i u float su formatu meñusobno razmaknute.

Slika 5.8 se odnosi na temperature pojedinih piksela. Na svakoj PMT cijevi nalazi se

jedan temperaturni senzor koji služi za praćenje temperature samih VCELS, što nemamo u

kameri teleskopa MAGIC I. Prvi gornji graf prikazuje srednju vrijednost temperature cijele

kamere, odnosno svih piksela u ovisnosti o vremenu. Gornji desni graf prikazuje raspodjelu

srednjih vrijednost temperature svih piksela, Donja dva grafa prikazuju standardno srednje

vrijednosti temperature pojedinog piksela. Ove vrijednosti su u „.rep“ datoteci smještene

poslije taga „TP“, i u float su formatu ukupne duljine 5 znakova zajedno s predznakom +, - i

decimalnom točkom, te nisu meñusobno razdvojene (+23.5+25.7)

Na slici 5.9 je prikazana temperatura klastera kojeg čini 7 piksela. Svaki klaster u sebi

osim već u prethodnim poglavljima navedene elektronike sadrži i 2 temperaturna senzora,

koji služe za praćenje temperature sa obje strane klastera. Ukupno se dobije 338

temperaturnih izvještaja za 169 klastera. Gornja slika prikazuje srednju vrijednost temperature

svih temperaturnih izvještaja klastera tokom noći. Donja lijeva slika prikazuje srednju

vrijednost temperature pojedinog klastera. Donja desna slika prikazuje razliku dviju

temperatura izmjerenu na istom klasteru od dva senzora na različitim dijelovima istog klastera

Ove vrijednosti su u „.rep“ datoteci smještene poslije taga „TC“ takoñer su u float formatu

ukupne duljine 5 znakova zajedno s predznakom +, - i decimalnom točkom, te nisu

meñusobno razdvojene (+23.5+25.7). U „.rep“ datoteci su zapisane vrijednosti prvog

temperaturnog senzora svih klastera, pa tek onda drugog tako da se temperaturama pojedinog

klastera može pristupiti na način temp[i] (za prvu) i temp[i+169] (za drugu vrijednost).

Slika 5.10 prikazuje status napajanja VCELS (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)

Vrijednosti se čitaju iz reporta kamere poslije taga „BS“ gdje su zapisani kao

četveroznamenkaste intiger vrijednosti meñusobno nerazdvojene (17701770).

50

Slika 5.7: Kamera MAGIC II PD

Slika 5.8: Kamera MAGIC II PixTemp; temperature pojedinih piksela

51

Slika 5.9: Kamera MAGIC II ClustTemp; temperature klastera

Slika 5.10 Kamera MAGIC II VCELS Bias

52

Sljedeći grafovi sa slika 5.11 i 5.12 se ne crtaju u CCDataCheck makrou za teleskop

MAGIC II, pošto se ne nalaze u sadržaju „.rep“ datoteke. Oni su dijelovi izvještaja teleskopa

MAGIC I i odnose se status napajanja elektronike za kontrolu i praćenje statusa kamere M2.

Teleskop MAGIC II sadrži u svom izvješću temperature pojedinih dijelova kućišta

rashladnog sistema, slično kao kod teleskopa MAGIC I (slika 5.14.1), ali sadrži više

temperaturnih senzora čije su temperature i relativna vlažnost prikazane slikom 5.14.2 u

ovisnosti o vremenu. Vrijednosti temperature se uzimaju iz reporta kamere poslije taga „TU“

gdje se nalazi 7 temperatura od kojih mi koristimo prvih 6 za prikaz na grafovima. Vrijednosti

temperatura su u float formatu (+17.3+13.2+17.6+17.8+11.5+17.4 +0.0)

Poslije taga HU nalaze se 4 vrijednosti relativne vlažnosti očitane sa različitih dijelova

kućišta kamere teleskopa MAGIC II, te su one prikazane donjim grafom na slici 5.14.2

Slika 5.13 prikazuje raspodjelu temperature različitih temperaturnih senzora koji se

nalaze u kućištu kamere teleskopa MAGIC II..

Slika 5.11: Kamera MAGIC I Active loads, , ovaj graf ne crtamo za teleskop MAGIC II jer ne

raspolažemo s ovim podacima

53

Slika 5.12: Kamera MAGIC I LV, , ovaj graf ne crtamo za teleskop MAGIC II jer ne

raspolažemo s ovim podacima

Slika 5.13: Kamera MAGIC II Cooling system (II) prikazuje distribuciju pojedine

temperature sa različitih dijelova kućišta rashladnog sistema u ovisnosti o dogañajima

54

Slika 5.14.1: Kamera MAGIC I Cooling system

Slika 5.14.2: Kamera MAGIC II Cooling system (I)

55

5.2.3 Trigger report

Izvještaj o statusu pojedinih triggerskih razina u „.rep“ datoteci za teleskop MAGIC II

je drugačijeg formata od izvještaja za teleskop MAGIC I . Sljedećom tablicom je prikazana

izvještaj triggera za teleskop MAGIC II

TRIGGER-REPORT M2 04 2009 12 05 18 53 05 000 01 2009 12 05 18 53 02 000

L1_3NN L1_3NN 3 DEFAULT Unused 0 Unused 0 CAL 1 PED 1 PINJ 0 Unused 0 L1TPU

0 L3 1 0 0 2945917235 53 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0

0000.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0 0001.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0

0000.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0

0000.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0 0000.0

0000.0 0000.0 0001.0 0000.0 0000.0 OVER

Tablica 5.4: Trigger report

Od svih vrijednosti koristimo samo ove dvije označene crvenom u CCDataCheck.C makrou.

Ove vrijednosti se odnose na izbor triggerske razine 1 i 2.. Primjer statusa triggera za teleskop

MAGIC II prikazan je slici 5.15, prva triggerska razina prikazana (L1T) je u crvenom a druga

triggerska razina L2T u plavom.. Na donjem grafu slike 5.15 prikazana je ovisnost druge

triggerske razine (L2T) o zenitnom kutu. Crvena linija predstavlja očekivanu stopu (rate) L2T

za odreñeni zenitni kut te se crta prema formuli 310*pow(cos(x*3.14/180)^0.5), gdje je x

zenitni kut.

Slika 5.15: Trigger rate

56

5.2.4 Starg report (STARGUIDER)

Ovaj podsistem služi za praćenje preciznosti pozicioniranja teleskopa. Sljedeća tablica

prikazuje primjer izvješća starguidera

STARG-REPORT M2 00 2009 12 05 18 53 13 650 01 2009 12 05 18 53 12 764

0.000 0.000 + 034 29 009 + 142 49 025 000.0 000.0 0000 153.8 55170.786964 0

0 0008

Tablica 5.5: Stargreport

Crvenom bojom su označene vrijednosti koji kasnije koristimo u CCDataCheck makrou. Prve

dvije vrijednosti prikazuju odstupanje stvarnog azimutnog/zenitnog kuta od željenog kuta

izračunate pomoću starguiderovog algoritma, te se prikazuju u prvom grafu na slici 5.18.

Odmah poslije njih se nalaze stvarne vrijednosti zenitnog/azimutnog kuta izražene u

stupnjevima, minutama i sekundama (+ 034 29 009).

Sljedeće dvije crvene vrijednosti sadrže podatke koje je skupila CCD kamera koja se

nalazi u samom središtu reflektora To su x,y kordinate u kojem dijelu CCD kamere se u

odreñenom trenutku našao centar kamere odnosno PMT piksel br. 0. Vrijednosti su prikazane

ovisno o vremenu za x i y kordinatu u donjem grafu na slici 5.18.

Zadnje tri crvene vrijednosti koriste se za crtanje slike 5.19. Prva predstavlja broj

identificiranih zvijezda koje je starguiderov algoritam prepoznao sa slike CCD kamere, druga

predstavlja sjajnost neba izmjerenog pomoću CCD kamere, a treća predstavlja broj zvijezda

koje su u korelaciji. Na slici 5.17 u gornjem dijelu se nalazi crvena linija koja predstavlja

minimum koreliranih zvijezda koje su potrebne da bi se procjena odstupanja mogla dobro

izračunati

Vrijednost 55170.786964 predstavlja vrijeme i datum zapisano u formatu reduciranog

(astronomskog) julijanskog datuma, što nismo koristili u makrou CCDataCheck ali je bitno u

ostaloj analizi.

Merpp je takoñer imao problema sa čitanjem starguiderovih izvješća za teleskop

MAGIC II jer je bio predviñen drugačiji format, što je jednostavno riješeno u

MReportStarguider.cc datoteci. Postoje još neki problemi što se tiče ovih izvješća, a to je da

se u izvješću od nekog odreñenog datuma u „.rep“ datoteci zna uplesti izvještaj koji se

dogodio nekoliko mjeseci ranije, te se slike koje proizvede CCDataCheck značajno poremete

jer im vremensko razdoblje prikazivanja više nije samo jedna noć.

57

Slika 5.18: STARGUIDER (I); odstupanje zenitnog/azimtnog kuta gore, položaj centre

kamere u CCD kameri dole

Slika 5.19: STARGUIDER (II); broj zvijezda koje su u korelaciji gore, dole sjajnost neba

snimljeno CCD kamerom

58

5.2.5 Meteorološka stanica (Weather station)

MAGIC teleskopi imaju svoju vlastitu meteorološku stanicu koja se nalazi u

neposrednoj blizini teleskopa. Oba teleskopa u svojoj „.rep“ datoteci sadrže izvještaje od ovog

sistema, koji svakih 40 sekundi zapisuje vremenske prilike i šalje izvještaje koji se osim u

„.rep“ datoteci mogu vidjeti na MAGIC-ovj web stranici u grafičkoj formi. U ovom izvještaju

bile su u početku sadržane brojne vrijednosti koje su se kasnije kako se MARS razvijao

razdvojene u vlastite izvještaje. Trenutni izgled ovog izvještaja vidljiv je u sljedećem kodu

gdje su crvenom bojom označene pozicije pojedinih vrijednosti koje nakon pohrane u ROOT

kontenjere koristimo u CCDataCheck makrou:

CC-REPORT M0 00 2010 02 24 06 14 55 071 4 0 5 5 5 1 9 1 9 6 2 1 5 4 5 6 5 5

5 9 3 2 3 4 9 9 9 4 9 4 4 93.93 -10.10 00.00 00.00 06.37 786.39 12.82 65.56

00.00 00.00 SCHEDULE M-87 6 9 9 9 9 1 4 1 1 0 9 9 9 9 9 9 9 28.16 61.88

OVER

Tablica 5.6: CC report

Na slici 5.20 u gornjem grafu su prikazane vrijednosti temperature i relativne vlažnosti

zraka izmjerene u meteorološka stanici. Za temperaturu se uzima prva vrijednost obojana u

crveno (06.37 u našem slučaju) koja predstavlja temperaturu zraka u stupnjevima celzijusa.

Za relativnu vlažnost se uzima 4. po redu vrijednosti od crveno obojanih (65.56 u našem

slučaju) i predstavlja relativnu vlažnost zraka izraženu u postocima.

Donji graf slike 5.20 prikazuje brzinu vjetra izmjerenu u odreñenom trenutku i solarnu

radijaciju. Brzina vjetra se nalazi na 3. mjestu od crveno obojanih vrijednosti (12.82 u našem

slučaju) i izražena je u jedini km/h. Druga po redu crvena vrijednost (786.39 u našem slučaju)

predstavlja solarnu radijaciju i izražena je [W/m2].

Zadnja vrijednost obojana u crveno 00.00 predstavlja vremensku razliku izmeñu

preciznog atomskog sata i GPS sata. Datum i vrijeme svakog dogañaja odreñeno je

apsolutnom vremenskom skalom UTC. Vremenska preciznost postignuta je kalibriranim

atomskim satom (rubidijum sat), MAGIC-ovim specifičnim modulom TIC (Time Interval

Counter), te posebnim GPS satom. Atomski sat je iznimno precizan za male vremenske

intervale, dok je za vremenske intervale duže od dana pregrub te ga je potrebno kalibrirati.

Kalibracija se obavlja posebnim radio prijemnikom koji usklañuje vrijeme atomskog sata sa

GPS satom. Razlika mora uvijek biti u granicama 1.2-1.75 µs. Slika 5.21 prikazuju ove

vrijednosti a u slučaju da vrijednost izañe iz postavljenih granica potrebna je kalibracija.

59

Slika 5.20 weather station

Slika 5.21: Time difference GPS-Rubidium clock

60

5.2.6 REC report

Klasa koja u MARS-u čita REC-report naziva se MReportDT.cc. Podaci koji se nalaze

REC-reportu odnose se na podatke vezane uz prijemnik koji prima optički signal sa optičkog

kabla i pretvara ga u električni (u poglavlju 2, na slici 2.2 označeno sa reciver board).

Sljedećim kodom predočen je primjer REC- reporta za teleskop MAGIC II:

REC-REPORT M2 03 2009 12 05 18 53 04 000 01 2009 12 05 18 53 02 000

...

RECTEMP 00000000303200320029290032320030310033363600...

DT 001000010000100001000010000100001000010......

TD 001000010000100001000010000100........

Tablica 5.7: REC repport

Teleskop MAGIC II ima 84 toplinska senzora postavljenih na svaki kanal prijemnika,

tako da u svojem REC izvještaju poslije „RECTEMP“ taga sadrži vrijednosti temperature svih

tih senzora. U izračun se uzimaju sve vrijednosti u jednom trenutku i računa medijan. Kasnije

se vrijednost medijan prikaže grafički u ovisnosti o vremenu što je vidljivo na slici 5.22

Poslije taga „TD“ nalaze se vrijednosti nazvane Trigger deleys. One su fiksirane od

stručnjaka za svaku PMT cijev i trebale bi uvijek biti iste. U slučaju da doñe do prekida

napajanja, postoji mogućnost da se ove vrijednosti izbrišu iz memorije. Slike 5.23.1 i 5.23.2

prikazuju ponašanje ovih vrijednosti za teleskope M1 i M2, te služe za nadgledanje mogućih

kašnjenja

Slika 5.22 RECTEMP

61

Slika 5.23.1 Camera MAGIC I TD

Slika 5.23.2 Camera MAGIC II TD, granice su takoñer postavljene petljama vidljivim u

poglavlju 5.1

62

6 Zaključak

Na početku ovog rada napravljen je pregled hardversko/softverskih sustava teleskopa

MAGIC I i MAGIC II. Ukratko su objašnjene sve najvažnije komponente, odnosno

podsistemi nužni za funkcioniranje IACT visokoenergijskih gama detektora. Opisan je

cjelokupni proces mjerenja i zapisivanja podataka od same PMT cijevi koja detektira fotone,

preko sustava za prikupljanje podataka, pa sve do softverske obrade. Prikazani su neki

najvažniji koraci u toku softverske obrade podataka s naglaskom na obradu podataka

centralne kontrole.

Cilj ovog rada bio je nadogradnja već postojećeg MAGICDC programa u smislu da

mu se omogući osim ostalog, obrade podataka centralne kontrole teleskopa MAGIC II što do

sad nije bilo moguće. MAGICDC program sastoji se od nekoliko nezavisnih podprograma

koji se u sklopu njega pokreću. Ovim radom razvijen je novi nezavisni program ili bi to mogli

nazvati komponenta MAGICDC programa, koja se bavi kontrolom odreñenih parametara

prikupljenih sa različitih podsistemima teleskopa s ciljem da se ukaže na moguće greške i

odstupanja u radu teleskopa. Ovaj program je vrlo važan za sve ostale analize i proračune u

toku obrade podataka, jer ako je bilo kakve greške u radu teleskopa to će se prvo ovdje

vidjeti. Osim toga ovaj program je bitan pokazatelj kvalitete prikupljenih podataka.

Program funkcionira na način da prvo pozove nezavisni program merpp koji je

sastavni dio programskog paketa MARS, a služi za čitanje sirovih podataka te njihovo

zapisivanje u odgovarajuće ROOT kontejnere. Osnovni problem je bio u tome što su MARS,

a time i program merpp razvijeni i prilagoñeni za obradu podataka teleskopa MAGIC I.

Teleskop MAGIC II je novija i naprednija vrsta IACT gama detektora te su s njim došli novi

sofisticiraniji podsistemi od kojih mnogi nisu bili predviñeni u toku razvoja MARS-a. Sve je

to rezultiralo drugačijim načinom zapisivanja u sirovu izlaznu datoteku.

Prvi zadatak je bio iskoristiti već postojeće klase u MARS-u s ciljem da se pročitaju i

zapišu odgovarajuće vrijednosti iz sirovih podataka koje su donekle slične podacima

teleskopa MAGIC I. Daljnji razvoj rezultirao je izradom novih klasa koji se služile za čitanje i

obradu podataka novih komponenti koje su došle s novom generacijom teleskopa kao što su

temperature pojedinih piksela, temperature klastera, naponi i struje pojedinih VCSEL dioda,

različiti statusi s pojedinih dijelova elektronike i sl. Pošto su se koristile neke već postojeće

klase trebalo je voditi računa da sve izmijene napravljene ovim radom ne utječu na ostale

nezavisne programe i sve ostale izračune kojima se bavi MARS. U ovoj fazi izrade softvera

63

uvelike mi je olakšalo rad što se sirovi podaci nakon procesa čitanja iz izlaznih tekstualnih

datoteka mogu lako provjeriti pregledavajući odgovarajuće ROOT listove i stabla, te

poznavajući očekivane vrijednosti struja, napona temperature i sl. može se odmah vidjeti dali

je došlo do kakve greške prilikom izrade same klase koja služi za obradu podataka pojedinog

podsistema.

Nakon što su izvršene promjene u MARS-u, sljedeći korak je bila izrada makroa za

grafički prikaz vrijednosti spremljenih u prethodno napravljene ROOT kontenjere. Početna

ideja da se nadogradi postojeći makro koji obrañuje podatke teleskopa MAGIC I evoluirala je,

zbog kompatibilnosti i ostalih procesnih zahtijeva, u ideju izrade samostalnog makroa koji

može obrañivati podatke samo teleskopa MAGIC II. Premda je temeljna ideja MARS-a da

bude neovisan o tipu teleskopa, ovdje smo se odlučili za ovakav korak prvenstveno zbog

kompatibilnosti s drugim dijelovima MAGICDC programa i samog opterećenja sustava.

Daljnji razvoj softvera za centralnu kontrolu mogao bi ići u smjeru ujedinjavanja

odreñenih funkcionalnosti koje su zajedničke za oba teleskopa, razvojem novih klasa i

podprograma za kontrolu i drugih instrumenata, poboljšavanje vizualizacije podataka,

automatiziranjem provjere odreñenih kontrolnih histograma, izradom baze podataka

najvažnijih parametara za kontrolu itd.

Softver razvijen ovim radom testiran je od eksperta, te se već neko vrijeme koristi u

okviru MAGIC kolaboracije kao službeni softver za kontrolu podataka centralne kontrole

teleskopa MAGIC II. Rezultati se svakodnevno objavljuju na web stranici

http://www.magic.iac.es/operations/datacheck/.

7 LITERATURA:

[1] Massive, automatic data analysis for the MAGIC telescopes

Master Thesis Ignasi Reichardt Candel, Universitat Autonoma de Barcelona

64

[2] Detection of Pulsed Very High Energy Gamma-Rays from the Crab Pulsa with the

MAGIC telescope using an Analog Sum Trigger

PhD Thesis Michael Rissi, ETH Zurich

[3] R. Brun and F. Rademakers: ROOT - An Object Oriented Data Analysis Framework,

Nucl. Inst. Meth. in Phys. Res. A 389, 81 (1997).

[4] Hoecker i dr.: TMVA 4 - Toolkit for Multivariate Data Analysis with ROOT (Users

Guide), http://tmva.sourceforge.net

[5] Performance of the Camera of the MAGIC II Telescope

D. Borla Tridon et al., The MAGIC Collaboration

[6] The MAGIC-II Camera Slow Control Software

B. Steinke et al.,The MAGIC Collaboration

[7] The MAGIC Cata Center

I. Reichardt et al.,The MAGIC Collaboration

[8] Mars, the MAGIC Analysis and Reconstruction Software

A. Moralejo et al.,The MAGIC Collaboration

[9] Performance of the MAGIC telescopes in stereoscopic mode

P. Colin et al.,The MAGIC Collaboration

[10] The MAGIC-II gamma-ray stereoscopic telescope system

D. Borla Tridon, T. Schweizer, R. Mirzoyan, M. Teshima for the MAGIC

Collaboration

[11] Monte Carlo Simulation for the MAGIC II System

E. Carmona, P. Majumdar, A. Moralejo et al., for the MAGIC Collboration

65

[12] Recent progress of GaAsP HPd development for the MAGIC telescope project

T. Y. Saito, M. Shayduk, M. V. Fonseca et al., for the MAGIC Collaboration

[13] Status of the second phase of the MAGIC telescope

F. Goebel for the MAGIC Telescope

[14] The Camera of the MAGIC-II Telescope

C.C. Hsu, A. Dettlaff, D. Fink et al., for the MAGIC Collboration

[15] The reflecting surface of the MAGIC-II Telescope

D. Bastieri, J. Arnold, C. Baixeras et al., for the MAGIC Collboration

[16] Status of the 17 m telescope MAGIC

M. V. Fonseca for the MAGIC Collaboration

[17] The mirrors for the MAGIC telescope

D.Bastieri et al., Vol. 5, 283 – 286

[18] Standard analysis for the MAGIC telescope

T.Bretz et al., Vol. 4, 315 - 318

[19] The Data Acquisition of the MAGIC II telescope

J.A.Coarasa et al., Vol. 3, 281 - 284

[20] Technical Performance of the MAGIC telescope

J.Cortina et al.

[21] Calibration of the MAGIC telescope

M.Gaug et al.

[22] The active mirror control of the MAGIC telescope,

M. Garczarczyk et al. Conference Proceedings p.2935

66

[23] Technical innovations for the MAGIC telescope,

R. Mirzoyan et al. Conference Proceedings p.2963

[24] Very high energy observations of GRBs with the MAGIC telescope

PhD Thesis Nicola Galante, Universita degli Studi di Siena, June 2006¸

[25] The MAGIC Telescope: development of new technologies and first observations

PhD thesis David Paneque, Technische Universität München, August 2004.

[26] MAGIC Data Check program MAGIC-TDAS 09-02 090721/IOya

[27] Data taking Operation Manual MAGIC-TDAS 08-05 081219 /R. Zanin

[28] A handbook of the standard MAGIC analysis chain MAGIC-TDAS 08-02

080318/GaugMoralejo

8 POPIS KRATICA:

67

ADC Analog to Digital Converter

AMC Active Mirror Control

CRAB Capacitor Ring Analog Board

CTA Čerenkov Telescope Array

DAC Digital to Analog Converter

DAQ Data Acquisition

FADC Flash Analog-Digital Converter

FoV Field of View

FWHM Full Width at Half Maximum

GAPD Geiger-mode Avalanche PhotoDiode

GRB Gamma Ray Burst

HESS High Energy Steroscopic System

HPD Hybrid PhotoDiode tube

IACT Imaging Air Čerenkov Telescope

IR InfraRed

LUT Look Up Table

MAGIC Major Atmospheric Gamma Imaging Čerenkov telescope

MARS MAGIC Analysis and Reconstruction Software

PMT PhotoMultiplier Tube

SCCP Slow control of the camera

TIC Time Interval Counter

UV UltraViolet

VCSEL Vertical Cavity Surface Emitter Laser

WLS Wave Length Shifter

Documents

SUSTAV ZA DNEVNU KONTROLU PODATAKA TELESKOPA MAGIClapp.irb.hr/publications/TGrubisinDiploma.pdf · sveu ČiliŠte u splitu fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje diplomski