Design concepts for the Cherenkov Telescope Array CTA: an advanced facility for ground-based high-energy gamma-ray astronomy

Ground-based gamma-ray astronomy has had a major breakthrough with the impressive results obtained using systems of imaging atmospheric Cherenkov telescopes. Ground-based gamma-ray astronomy has a huge potential in astrophysics, particle physics and cosmology. CTA is an international initiative to build the next generation instrument, with a factor of 5-10 improvement in sensitivity in the 100 GeV-10 TeV range and the extension to energies well below 100 GeV and above 100 TeV. CTA will consist of two arrays (one in the north, one in the south) for full sky coverage and will be operated as open observatory. The design of CTA is based on currently available technology. This document reports on the status and presents the major design concepts of CTA.

Field-Programmable Gate Array Card for Readout and Control of Cryoelectronics

The main goal of the present Master’s Thesis project was to create a field-programmable gate array (FPGA) based system for the control of single-electron transistors or other cryoelectronic devices. The FPGA and similar technologies are studied in the present work. The fixed and programmable logic are compared with each other. The main features and limitations of the hardware used in the project are investigated. The hardware and software connections of the device to the computer are shown in detail. The software development techniques for FPGA-based design are described. The steps of design for programmable logic are considered. Furthermore, the results of filters implemented in the software are illustrated.

Postimerkit merisotataidon dokumentteina : Britannian ja Saksan laivastojen varustelu maailmansotien välisenä aikana

Merisodassa tapahtunut muutos – erityisesti konevoiman syrjäyttäessä purjeet ja raudan korvatessa puumateriaalin 1800-luvun loppupuolella – johti nykypäivänäkin merkittäviin merisodan teoreettisiin tarkasteluihin. Teorioihin pohjautuneet merisotataidon yleisperiaatteet saivat ensimmäisen maailmansodan aikana käytännön testauksensa. Voittajat ja häviäjät analysoivat taistelut sekä maailmalla vallinneen ripeän teknisen kehityksen, minkä seurauksena laivastojen varustelu kiihtyi uudestaan valtapolitiikan tueksi. Maailmansotien välisenä aikana pyrittiin kansainvälisin sopimuksin säätelemään suurten laivastojen, kuten Britannian, Ranskan, Italian, Japanin ja Yhdysvaltojen varustelukilpailua. Versaillesin rauhansopimus rajoitti samanaikaisesti Saksan merivoimien kokoa. Tässä työssä tutkitaan Britannian ja Saksan merivoimien varustelua ja merisotataidon kehittymistä maailmansotien välisenä aikana. Merisotataidon kehittymisen tarkastelu tapahtuu postimerkkien avulla. Postimerkki syntyi Englannissa vuonna 1840 ja sen käyttö yleistyi ympäri maailman lähes samanaikaisesti konevoimaa käyttäneiden laivojen kanssa. Postimerkkien kuva-aiheet olivat aluksi valtioiden päämiehiä, heraldiikkaa, maisemia tai abstrakteja aiheita. Vasta 1900-luvun alkupuolella kuva-aiheina saattoi olla lähes mitä vain, myös sotalaivojen kuvia. Postimerkkikokoelmastani erottuu tutkimusaiheeseen 335 merkkiä. Britannian ja Saksan kansallisarkistojen alkuperäislähteiden ja tutkimuskirjallisuuden dokumenttianalyysiin perustuvaa merisotataidon moninaista kehitystä verrataan tutkimuksessani postimerkkien kuva-aiheisiin ja niiden yksityiskohtiin 3 300 kertaa. Tällä menettelyllä pyrin selvittämään voiko postimerkkejä käyttää ja pitää merisotaidon kehityksen kattavina dokumentteina. Postimerkeissä satunnaisiksi jääneet virheet tai propaganda eivät vähennä merisotataidon kehityksen kuvaamisen dokumenttiarvoa. Postimerkkien sotalaivoihin liittyvät kuvat kattavat muutamaa laivaluokkaa lukuunottamatta molempien maiden kaikki taistelualuslajit- ja luokat. Postimerkeistä voidaan nähdä vanhat sotalaivat, niiden peruskorjaukset ja uudet luokat lentotukialuksista sukellusveneisiin. Alusten kuvat voidaan liittää Britannian kansainyhteisön muuttuneisiin strategisiin ja taktisiin tavoitteisiin niin Atlantilla kuin Kaukoidässä. Saksan merivoimien nousu Versaillesin rauhanehtojen rajoituksista ja lopulta pyrkimys Britannian kauppamerenkulun tuhoajaksi välittyy myös postimerkeistä. Yleinen sotatekninen kehitys, lentoneiden tulo merisotanäyttämölle ja aikanaan kansainvälisten tonnistorajoitusten poistuminen näkyvät postimerkeissä. Kokopostimerkin historian aikana vuoteen 2012 mennessä purjeettomien, nykyaikaisten sotalaivojen kuvia on julkaistu noin 3 350 postimerkillä, jotka on koottu Maailman suurin laivasto-osasto -postimerkkikokoelmaani noin 35 vuoden aikana

REFLECT : logiciel de restitution des réflectances au sol pour l’amélioration de la qualité de l'information extraite des images satellitales à haute résolution spatiale

RÉSUMÉ - Les images satellitales multispectrales, notamment celles à haute résolution spatiale (plus fine que 30 m au sol), représentent une source d’information inestimable pour la prise de décision dans divers domaines liés à la gestion des ressources naturelles, à la préservation de l’environnement ou à l’aménagement et la gestion des centres urbains. Les échelles d’étude peuvent aller du local (résolutions plus fines que 5 m) à des échelles régionales (résolutions plus grossières que 5 m). Ces images caractérisent la variation de la réflectance des objets dans le spectre qui est l’information clé pour un grand nombre d’applications de ces données. Or, les mesures des capteurs satellitaux sont aussi affectées par des facteurs « parasites » liés aux conditions d’éclairement et d’observation, à l’atmosphère, à la topographie et aux propriétés des capteurs. Deux questions nous ont préoccupé dans cette recherche. Quelle est la meilleure approche pour restituer les réflectances au sol à partir des valeurs numériques enregistrées par les capteurs tenant compte des ces facteurs parasites ? Cette restitution est-elle la condition sine qua non pour extraire une information fiable des images en fonction des problématiques propres aux différents domaines d’application des images (cartographie du territoire, monitoring de l’environnement, suivi des changements du paysage, inventaires des ressources, etc.) ? Les recherches effectuées les 30 dernières années ont abouti à une série de techniques de correction des données des effets des facteurs parasites dont certaines permettent de restituer les réflectances au sol. Plusieurs questions sont cependant encore en suspens et d’autres nécessitent des approfondissements afin, d’une part d’améliorer la précision des résultats et d’autre part, de rendre ces techniques plus versatiles en les adaptant à un plus large éventail de conditions d’acquisition des données. Nous pouvons en mentionner quelques unes : - Comment prendre en compte des caractéristiques atmosphériques (notamment des particules d’aérosol) adaptées à des conditions locales et régionales et ne pas se fier à des modèles par défaut qui indiquent des tendances spatiotemporelles à long terme mais s’ajustent mal à des observations instantanées et restreintes spatialement ? - Comment tenir compte des effets de « contamination » du signal provenant de l’objet visé par le capteur par les signaux provenant des objets environnant (effet d’adjacence) ? ce phénomène devient très important pour des images de résolution plus fine que 5 m; - Quels sont les effets des angles de visée des capteurs hors nadir qui sont de plus en plus présents puisqu’ils offrent une meilleure résolution temporelle et la possibilité d’obtenir des couples d’images stéréoscopiques ? - Comment augmenter l’efficacité des techniques de traitement et d’analyse automatique des images multispectrales à des terrains accidentés et montagneux tenant compte des effets multiples du relief topographique sur le signal capté à distance ? D’autre part, malgré les nombreuses démonstrations par des chercheurs que l’information extraite des images satellitales peut être altérée à cause des tous ces facteurs parasites, force est de constater aujourd’hui que les corrections radiométriques demeurent peu utilisées sur une base routinière tel qu’est le cas pour les corrections géométriques. Pour ces dernières, les logiciels commerciaux de télédétection possèdent des algorithmes versatiles, puissants et à la portée des utilisateurs. Les algorithmes des corrections radiométriques, lorsqu’ils sont proposés, demeurent des boîtes noires peu flexibles nécessitant la plupart de temps des utilisateurs experts en la matière. Les objectifs que nous nous sommes fixés dans cette recherche sont les suivants : 1) Développer un logiciel de restitution des réflectances au sol tenant compte des questions posées ci-haut. Ce logiciel devait être suffisamment modulaire pour pouvoir le bonifier, l’améliorer et l’adapter à diverses problématiques d’application d’images satellitales; et 2) Appliquer ce logiciel dans différents contextes (urbain, agricole, forestier) et analyser les résultats obtenus afin d’évaluer le gain en précision de l’information extraite par des images satellitales transformées en images des réflectances au sol et par conséquent la nécessité d’opérer ainsi peu importe la problématique de l’application. Ainsi, à travers cette recherche, nous avons réalisé un outil de restitution de la réflectance au sol (la nouvelle version du logiciel REFLECT). Ce logiciel est basé sur la formulation (et les routines) du code 6S (Seconde Simulation du Signal Satellitaire dans le Spectre Solaire) et sur la méthode des cibles obscures pour l’estimation de l’épaisseur optique des aérosols (aerosol optical depth, AOD), qui est le facteur le plus difficile à corriger. Des améliorations substantielles ont été apportées aux modèles existants. Ces améliorations concernent essentiellement les propriétés des aérosols (intégration d’un modèle plus récent, amélioration de la recherche des cibles obscures pour l’estimation de l’AOD), la prise en compte de l’effet d’adjacence à l’aide d’un modèle de réflexion spéculaire, la prise en compte de la majorité des capteurs multispectraux à haute résolution (Landsat TM et ETM+, tous les HR de SPOT 1 à 5, EO-1 ALI et ASTER) et à très haute résolution (QuickBird et Ikonos) utilisés actuellement et la correction des effets topographiques l’aide d’un modèle qui sépare les composantes directe et diffuse du rayonnement solaire et qui s’adapte également à la canopée forestière. Les travaux de validation ont montré que la restitution de la réflectance au sol par REFLECT se fait avec une précision de l’ordre de ±0.01 unités de réflectance (pour les bandes spectrales du visible, PIR et MIR), même dans le cas d’une surface à topographie variable. Ce logiciel a permis de montrer, à travers des simulations de réflectances apparentes à quel point les facteurs parasites influant les valeurs numériques des images pouvaient modifier le signal utile qui est la réflectance au sol (erreurs de 10 à plus de 50%). REFLECT a également été utilisé pour voir l’importance de l’utilisation des réflectances au sol plutôt que les valeurs numériques brutes pour diverses applications courantes de la télédétection dans les domaines des classifications, du suivi des changements, de l’agriculture et de la foresterie. Dans la majorité des applications (suivi des changements par images multi-dates, utilisation d’indices de végétation, estimation de paramètres biophysiques, …), la correction des images est une opération cruciale pour obtenir des résultats fiables. D’un point de vue informatique, le logiciel REFLECT se présente comme une série de menus simples d’utilisation correspondant aux différentes étapes de saisie des intrants de la scène, calcul des transmittances gazeuses, estimation de l’AOD par la méthode des cibles obscures et enfin, l’application des corrections radiométriques à l’image, notamment par l’option rapide qui permet de traiter une image de 5000 par 5000 pixels en 15 minutes environ. Cette recherche ouvre une série de pistes pour d’autres améliorations des modèles et méthodes liés au domaine des corrections radiométriques, notamment en ce qui concerne l’intégration de la FDRB (fonction de distribution de la réflectance bidirectionnelle) dans la formulation, la prise en compte des nuages translucides à l’aide de la modélisation de la diffusion non sélective et l’automatisation de la méthode des pentes équivalentes proposée pour les corrections topographiques.

Propidium monoazide (PMA) and ethidium bromide monoazide(EMA) improve DNA array and high-throughput sequencing ofporcine reproductive and respiratory syndrome virus identification

Pan-viral DNA array (PVDA) and high-throughput sequencing (HTS) are useful tools to identify novel viruses of emerging diseases. However, both techniques have difficulties to identify viruses in clinical samples because of the host genomic nucleic acid content (hg/cont). Both propidium monoazide (PMA) and ethidium bromide monoazide (EMA) have the capacity to bind free DNA/RNA, but are cell membrane-impermeable. Thus, both are unable to bind protected nucleic acid such as viral genomes within intact virions. However, EMA/PMA modified genetic material cannot be amplified by enzymes. In order to assess the potential of EMA/PMA to lower the presence of amplifiable hg/cont in samples and improve virus detection, serum and lung tissue homogenates were spiked with porcine reproductive and respiratory virus (PRRSV) and were processed with EMA/PMA. In addition, PRRSV RT-qPCR positive clinical samples were also tested. EMA/PMA treatments significantly decreased amplifiable hg/cont and significantly increased the number of PVDA positive probes and their signal intensity compared to untreated spiked lung samples. EMA/PMA treatments also increased the sensitivity of HTS by increasing the number of specific PRRSV reads and the PRRSV percentage of coverage. Interestingly, EMA/PMA treatments significantly increased the sensitivity of PVDA and HTS in two out of three clinical tissue samples. Thus, EMA/PMA treatments offer a new approach to lower the amplifiable hg/cont in clinical samples and increase the success of PVDA and HTS to identify viruses.

Investigations on Ultrasonic Transducer Array Systems for NDE of Underwater Pipelines

The main objective of carrying out this investigation is to develop suitable transducer array systems so that underwater pipeline inspection could be carried out in a much better way, a focused beam and electronic steering can reduce inspection time as well. Better results are obtained by optimizing the array parameters. The spacing between the elements is assumed to be half the wavelength so that the interelement interaction is minimum. For NDT applications these arrays are operated at MHz range. The wavelengths become very small in these frequency ranges. Then the size of the array elements becomes very small, requiring hybrid construction techniques for their fabrication. Transducer elements have been fabricated using PVDF as the active, mild steel as the backing and conducting silver preparation as the bonding materials. The transducer is operated in the (3,3) mode. The construction of a high frequency array is comparatively complicated. The interelement spacing between the transducer elements becomes considerably small when high frequencies are considered. It becomes very difficult to construct the transducer manually. The electrode connections to the elements can produce significant loading effect. The array has to be fabricated using hybrid construction techniques. The active materials has to be deposited on a proper substrate and etching techniques are required to fabricate the array. The annular ring, annular cylindrical or other similar structural forms of arrays may also find applications in the near future in treatments were curved contours of the human body are affected.

Array pattern nulling by element position perturbations using a genetic algorithm

A genetic algorithm has been used for null steering in phased and adaptive arrays . It has been shown that it is possible to steer the array null s precisely to the required interference directions and to achieve any prescribed null depths . A comparison with the results obtained from the analytic solution shows the advantages of using the genetic algorithm for null steering in linear array patterns

Polarisation Agile Microstrip Array Antenna Element

A new microstrip antenna element is described which exhibits polarization agility. This is achieved by employing a T-slot radiator which is driven by the edge fields of a balanced microstrip line. The balanced line can support two propagating modes. namely. an even mode and an odd mode, and be switching between these modes. the orthogonal arms of the T-slot radiator are separately excited thus forming orthogonally polarized radiated fields. A nucrostrip patch antenna, which displays polarization agility using the sane mechanism, is also described

Multi-user bidirectional communication using isochronal synchronisation of array of chaotic directly modulated semiconductor lasers

Isochronal synchronisation between the elements of an array of three mutually coupled directly modulated semiconductor lasers is utilized for the purpose of simultaneous bidirectional secure communication. Chaotic synchronisation is achieved by adding the coupling signal to the self feedback signal provided to each element of the array. A symmetric coupling is effective in inducing synchronisation between the elements of the array. This coupling scheme provides a direct link between every pair of elements thus making the method suitable for simultaneous bidirectional communication between them. Both analog and digital messages are successfully encrypted and decrypted simultaneously by each element of the array.

Complexity quantification of dense array EEG using sample entropy analysis

n this paper, a time series complexity analysis of dense array electroencephalogram signals is carried out using the recently introduced Sample Entropy (SampEn) measure. This statistic quantifies the regularity in signals recorded from systems that can vary from the purely deterministic to purely stochastic realm. The present analysis is conducted with an objective of gaining insight into complexity variations related to changing brain dynamics for EEG recorded from the three cases of passive, eyes closed condition, a mental arithmetic task and the same mental task carried out after a physical exertion task. It is observed that the statistic is a robust quantifier of complexity suited for short physiological signals such as the EEG and it points to the specific brain regions that exhibit lowered complexity during the mental task state as compared to a passive, relaxed state. In the case of mental tasks carried out before and after the performance of a physical exercise, the statistic can detect the variations brought in by the intermediate fatigue inducing exercise period. This enhances its utility in detecting subtle changes in the brain state that can find wider scope for applications in EEG based brain studies.

Phase synchronization in an array of driven Josephson junctions

We consider an array of N Josephson junctions connected in parallel and explore the condition for chaotic synchronization. It is found that the outer junctions can be synchronized while they remain uncorrelated to the inner ones when an external biasing is applied. The stability of the solution is found out for the outer junctions in the synchronization manifold. Symmetry considerations lead to a situation wherein the inner junctions can synchronize for certain values of the parameter. In the presence of a phase difference between the applied fields, all the junctions exhibit phase synchronization. It is also found that chaotic motion changes to periodic in the presence of phase differences.

Qualitative Air Flow Modelling and Analysis of Data Centre Air Conditioning as Multiple Jet Array

Data centre is a centralized repository,either physical or virtual,for the storage,management and dissemination of data and information organized around a particular body and nerve centre of the present IT revolution.Data centre are expected to serve uniinterruptedly round the year enabling them to perform their functions,it consumes enormous energy in the present scenario.Tremendous growth in the demand from IT Industry made it customary to develop newer technologies for the better operation of data centre.Energy conservation activities in data centre mainly concentrate on the air conditioning system since it is the major mechanical sub-system which consumes considerable share of the total power consumption of the data centre.The data centre energy matrix is best represented by power utilization efficiency(PUE),which is defined as the ratio of the total facility power to the IT equipment power.Its value will be greater than one and a large value of PUE indicates that the sub-systems draw more power from the facility and the performance of the data will be poor from the stand point of energy conservation. PUE values of 1.4 to 1.6 are acievable by proper design and management techniques.Optimizing the air conditioning systems brings enormous opportunity in bringing down the PUE value.The air conditioning system can be optimized by two approaches namely,thermal management and air flow management.thermal management systems are now introduced by some companies but they are highly sophisticated and costly and do not catch much attention in the thumb rules.

Qualitative air flow modelling and analysis of data centre air conditioning as multiple jet array

This work identifies the importance of plenum pressure on the performance of the data centre. The present methodology followed in the industry considers the pressure drop across the tile as a dependant variable, but it is shown in this work that this is the only one independent variable that is responsible for the entire flow dynamics in the data centre, and any design or assessment procedure must consider the pressure difference across the tile as the primary independent variable. This concept is further explained by the studies on the effect of dampers on the flow characteristics. The dampers have found to introduce an additional pressure drop there by reducing the effective pressure drop across the tile. The effect of damper is to change the flow both in quantitative and qualitative aspects. But the effect of damper on the flow in the quantitative aspect is only considered while using the damper as an aid for capacity control. Results from the present study suggest that the use of dampers must be avoided in data centre and well designed tiles which give required flow rates must be used in the appropriate locations. In the present study the effect of hot air recirculation is studied with suitable assumptions. It identifies that, the pressure drop across the tile is a dominant parameter which governs the recirculation. The rack suction pressure of the hardware along with the pressure drop across the tile determines the point of recirculation in the cold aisle. The positioning of hardware in the racks play an important role in controlling the recirculation point. The present study is thus helpful in the design of data centre air flow, based on the theory of jets. The air flow can be modelled both quantitatively and qualitatively based on the results.

Threading dislocation lines in two-sided flux-array decorations

Two-sided flux decoration experiments indicate that threading dislocation lines (TDLs), which cross the entire film, are sometimes trapped in metastable states. We calculate the elastic energy associated with the meanderings of a TDL. The TDL behaves as an anisotropic and dispersive string with thermal fluctuations largely along its Burgers vector. These fluctuations also modify the structure factor of the vortex solid. Both effects can, in principle, be used to estimate the elastic moduli of the material.