Download this file


  Data Set Overview
  =================
    This data set consists of electric field spectrum analyzer data
    from the Voyager 2 Plasma Wave Subsystem obtained during the
    entire mission.  Future data will be added to this collection as they 
    become available.  The data set encompasses all spectrum
    analyzer observations obtained in the cruise mission phases
    before, between, and after the Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune 
    encounter phases as well as those obtained during the encounter phases.

    The Plasma Wave Subsystem instrument is described in:

    Scarf, F. L., & Gurnett, D. A. (1977). A plasma wave investigation for the 
    Voyager mission. Space Science Reviews, 21, 289-308. 
    https://doi.org/10.1007/BF00211543     

    The Voyager 2 spacecraft travels from Earth to beyond 130 AU over
    the course of this data set.  To provide some guidance on when
    some key events occurred during the mission, the following table
    is provided.

    Date         Event
    ----------   -------------------------------------------------
    1977-08-20   Launch
    1979-07-02   First inbound bow shock crossing at Jupiter
    1979-08-03   Last outbound bow shock crossing at Jupiter
    1981-08-24   First inbound bow shock crossing at Saturn
    1981-08-31   Last outbound bow shock crossing at Saturn
    1982-04-26   10 AU
    1983-08-30   Onset of first major LF heliospheric radio event
    1986-01-24   First inbound bow shock crossing at Uranus
    1986-01-29   Last outbound bow shock crossing at Uranus
    1986-05-26   20 AU
    1989-08-07   30 AU
    1989-08-24   First inbound bow shock crossing at Neptune
    1989-08-28   Last outbound bow shock crossing at Neptune
    1992-07-06   Onset of second major LF heliospheric radio event
    1993-05-08   40 AU
    1996-10-10   50 AU
    2000-01-27   60 AU
    2002-11-01   Onset of third major LF heliospheric radio event
    2003-04-21   70 AU
    2006-07-01   80 AU
    2007-08-31   Termination shock crossing
    2009-09-03   90 AU
    2012-11-04   100 AU
    2016-01-01   110 AU
    2018-11-05   119 AU Heliopause crossing
    2019-03-01   120 AU
    2022-04-06   130 AU
    2025-06-21   140 AU
    2028-08-15   150 AU



  Data Sampling
  =============
    This data set consists of full resolution calibrated, wave electric
    field intensities in V/m from the Voyager 2 Plasma Wave Receiver spectrum
    analyzer obtained during the entire mission.  For each time
    interval, a field strength is determined for each of the 16
    spectrum analyzer channels whose center frequencies range from 10
    Hertz to 56.2 kiloHertz and which are logarithmically spaced in
    frequency, four channels per decade.  The time associated with
    each set of intensities (16 channels) is the time of the beginning
    of the scan.  The time between spectra in this data set vary by
    telemetry mode and range from 4 seconds to 96 seconds.  During
    data gaps where complete spectra are missing, no entries exist in
    the file, that is, the gaps are not zero-filled or tagged in any
    other way.  When one or more channels are missing within a scan,
    the missing measurements are zero-filled.  These data are produced
    onboard the spacecraft continuously and are meant to be telemetered
    directly to the ground (no store and playback), but the spacecraft is 
    only tracked a variable number of hours per day, hence, particularly for 
    cruise phases, there are typically only of order 8 hours of data per day. 
    Data are calibrated.  A summary of calibration procedures and tables used 
    to produce this data set are provided for information; the use of these is 
    described below.

    For the cruise data sets, the timing of samples is dependent upon
    the spacecraft telemetry mode.  In principle, one can determine
    the temporal resolution between spectra simply by noting the
    difference in time between two records in the files.  In some
    studies, more precise timing information is necessary.  Here, we
    describe the timing of the samples for the PWS low rate data as a
    function of telemetry mode.

    The PWS instrument uses two logarithmic compressors as detectors
    for the 16-channel spectrum analyzer, one for the bottom (lower
    frequency) 8 channels, and one for the upper (higher frequency) 8
    channels.  For each bank of 8 channels, the compressor
    sequentially steps from the lowest frequency of the 8 to the
    highest in a regular time step to obtain a complete spectrum.  At
    each time step, the higher frequency channel is sampled 1/8 s
    prior to the lower frequency channel so that the channels are
    sampled in the following order with channel 1 being the lowest
    frequency channel (10 Hz) and 16 being the highest (56.2 kHz): 9,
    1, 10, 2, 11, 3, ...  15, 7, 16, 8.  The primary difference
    between the various data modes is the stepping rate from one
    channel to the next (ranging from 0.5 to 12 s, corresponding to
    temporal resolutions between complete spectra of 4 s to 96 s).

    In the following table, we present the hexadecimal id for the
    various telemetry modes, the mode mnemonic ID, the time between
    frequency steps, and the time between complete spectra.  We also
    provide the offset from the beginning of the instrument cycle (one
    complete spectrum) identified as the time of each record's time
    tag to the time of the sampling for the first high-frequency
    channel (channel 9) and for the first low-frequency channel
    (channel 1).

                                    Time
                        Frequency   Between      High Freq.  Low Freq.
  MODE (Hex)  MODE ID   Step (s)    Spectra (s)  offset (s)  offset (s)
     01         CR-2    0.5              4.0         0.425     0.4325
     02         CR-3    1.2              9.6         1.125     1.1325
     03         CR-4    4.8             38.4         0.425     0.4325
     04         CR-5    9.6             76.8         0.425     0.4325
     05         CR-6    12.             96.0         0.9275    0.935
     06         CR-7    NOT IMPLEMENTED
     07         CR-1    0.5              4.0         0.225     0.2325
     08         GS-10A  SAME AS GS-3
     0A         GS-3    0.5              4.0         0.425     0.4325
     0C         GS-7    SAME AS GS-3
     0E         GS-6    SAME AS GS-3
     16         OC-2    SAME AS GS-3
     17         OC-1    SAME AS GS-3
     18       **CR-5A   0.5              4.0         0.425     0.4325
     19         GS-10   SAME AS GS-3
     1A         GS-8    SAME AS GS-3
     1D       **UV-5A   SAME AS CR-5A

    **In CR-5A and UV-5A, the PWS is cycled at its 0.5 sec/frequency
    step or 4 sec/spectrum rate, but 4 measurements are summed on
    board in 10-bit accumulators and these 10-bit sums are downlinked.
    On the ground, the sums are divided by 4, hence providing, in a
    sense, 16-second averages.  One of every 12 sets of sums is
    dropped on board in order to avoid LECP stepper motor
    interference.

  Parent Data Set
  ===============

    These data are a fully calibrated version of the originally archived PDS3 
    data included in:
 
       VOYAGER PWS DATA: VG2-J/S/U/N/SS-PWS-2-RDR-SAFULL-V1.0 
       https://doi.org/10.17189/1519961

    In addition to being fully calibrated, they have been reformatted into CDF
    format for ease in access.

    The remainder of this file describes the calibration procedure used to 
    arrive at the values in the present data collection.                                                     


  Data Processing
  ===============
    The spectrum analyzer data are a continuous (where data are
    available) low resolution data set which provides wave intensity as
    a function of frequency (16 log-spaced channels) and time (one
    spectrum per time intervals ranging from 4 seconds to 96 seconds,
    depending on telemetry mode).  The data are typically plotted as
    amplitude vs. time for one or more of the channels in a strip-chart
    like display, or can be displayed as a frequency-time spectrogram
    using a gray- or color-bar to indicate amplitude.  With only sixteen
    channels, it is usually best to stretch the frequency axis by
    interpolating from one frequency channel to the next either linearly
    or with a spline fit.  One must be aware if the frequency axis is
    stretched that more resolution may be implied than is really
    present.  The Voyager PWS calibration table is given in an ASCII
    text file named VG2PWSCL.TAB (for Voyager-2).  This provides
    information to convert the uncalibrated 'instrument data number'
    output of the PWS 16-channel spectrum analyzer to calibrated antenna
    voltages for each frequency channel.  Following is a brief
    description of this file and a tutorial in its application.

    Descriptive headers have been removed from this file.  The columns
    included are IDN, CHAN_01, CHAN_02, CHAN_03, CHAN_04, CHAN_05,
    CHAN_06, ... CHAN_16.

    The first column lists an uncalibrated data number followed by the
    corresponding value in calibrated volts for each of the 16
    frequency channels of the PWS spectrum analyzer.  Each line
    contains calibrations for successive data number values ranging
    from 0 through 255.  (Data number 0 actually represents the lack
    of data since the baseline noise values for each channel are all
    above that.)

    A data analysis program may load the appropriate table into a data
    structure and thus provide a mapping from insturment data numbers
    to voltages for each frequency channel.  For example, the following
    C code may be used to load a calibration array for Voyager 2 PWS:

      int idn;
      double cal[256][16];
      FILE* file = fopen(''VG2PWSCL.TAB'', ''rb'');
      
      for(int iamp = 0; iamp ❮ 256; ++iamp){
         fscanf(file, '' %3d'', idn);
         for(int ichan = 0; ichan ❮ 16; ichan)
            fscanf(file, '',%8lE'', cal[iamp][ichan]);
      }
    
    ( Here two single quotes, '', are use in place of double-quote
      characters due to PDS documentation limitations. )

    Then, given an instrument data value idn for the frequency channel
    with index, ichan, the corresponding calibrated antenna voltage
    would be given by the following array reference:

      volts[ichan] = cal[idn][ichan];

    This may be converted to a wave electric field amplitude by
    dividing by the effective antenna length in meters, 7.07 m.  That
    is:

      efield[ichan] = volts[ichan] / 7.07;

    Spectral density units may be obtained by dividing the square of
    the electric field value by the nominal frequency bandwidth of the
    corresponding spectrum analyzer channel.

      specdens[ichan] = (efield * efield) / bandwidth[ichan];

    The center frequencies and bandwidths of each PWS spectrum
    analyzer channel for the Voyager 2 spacecraft are given below:

      VOYAGER 2 PWS SPECTRUM ANALYZER
      Voyager-2
      Channel    Center Frequency      Bandwidth
          1          10.0  Hz           2.16 Hz
          2          17.8  Hz           3.58 Hz
          3          31.1  Hz           4.50 Hz
          4          56.2  Hz          10.7  Hz
          5         100.   Hz          13.8  Hz
          6         178.   Hz          28.8  Hz
          7         311.   Hz          39.8  Hz
          8         562.   Hz          75.9  Hz
          9           1.00 kHz         75.9  Hz
         10           1.78 kHz        151.   Hz
         11           3.11 kHz        324.   Hz
         12           5.62 kHz        513.   Hz
         13          10.0  kHz        832.   Hz
         14          17.8  kHz       1260    Hz
         15          31.1  kHz       2400    Hz
         16          56.2  kHz       3800    Hz

    Finally, power flux may be obtained by dividing the spectral
    density by the impedance of free space in ohms:

      pwrflux[ichan] = specdens[ichan] / 376.73;

    Of course, for a particular application, it may be more efficient
    to apply the above conversions to the calibration table directly.


    Voyager 2 PWS SA Data Number Correction
    ---------------------------------------
    A failure in the Voyager 2 Flight Data System which occurred about 3
    months after launch has adversely affected the calibration of PWS
    channels 9 through 16.  An algorithm has been devised to partially
    correct for this failure, and has proven useful for Voyager 2
    Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune encounters, but is not valid
    for Earth-Jupiter cruise and may be modified in the future.  The
    following implementation of this correction algorithm in C
    assumes that uncalibrated data numbers are stored in a 16-element
    integer array, named 'idn', with the array index equal to the PWS
    channel number minus one:


    float tonl[8] = {2.0, 1.0, -1.0, -2.0, -3.0, 1.0, 2.0, 1.0};

    /* Instrument data number correction for upper 8 channels from:
     *
     *   1977-267T00:47 to 1977-283T16:00
     *   1978-010T20:04 to 2006-324T20:50
     */
       
    for(int ichan = 8; ichan ❮ 16; ++ichan){
      if( idn[ichan] ❮= 0 ) continue; 
       
      if( idn[ichan] ❮ 64) idn[ichan] = 64;

      if( idn[ichan] ❮= 72 ) 
        idn[ichan] = (int)(tonl[ichan-8] - 530.4 + 8.6*idn[ichan] );
      else
        idn[ichan] = (int)(tonl[ichan-8] + 20.133 + 0.99*idn[ichan]);

      /* Telemetry bit errors can result in corrections above 255 */
      if(idn[ichan] ❯ 255) idn[ichan] = 255;
    }
     

    /* Instrument data number correction for upper 8 channels from:
     *
     *   1977-283T16:00 to 1977-312T20:12
     *   1977-335T21:54 to 1978-010T20:04    
     *   2006-324T20:50 to present (at least 2016-245)
     */
         
    for(int ichan = 8; ichan ❮ 16; ++ichan){
      if( idn[ichan] ❮= 0 ) continue; 
      
      if( idn[ichan] ❮ 64) idn[ichan] = 64;

      if( idn[ichan] ❮= 86 ) 
        idn[ichan] = (int)(tonl[ichan-8] - 650.8 + 8.6*idn[ichan] );
      else
        idn[ichan] = (int)(tonl[ichan-8] + 6.253 + 0.99*idn[ichan] );

      /* Telemetry bit errors can result in corrections above 255 */
      if(idn[ichan] ❯ 255) idn[ichan] = 255;
    }

    These correction should not be applied permanently to the Voyager 2
    calibration table since they are valid for a limited time span and
    may be modified in the future.  These corrections are applicable to
    data in the UTC time ranges noted in the source comments above and
    should be applied as if all data values are 8-bit measurements.
    For 10-bit sums (modes CR-5A and UV-5A, i.e. TELETMETRY_MODE column
    values 0x18 and 0x1D) data numbers must first be divided by 4, and
    then corrected with the algorithms above.

    Additional information about this data set and the instrument
    which produced it can be found elsewhere in this catalog.  A
    complete instrument description can be found in
    [SCARF&GURNETT1977].


  Data
  ====
    The spectrum analyzer data are a continuous (where data are
    available) low resolution data set which provides wave intensity as
    a function of frequency (16 log-spaced channels) and time (one
    spectrum per time intervals ranging from 4 seconds to 96 seconds,
    depending on telemetry mode).  Each sample is nominally an 8-bit
    value which is roughly proportional to the log of the signal
    strength.  In telemetry modes CR-5A and UV-5A the values are 10-bit
    sums of 4 original 8-bit instrument samples.  Zero values indicate
    missing samples and negative values indicate samples flagged as
    contaminated by interference (see below).  Note that none of these data 
    are recorded onboard and are simply streamed to the telemetry downlink 
    in realtime.  Hence, data only exist if there is a link to a Deep Space
    Network (DSN) complex established.  Coverage was nearly complete for the
    planetary flybys but are limited by DSN coverage for the Voyager 
    Interstellar Mission (VIM).  Typical coverage for VIM is 8 hours per day,
    but can be as short as two or three hours and can be as much as 16 hours
    or more.  Occasionally, no coverage is available due to DSN contention 
    or other circumstances, in which case some days may have no data in which 
    case no file is created.


  Ancillary Data
  ==============
    None


  Coordinates
  ===========
    The electric dipole antenna detects electric fields in a dipole
    pattern with peak sensitivity parallel to the spacecraft x-axis.
    However, no attempt has been made to correlate the measured field
    to any particular direction such as the local magnetic field or
    direction to a planet.  This is because the spacecraft usually
    remains in a 3-axis stabilized orientation almost continuously.
    The only exception to this are a small number of occasions during
    calibration turns when the modulation of the low-frequency
    heliospheric radio emission could be used to do direction-finding
    on the source of these emissions [GURNETTETAL1998]."

    CONFIDENCE_LEVEL_NOTE          = "

  Overview
  ========
    This data set includes all available spectrum analyzer data acquired
    during the Voyager 2 mission to date.  The data set has been cleaned
    as well as possible for periodic noise spikes due to a stepper motor
    operating on the LECP and a modulated grid within the PLS.  The
    'bad' points remain in the data set as negative numbers with the
    same absolute value as the original data point so that the point can
    be skipped in normal data processing by testing for negative values
    or recovered for special inspection by converting the sign back to a
    positive one.  Other possible sources of noise which have not been
    eliminated include random intense spikes of noise below 1 kiloHertz
    due to the operation of attitude control thrusters.  Other randomly
    occurring spikes or time periods of intense spikes over the entire
    frequency range are indicative of telemetry errors.  No attempt has
    been made to remove spikes since some could be valid data, i.e. real
    bursts of wave activity.  The 17.8-Hz channel is sometimes
    contaminated by interference from the PRA instrument, depending on
    that instrument's mode.  This interference is at a relatively
    constant level.

    Also, see discussion in the "Data" section describing the fact that 
    data only exist when the spacecraft downlinks to the DSN in realtime, 
    which is usually much less than a full day.                                                        

    A failure in the Voyager 2 flight data system on September 24, 1977
    has decreased the sensitivity and the calibration accuracy of the
    upper 8 spectrum analyzer channels (i.e. 1 kiloHertz and higher).
    One aspect of this failure is that voltages on other inputs to a
    multiplexer shared by the PWS upper 8 channels can affect the PWS 
    data.  Hence, if all 8 upper channels move up and down together, it
    is likely this is a side effect of the failure and not a real effect
    in the PWS data.

    An intermittent failure appeared in the Voyager 2 17.8 Hz channel
    beginning on November 6, 1995.  The channel now exhibits three
    states.  In the original failed state, the channel becomes very
    noisy, outputting an abnormally large signal.  In a second failed
    state, the output goes to zero.  However, for the majority of the
    time since the failure, the channel outputs credible measurements in
    the correct amplitude range.

    Beginning in May 2001 the Voyager 2 wideband receiver began to
    display degraded operation and by September of 2002, the receiver
    showed virtually no response.  Attempts to playback wideband data
    from Voyager 2 have ceased.


  Review
  ======
    This archival data set was examined by a peer review panel prior to
    its acceptance by the Planetary Data System (PDS).  The peer review
    was conducted in accordance with PDS procedures.

    Prior to creation of the final version of the archival data set, key
    elements of the archive were distributed for preliminary review.
    These included electronic versions of example PDS labels, CATALOG
    files, and Software Interface Specifications.  These materials were
    distributed to PDS personnel, the experiment investigator, and
    others, as appropriate.