Rozdíly

Zde můžete vidět rozdíly mezi vybranou verzí a aktuální verzí dané stránky.

--- cs:sm [2017/05/07 22:08] – kaklik
+++ cs:sm [2017/06/02 09:59] – [Konstrukční realizace stanice] kaklik
@@ Řádek 28: / Řádek 28: @@
  {{:cs:designs:rsms:error50.gif?600|}}
-Stanice mají jednokanálové přijímače s GP anténami a GPS časovou referenci s absolutní přesností okolo 50ns. Vývoj toho systému zřejmě nijak intenzivně dále nepokračuje.
+Stanice mají jednokanálové přijímače s GP anténami a GPS časovou referenci s absolutní přesností okolo 50ns. Vývoj toho systému zřejmě nijak intenzivně dále nepokračuje.  Modernější výzkum v této oblasti probíhá na systému [[https://www.epj-conferences.org/articles/epjconf/pdf/2017/04/epjconf_arena2017_03003.pdf| LOFAR]].
-==== Radio Storm Monitoring Station ====
+===== Radio Storm Monitoring Station - RSMS01A =====
 Pro konstrukci měřící stanice na blesky jsou klíčovými parametry šířka pásma digitalizovaného signálu, dynamický rozsah přijímače a přesnost časového značkování vzorků signálu.
 ^Parametr ^ Hodnota^
-|Šířka pásma [MHz]| >6|
+|Šířka pásma zpracovávaného signálu| >6 MHz|
 |Pracovní RF frekvence přijímače| 100-300 MHz nebo více|
 |Dynamický rozsah přijímače| >100dB |
@@ Řádek 41: / Řádek 42: @@
 |Příkon| max 12W|
-Šířka pásma přijímací stanice přímo úměrně ovlivňuje přesnost měření. Pracovní frekvence přijímače může být v podstatě kdekoli ve VHF pásmu. Vyšší frekvence jsou výhodnější pro vyšší prostorová rozlišení, neboť bleskový výboj je extrémně širokopásmový signál. Zároveň však s vyššími frekvencemi klesá vyzařovaný výkon. Pro první verze stanice proto zřejmě není účelné se pokoušet o detekce nad cca 200 MHz, neboť se zkracuje použitelná detekční vzdálenost.
+Šířka pásma přijímače přímo úměrně ovlivňuje přesnost měření. Pracovní frekvence přijímače může být v podstatě kdekoli ve VHF pásmu. Vyšší frekvence jsou výhodnější pro vyšší prostorová rozlišení, neboť bleskový výboj je extrémně širokopásmový signál. Zároveň však s vyššími frekvencemi klesá vyzařovaný výkon. Pro první verze stanice proto zřejmě není účelné se pokoušet o detekce nad cca 200 MHz, neboť se zkracuje použitelná detekční vzdálenost a pravděpodobně i komplikuje struktura signálu.
-Dynamický rozsah přijímače je vhodný kvůli podrobnému zpracování signálu. Pro přesnější výpočty je potřebné, aby signál byl pokud možno nezkreslený. A to zejména tak, aby nebyl na žádné stanici, která detekuje výboj saturovaný.
+Velký dynamický rozsah přijímače je kvůli podrobnému zpracování detailů signálu. Pro přesnější výpočty je potřebné, aby signál byl pokud možno nezkreslený a to zejména tak, aby nebyl na žádné stanici, která detekuje výboj saturovaný.
-Časová přesnost určení vztažného bodu signálové události je nutná k rekonstrukci geometrického tvaru bleskového výboje zpracováním zpoždění šíření signálu k jednotlivým stanicím. Je proto možné přesnost posuzovat zejména ve vlastním čase systému, není zřejmě potřebné, aby přesnost k absolutnímu času podstatně lepší než např. 60 ns.
+Časová přesnost určení vztažného bodu signálové události je nutná k rekonstrukci geometrického tvaru bleskového výboje zpracováním zpoždění šíření signálu k jednotlivým stanicím. Je proto možné přesnost posuzovat zejména ve vlastním čase systému, není zřejmě potřebné, aby přesnost k absolutnímu času podstatně lepší než např. 60 ns ale systémový čas by měl být co nejpřesnější, ideálně na jednotky nanosekund
 Korekce mezi systémovým a absolutním časem je možné zavést až dodatečně na zaznamenaný signál.
-Příkon detekčního systému je limitován, takovým výkonem, aby zařízení bylo možné jednak ekonomicky akceptovatelně provozovat ve stacionárních konfiguracích napájených fotovoltaickými články a také v mobilních konfiguracích při terénním měření.
+Příkon detekční stanice je limitován takovým výkonem, aby zařízení bylo možné jednak ekonomicky akceptovatelně provozovat ve stacionárních konfiguracích napájených fotovoltaickými články a také v mobilních konfiguracích při terénním měření.
+==== Konstrukční realizace stanice ====
+Technická realizace přijímací stanice má několik dílčích komplikací, které je nutné systémově řešit.
+{{:cs:designs:rsms:rsms_receiver.png?600| Blokové schéma přijímače radiového monitoru atmosférických jevů}}
+{{ :cs:designs:rsms:signal_processig.png?600 |Způsob zpracování signálů}}
+=== Vstupní RF obvody ===
+Signál přijímaný anténou (Pro první experimenty by zřejmě byla vhodná [[http://www.ainfoinc.com/en/pro_pdf/new_products/antenna/Log%20Periodic%20Antenna/tr_DS-SJ-10100.pdf|crossed log-periodic antenna]]) Musí být zesílen nízko šumovým zesilovačem s vysokou vstupní odolnosti, aby bylo možné se vypořádat s vysokým dynamickým rozsahem vstupních signálů.
+Dále filtrován, aby byla omezen aliasing se signály s jiných pásem na dalších obvodech přijímače.
+=== Digitalizace ===
+Vyfiltrovaný signál bude zřejmě potřeba zesílit zesilovačem s variabilním ziskem, aby bylo možné digitalizovat signál s velkým dynamickým rozsahem. Pak je možné provést klasické směšování a nebo signál přímo digitalizovat některým [[cs:adcdual|rychlým ADC]] a využít [[https://en.wikipedia.org/wiki/Undersampling|aliasingu z vyšších nyquistových pásem]].
+=== Časové značkování ===
+Existence časových značek v záznamu je jedním z klíčových parametrů přijímací stanice. Pro uvažované přesnosti měření stačí jedna časová značka u význačné události v záznamu. (Například čas posledního vzorku.) Samotné vzorkování může probíhat podle volně běžícího oscilátoru, jehož frekvence muže být uložená v metadatech záznamu.
+Pro přidání informace o času k digitalizovanému signálu existuje více technických přístupů.
-=== Konstrukční realizace stanice ===
+  * Buď je možné synchronně s přijímaným signálem digitalizovat i [[cs:gnss|GNSS signál]] obsahující informace o čase.
+  * Nebo je příjem, demodulace a dekódování GNSS signálu řešen separátně a do pozorovacího záznamu jsou přidány pouze výsledky výpočtu.
-Technická realizace přijímací stanice má několik dílčích problémů.
+První možnost je technicky náročnější, neboť je buď spotřebován jeden digitalizační kanál na vzorkování navigačního signálu a nebo je navigační signál přimíchán k digitalizovanému signálu. Výhodou tohoto přístupu je minimální ztráta informace a tudíž i možnost zavést do pozorování dodatečné korekce získané například zpětně z referenčních stanic. Lze tak úplně využít všechny výhody signálového postprocessingu, neboť není vyžadováno, aby použité algoritmy poskytovaly nejlepší výsledek v reálném čase.
-== Vstupní RF obvody ==
+Druhé technické řešení využívá integrovaného GNSS přijímače, který poskytuje časové služby. Takovým přijímačem může být například [[https://www.u-blox.com/sites/default/files/products/documents/u-blox8-M8_ReceiverDescrProtSpec_%28UBX-13003221%29_Public.pdf|uBlox]]
+Tento přístup je jednodušší avšak znemožňuje většinu zpětných korekcí měření, neboť dochází k podstatné ztrátě informace.
-Signál přijímaný anténou (Pro první experimenty by zřejmě byla vhodná [[crossed log-periodic antenna|http://www.ainfoinc.com/en/pro_pdf/new_products/antenna/Log%20Periodic%20Antenna/tr_DS-SJ-10100.pdf]]) Musí být zesílen nízko šumovým zesilovačem zřejmě i s variabilním ziskem, aby bylo možné se vypořádat s vysokým dynamickým rozsahem vstupních signálů.
-Dále filtrován, aby byla omezena možnost cross modulace se signály s jiných pásem na dalších obvodech přijímače.
-== Digitalizace ==
+=== Zpracování digitálního signálu ===
- v kombinaci s některým [[cs:adcdual|rychlým ADC]].
+Digitální signál z ADC je nutné dále zpracovávat, aby potřebný datový tok byl omezen pouze na význačná data. K tomu je potřeba signál přenést do staničního počítače přes vhodné rozhraní. Při uvažovaných šířkách pásma připadá v úvahu buď 1G Ethernet, nebo USB 3.0. případně lze uvažovat o přímé kombinaci [[cs:parallella|FPGA s ARM]]. Kde lze očekávat odpadnutí problémů s datovým rozhraním, neboť data z ADC pak mohou být přenášena z FPGA přímo do operační paměti ARMu.
-== Zpracování digitálního signálu ==
+Poslední přístup je demonstrován na realizaci [[http://orbit.dtu.dk/files/118775559/Software_defined_GPS_receiver_on_the_Parallella16_board_v10.pdf| SDR GPS přijímače]]. Kde je zároveň využita paralelní výpočetní jednotka, která se v případě GPS stará o sledování signálů v kanálech. Podobné řešení by bylo zvláště vhodné v případě realizace časového značkování přimícháním GNSS signálu k měřeným datům.
+=== Staniční software ===
-[[http://orbit.dtu.dk/files/118775559/Software_defined_GPS_receiver_on_the_Parallella16_board_v10.pdf| SDR GPS přijímač]]
+V závislosti na konkrétním řešení předchozích záležitostí je potřeba zvolit konkrétní topologii staničního software. Obecně ale lze očekávat modulární řešení vycházející například ze systému [[https://www.gnuradio.org/|GNURadio]] s datovým výstupem jednotlivých detekovaných událostí ve formátu [[https://en.wikipedia.org/wiki/Hierarchical_Data_Format|HDF]] nebo [[https://en.wikipedia.org/wiki/FITS|FITS]].