MLAB wiki

Máte načtenou starší verzi dokumentu! Pokud ji uložíte, vytvoříte tím novou aktuální verzi.

====== Radiová Meteorická Detekční Stanice RMDS01A ======

===== Konfigurace Hardware detekční stanice =====

Většina použitých dílů pochází z projektu [[http://www.mlab.cz/| Modulární elektronické stavebnice MLAB]].

==== Potřebné vybavení ====

- Přijímač [[cs:sdrx|SDRX01B]] [[http://www.ust.cz/shop/product_info.php?cPath=29&products_id=76 | e-shop UST]]
  - [[http://www.mlab.cz/Modules/Clock/CLKGEN01B/DOC/DG8SAQ_emulator.cs.pdf|Kmitočtový syntezátor]] laditelný přes USB [[http://www.ust.cz/shop/product_info.php?products_id=90 | e-shop UST]]
  - 2x napájecí modul [[cs:unipower|UNIPOWER02A]]  [[http://www.ust.cz/shop/product_info.php?cPath=22_35&products_id=127 | e-shop UST]]
  - 2x síťový napájecí zdroj 12V  [[http://www.ust.cz/shop/product_info.php?cPath=30_50&products_id=115 | e-shop UST]] 
  - Koaxiální kabel RG58 [[http://www.ust.cz/shop/product_info.php?cPath=30_43&products_id=174 | e-shop UST]]
  - Předzesilovač [[cs:lna|LNA01A]] [[http://www.ust.cz/| UST]] 
  - 3x SMA konektory na kabel [[http://www.ust.cz/shop/product_info.php?cPath=30_59_71&products_id=207 | e-shop UST]]
  - UHF konektory zásuvka do panelu a vidlice na kabel (pro konstrukci antény).
  - PC s dostatečným výpočetním výkonem pro zpracování signálu. Vyzkoušeným minimem je Intel Atom N270 1,6GHz 1GB RAM pro vzorkování 48kHz.
  - Kvalitní zvuková karta. Např. [[http://www.muziker.cz/studio-podium/nahravaci-studio/usb-externi-zvukove-karty/p/7903-behringer-UCA-202-U-CONTROL | Behringer UCA 202 U-CONTROL ]]
  - Internetová konektivita.

==== Přijímací anténa ====

=== 1/4 Ground Plane ===

Je základní anténou pro příjem signálu odraženého od ionizovaných stop. Její hlavní předností jsou malé rozměry, takže umožňuje i instalaci na balkon, terasu a podobně. Důležitá je ale také její primitivní konstrukce, která umožňuje její snadnou výrobu a je proto vhodná pro začátečníky.

Nevýhodou je, že vyzařovací charakteristika má v zenitu ostrou nulu, to znamená že bude velmi špatně detekovat meteory, prolétající nad hlavou na rozdíl od klasického vizuálního pozorování.

[[http://www.ccars.org/projects/2mgp/tech_2mgp.htm|GP anténa]] je složena ze dvou hlavních částí zářiče (svislá část), radiálu (vodorovná část) a koaxiálního konektoru, který má hlavně význam mechanické podpory.

Konektor svodu antény je [[http://rasel.cz/www/obrazky/velke/209-210.jpg|UHF zásuvka do panelu]]. 
Protikus na koax je [[http://rasel.cz/www/obrazky/velke/209-002_001.jpg|UHF zástračka na koax]]

=== Umístění antény ===

Zářič antény by měl být umístěn dostatečně daleko (minimálně 2 lambda) od velkých nebo vodivých objektů, jako jsou zdi budovy, dráty, zábradlí atd.

Vhodný směr natočení radiálu antény je na západ směrem k vysílači radaru GRAVES. Kde očekáváme nejlepší odrazy od stop meteorů.

=== Jiné typy antén ===

Zajímavou konstrukcí antény, která by měla řešit nedostatky GP antény je takzvaný [[http://on6wg.pagesperso-orange.fr/Doc/Antenne%20Eggbeater-Engl-Part1-Full.pdf|eggbeater]]

Nebo anténa typu [[http://en.wikipedia.org/wiki/Turnstile_antenna|Turn style]]

Dalším zajímavým experimentem by mohly být dva skřížené dipóly nad vodivou rovinou. Tímto způsobem by pravděpodobně zesilovač bylo možné integrovat přímo do antény a vytvořit tak aktivní anténu s lepšími šumovými parametry a spolehlivostí, než oddělená konstrukce GP antény a LNA.

Pro příjem odraženého signálu byla také testována [[http://en.wikipedia.org/wiki/Discone_antenna|Discone antena]], která sice také funguje, ale její nevýhodou je vysoká širokopásmovost, která způsobuje i průnik nežádoucích signálů.

==== Koaxiální konektory ====

Je vhodné používat pro MLAB standardní šroubovací koaxiální konektory typu SMA. Jdou odolnější. A mají lepší elektrické vlastnosti než jiné typy konektorů (např. BNC nebo F).

Nedoporučuje se používat konektory BNC. Protože nejsou odolné proti povětrnostním vlivům, ani nemají dostatečné elektrické parametry, útlum, vodivost, elektromagnetické prosakování atd.

==== Koaxiální kabely ====

Vhodné je použít kvalitní 50 Ohm koaxiální kabel s dobrým stíněním, které zabrání průniku rušení (například z PC) do vstupu přijímače jinak než přes anténu.  Zatím obvykle používáme kabely typu RG58, konkrétní typ je [[http://www.gme.cz/koaxialni-kabely-50r/rg-58u-96fa-p651-301/|RG-58U/96FA]].  Vyrábí se ale i kvalitnější kabely například [[http://www.gme.cz/koaxialni-kabely-50r/rg-58-ekh-155-p651-320/|RG-58-EKH-155]] nebo LMR 195.

Vhodné je používat minimální potřebnou délku koaxiálního kabelu, aby nedocházelo ke zbytečným ztrátám signálu ve svodu.

==== Přijímač SDRX01B ====

Je softwarově definovaným přijímačem primárně vyvinutým pro radioastronomické experimenty, jeho vlastnosti jsou proto více než dostatečné i pro detekci meteorů. [[cs:sdrx|Další informace o jeho parametrech]]

=== Digitalizace signálu ===

== Zvuková karta ==

Pro digitalizaci nízkofrekvenčního signálu z přijímače je možné využít zvukovou kartu počítače se stereo vstupem. Důležitým parametrem zvukové karty je dobrý odstup signál šum (S/N minimálně 80dB). Co se týká vzorkovací frekvence, tak lze meteory detekovat i se vzorkováním 48 kHz. Je tím ovšem snížena časová rozlišovací schopnost stanice.

Vzhledem k poměrně velkým nárokům, které jsou kladeny na kvalitu zvukové karty a v důsledku její vysoké ceny je v poslední době tendence od použití zvukové karty ustoupit a použít nějaký vlastní digitalizační hardware.

===== Konfigurace software detekční stanice =====

Nastavení softwaru stanice je rozděleno na dva kroky, prvním je naladění přijímače na frekvenci, kde vysílá radar GRAVES a v dalším kroku nastavení detekce meteorů v přijímaném pásmu.

==== Lokální oscilátor přijímače ====

Jako lokální oscilátor (LO) lze použít [[http://www.mlab.cz/Modules/Clock/CLKGEN01B/DOC/DG8SAQ_emulator.cs.pdf|USB kmitočtový syntezátor]] s modulem [[cs:clkgen|CLKGEN01B]]. Způsob zacházení s lokálním oscilátorem se liší podle zvoleného operačního systému na detekčním počítači. Po [[cs:sdrx&#ladeni_lokalniho_oscilatoru|instalaci nutného softwaru]] je potřeba naladit LO na frekvenci blízkou kmitočtu na kterém vysílá GRAVEs. Nejčastěji se používá o něco nižší frekvence než skutečná nosná frekvence radaru (například 143,0395 MHz).

=== Automatické naladění lokálního oscilátoru ===

Lokální oscilátor je třeba vždy po zapnutí stanice vždy znovu naladit. K tomu je připraven init skript, který naladění provede automaticky během zavádění systému. Do systému jej nainstalujeme následujícím postupem:

wget http://www.mlab.cz/Designs/Measuring_instruments/RMDS01A/SW/Scripts/setup_lo
  sudo mv setup_lo /etc/init.d/
  sudo chmod 555 /etc/init.d/setup_lo

Po stažení a nakopírování skriptu je potřeba ještě nastavit frekvenci na kterou má být lokální oscilátor vždy naladěn. Ta se vlivem výrobních tolerancí oscilátorů může na jednotlivých stanicích lišit. Nastavení se provede přímo v ladícím skriptu na řádku 44 kde je  v příkladu nastavená hodnota //freq=142.997918// MHz.

Po úpravě skriptu necháme vygenerovat odkazy do spouštěcích adresářů následujícím příkazem:

sudo update-rc.d  setup_lo defaults
=== Kontrola kalibrace LO ===

Občas je potřeba při ladění lokálního oscilátoru zkontrolovat jeho správnou kalibraci. To lze vyzkoušet například na informačních majácích řízení letového provozu. V Praze například dobře funguje služba VOLMET na 125.525 MHz Pro jiná místa lze frekvence najít v 
[[http://www.kmitocty.cz/?page_id=335|tabulce kmitočtů jiných stanic]]. Všechny letecké vysílače vysílají amplitudovou modulací s nepotlačenou nosnou. Lokální oscilátor je proto možné zkalibrovat na nosný kmitočet i v případě, že samotná modulace je nesrozumitelná.

{{ :cs:sdr:volmet_narodni.jpg?200 |Ukázka naladění služby VOLMET národní v programu SpectrumLab}}

Na obrázku je ukázáno naladění signálu na 125,525 MHz. Lokální oscilátor je ale naladěn na 125,515 MHz, proto je signál viditelný na přibližně 10 kHz v audiopásmu.

==== Detekce meteorů ====

Softwarových nástrojů na detekcí meteorů v signálu z SDR přijímače je pouze několik. Nejednoduší, způsob jak začít s pozorováním je použít program SpectrumLab a předpřipravený konfigurační soubor.

Pokud digitalizujete signál zvukovou kartou a používáte přijímač SDRX01B, tak je vhodné lokální oscilátor nastavit například na 143,0398MHz. Tím se signál radaru přesune na frekvenci 10,2 kHz což je vyhovující pro vzorkování různými zvukovými kartami. S čímž počítá i [[http://www.mlab.cz/Designs/HAM%20Constructions/SDRX01B/SW/meteor_detect/Sdrx01B_meteor.USR|konfigurační soubor]] (Pokud ze zobrazí v prohlížeči, tak je třeba jej uložit jako textový soubor s příponou .USR), který na této frekvenci spektra bude vyhledávat meteory.

=== SpectrumLab ===

Pro on-line zpracování dat přímo na stanici je k dispozici [[http://www.mlab.cz/Designs/Measuring_instruments/RMDS01A/SW/SpectrumLab/meteor_detect/nachodsko.usr|konfigurační soubor]]  (Pokud ze zobrazí v prohlížeči, tak je třeba jej stáhnout jako textový soubor s příponou .USR), který  po nahrání do SpectrumLabu automaticky detekuje meteory na audio frekvencích 10500Hz do 11000Hz. Jako přijímač předpokládá SDRX01B s Lokálním oscilátorem naladěným na 143,039250MHz v případě příjmu odrazů z radaru GRAVES.

Nastavení cesty, kam se mají obrázky ukládat se provede v okně "conditonal actions" v záložce "screen capture"

Zde je potřeba si dát pozor, že uvedená cesta "D:\capture\meteor" znamená složku kam se bude ukládat "D:\capture\" a navíc i prefix souboru  "meteorXX".

V okně je pak dále vhodné vyplnit nějaký rozumný název pozorovacího místa a souřadnice pracoviště.

Samotný detekční skript pak vypadá následovně:

Princip jeho funkce je v tom, že si z rozsahu frekvencí 9800-10200Hz změří úroveň šumového pozadí a tu pak porovnává s intenzitou oblasti, kde očekává vysílání radaru GRAVES tedy na audio rozsahu 10300-10900Hz. Pokud je v tomto místě nalezena zvýšená intenzita signálu o cca 7dB, je detekován meteor. Ve spektrogramu je pak zobrazena značka poznamenávající sekundu ve kterém byl meteor detekován od začátku poslední minuty a dále jeho pořadové číslo v hodině, změřená úroveň šumového pozadí, frekvence jeho detekovaného maxima a nekalibrovaná magnituda vypočtená z intenzity odrazu.

== Detekční skript ==
 
Vysvětlení některých proměnných v detekčním skriptu:

; n   noise background
  ; n1  noise backgroud at begining of detection
  ; f   frequency of maximum amplitude
  ; f1  frequency of maximum amplitude at meteor beginig
  ; a   averadge amplitude +- 100 Hz
  ; m   magnitude
  ; m1  maximal magnitude
  ; s0  station name
  ; s1  capture jpg directory
  ; s2  capture audio directory
  ; s3  text data directory
  ; C   counter 50 ms
  ; H   helper counter
  ; E   count of meteors in hour 
 
Obvykle je třeba upravit:

n=noise(9800,10200)                     ; rozsah frekvenci ze kterých se pocita sum pozadi
  f=peak_f(10300,10900)                ; rozsah frekvenci ve kterych se hledaji meteory
  a=avrg(f-100,f+100)                       ; rozsah frekvenci ze kterých se prumeruje amplituda odrazu (ruseni bud je sirokopasme, nebo naopak na jedne frekvenci, tim se odlisuje od meteoru)
  if( a>(n+7) )                                       ; 7 urcuje prahovou citlivost pro detekci (cim mensi číslo, tim citlivejsi)

== Minimální instalace v Linuxu ==

Stanice je obvykle provozována na distribuci Ubuntu server. Použitelné jsou zatím všechny verze od 12.04 výše.

Vedle X serveru a Wine je potřeba nainstalovat základní okenní manažer (např. [[http://openbox.org|Openbox]]) a přihlašovací manažer (např. [[http://www.freedesktop.org/wiki/Software/LightDM/|LightDM]]). Automatické spouštění SpectrumLabu po přihlášení do grafického prostředí lze zařídit pomocí souboru ~/.xsession, to je popsáno například [[https://wiki.ubuntu.com/CustomXSession|na Ubuntu wiki]]. LightDM je k jeho používání třeba [[https://wiki.ubuntu.com/CustomXSession#LightDM_configuration|nakonfigurovat]].

Ukázkový soubor ~/.xsession, či ~/.xinitrc pod symbolickým odkazem:
<code>
#!/usr/bin/env bash
wine ~/.wine/drive_c/Spectrum/SpecLab.exe &
exec openbox-session
</code>

Po zvolení ~/.xsession jako výchozího sezení po přihlášení, u LightDM se do něho stačí jednou přihlásit, se může nastavit automatické přihlašování:
<code>
$ sudo /usr/lib/lightdm/lightdm-set-defaults --autologin username
</code>

SpectrumLab se tak spustí po zapnutí počítače.

==== Publikace dat ====

Proto aby měřená data mohla získat nějaký vědecký význam je třeba je dát k dispozici ostatním pozorovatelům. Za tímto účelem vzniklo již několik celosvětových databází, kam lze data ukládat. V současné době se jedná o centralizovaném úložišti pro data pozorovatelů provozovaného Českou astronomickou společností. Zatím je záloha dat řešena uploadem na provizorní server pomocí [[http://www.mlab.cz/WebSVN/listing.php?repname=MLAB&path=%2FDesigns%2FMeasuring_instruments%2FRMDS01B%2FSW%2FTools%2F#_Designs_Measuring_instruments_RMDS01B_SW_Tools_|bash skriptů]].

Ve výsledku by toto datové úložiště mělo automaticky řešit distribuci dat do dalších pozorovacích sítí.

=== IMO ===

Jde o organizaci z historických důvodů primárně zaměřenou na vizuální pozorování meteorů. http://www.imo.net/ Avšak zajímají se i o radiová data především z významných událostí.

=== RMOB ===

Je asi celosvětově největší sítí specializovanou na rádiové pozorování meteorů. Data je možno na [[http://rmob.org/index.php|RMOB.org]] nahrávat pomocí jejich programu [[http://rmob.org/dwnld.php?lng=en&pg=127|Colorgaramme]]. Který periodicky data nahrává na jejich server přes FTP. Tento software by měl být v blízké době nahrazen  [[https://github.com/MLAB-project/rmob-export|novým softwarem]] generujícího jejich formát záznamů z dat nahraných na centrální úložiště.

=== Astrozor ===

[[http://www.astrozor.cz/|Astrozor]] je webová stránka shromažďující především informace o Astronomických pozorovacích stanovištích. Je vhodné na tomto webu registrovat svojí detekční stanici, aby i ostatní uživatelé věděli o její existenci. Dále zde lze publikovat data a informace k význačným událostem astronomického charakteru, nebo organizovat akce.

======= Upgrade na verzi RMDS01B =======

Přidáním setu na synchronizaci času vznikne detekční stanice verze 01B. Celé zařízení se pak skládá z následujících modulů:

Hlavní rozdíl je v přidání komponentů z konstrukce [[cs:time_sync|synchronizátoru času]].

====== Parametry stanic ======

===== Detekční limity =====

Citlivost systému dosud nebyla experimentálně ověřena, protože chybí srovnávací data z jiných zdrojů. Citlivost stanice na odrazy meteorů je také ovlivněna [[cs:meteory_rusenie|různými druhy rušení]].

===== Frekvenční stabilita =====

Frekvenční stabilita přijímače stanice je ovlivněna hlavně teplotou lokálního oscilátoru. Na následujícím obrázku je vidět odhadovaná teplotní závislost vycházející ze změřeného teplotního posuvu. Změna frekvence byla pozorována na kompletní soustavě i se zvukovou kartou SoundBlaster USB External 24bit live.

{{:cs:sdr:sdr_temp_calib.png?300|Odhad vlivu teploty na přijímací sestavu detektoru meteorů}}

Použitý počítač byl Asus EEE, který se obecně dobře hodí pro použití v přenosném detektoru.

====== TODO ======

* Prozkoumat možnost ovládání Si570 přímo ze SpectrumLabu http://www.qsl.net/d/dl4yhf///////speclab/settings.htm
  * Připravit .deb balíček pro instalaci na Linuxové stanici.
  * Připravit zadání diplomové práce (vysilač pro detekci meteorů)

Vyplňte, prosím, všechna písmena v poli, abyste dokázali, že nejste robot. C W V F K Ponechte prosím toto pole prázdné:

Komentář k úpravám

Poznámka: Tím, že editujete tuto stránku, souhlasíte, aby váš obsah byl licencován pod následující licencí: CC Attribution-Noncommercial-Share Alike 4.0 International