MLAB wiki

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

====== Monitorování blesků a bouřek ======

Detekce bleskové činnosti v bouřkové oblačnosti může být mimo jiné prováděna příjmem rádiového signálu. Tyto měřící systémy využívají buď různé implementované [[https://en.wikipedia.org/wiki/Direction_finding|metody směrového zaměřování]], nebo časového měření a [[https://en.wikipedia.org/wiki/Multilateration|multilaterace]].

[[https://is.cuni.cz/webapps/zzp/detail/76578?lang=en|Nové implementace]] obou těchto lokalizačních přístupů jsou závislé na přesné znalosti časového okamžiku vzorkování signálu a to v případě použití interferometrických zaměřovacích metod až na rozlišení fáze příchozího signálu.

Bohužel aktuálně zřejmě neexistuje komerčně dostupné SDR, schopné absolutního časového značkování vzorků signálu, kromě extrémně nákladných [[https://www.ettus.com/content/files/kb/mimo_and_sync_with_usrp_updated.pdf|USRP od Ettus research]]. Který znemožňuje realizaci sítě s více detektory.

===== Měření parametrů atmosférických výbojů =====

Rádiové přijímací systémy se konstrukčně liší podle RF pásma ve kterém bude detekce provozována. Nejběžnější je následující rozdělení.

==== LF přijímací stanice ====

Tento typ detektorů využívá nejčastěji ortogonálně orientované magnetické smyčkové antény, které slouží pro směrové zaměřování založené na měření amplitudy příchozích signálů obvykle v kombinaci některou dálkoměrnou metodou, jako např [[https://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_arrival|TOA]]

Technicky jsou aktuálně dvě možnosti realizace LF měřícího systému. Jeden přístup je  [[http://www.blitzortung.org/Documents/TOA_Blitzortung_RED.pdf|dedikovaná konstrukce]] založená na [[cs:arm_programming|ARM mikrokontroleru]]. 
Druhý univerzálnější přístup je použití konstrukce [[cs:sdr-widget]] v kombinaci s některým [[cs:arm|ARM počítačem]].

Použití mikrokontroleru je mírně levnější a má nižší spotřebu.  Kombinace SDR-widget s ARM počítačem je dražší řešení, které má větší možnosti a stejné zařízení může být využito i pro jiné aplikace, jako jsou například [[cs:designs:dms|SID monitory]] sítě [[http://www.ionozor.cz|Ionozor]].

==== VHF přijímací stanice ====

Detekční metody bleskových výbojů pracující na vyšších frekvencích využívají prakticky výhradně TOA měření na jednotlivých pulzech ve shluku výbojů generovaných bleskem, případně interferenční metody zpracování. Příkladem takového detekčního systému je [[http://ibis.nmt.edu/nmt_lms/descrip.html|New Mexico Tech Lightning Mapping Array (LMA)]]. Tento systém má šířku pásma digitalizovaného signálu přibližně 6 MHz a v případě optimální geometrické konfigurace rozlišení asi 30m.

Stanice mají jednokanálové přijímače s GP anténami a GPS časovou referenci s absolutní přesností okolo 50ns. Vývoj toho systému zřejmě nijak intenzivně dále nepokračuje.

==== Radio Storm Monitoring Station ====

Pro konstrukci měřící stanice na blesky jsou klíčovými parametry šířka pásma digitalizovaného signálu, dynamický rozsah přijímače a přesnost časového značkování vzorků signálu.

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.
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. 
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.
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.

=== Konstrukční realizace stanice ===

Technická realizace přijímací stanice má několik dílčích problémů.

== 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 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 ==

v kombinaci s některým [[cs:adcdual|rychlým ADC]].

== Zpracování digitálního signálu ==

[[http://orbit.dtu.dk/files/118775559/Software_defined_GPS_receiver_on_the_Parallella16_board_v10.pdf| SDR GPS přijímač]]

====== Varovné systémy ======

Neumožňují získat přesnou informaci pozici výskytu bleskové činnosti. Pouze vyhodnocují přibližnou vzdálenost a odhadují přibližování/vzdalování. Příkladem je detektor bouřek s obvodem [[http://ams.com/eng/Products/Lightning-Sensor/Franklin-Lightning-Sensor/AS3935|AS3935]]

Podobné konstrukce:
  * [[http://www.embeddedadventures.com/datasheets/MOD-1016_hw_v4_doc_v2.pdf|embeddedadventures]]
  * [[https://groups.google.com/forum/#!topic/weewx-development/4jBI5I3z3Dg|Pokus o připojení do weewx]]

====== Referenční projekty ======

* [[http://www.blitzortung.org/|Blitzortung.org]] Amatérská pozorovací síť využivající metodu TDOA pro určování pozice blesků. Detekční stanice jsou distribuovány na základě pořadníku.
  * detektor na blesku a atmosferického potenciálu v baterce. (Zvýšení bezpečnosti na horách)
  * [[https://news.slashdot.org/story/16/03/20/0242204/building-a-global-network-of-open-source-sdr-receivers|KiwiSDR  receivers network]]

Vyplňte, prosím, všechna písmena v poli, abyste dokázali, že nejste robot. T᠎ W U S J 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