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Automatische Detektion von Meteor Scatter Spektrogrammen

Okke_Dillen

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Windows-PC? Oha, da werde ich wieder neugierig, weil mir ja auch sehr an einer automatisierten Interpretation gelegen wäre :cool:
Bei 3/4 bis 4/5 Schrappsignalen wäre das schon hilfreich...

Daumendrückende Grüße, Okke
 

Wilm-52

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Okke, bei der Schrapprate hilft nur menschliche Intelligenz.
Bei BRAMS gibt es zum Beispiel dafür das Projekt Zoo.

Hier ein kleines Update: Es sieht bisher sehr gut aus! Zumindest gibt es keine prinzipiellen Probleme. Die Framerate war gestern 7 Bilder pro Sekunde, was ausreicht. Es werden also 7 Screenshots je Sekunde auf Meteor Spektrogramme hin untersucht. Es dürfen auch mehrere Echos gleichzeitig sein, siehe Bilder, solange sie sich nicht gegenseitig verdecken. (Das würde man mit KI mit Instance Segmentation lösen können.) Beim Überschreiten der Ziellinie werden die Fläche, Zeit und Dopplershift gespeichert.
Man wird aber 2 Bildschirme benötigen. Links auf dem Notebook-Bildschirm läuft Spectrum-Lab, rechts auf dem Monitor die Auswertesoftware. Die CPU Auslastung auf dem 2.3 GHz i3 ist 33% für SL und 25% für die Auswertung.
Die Langwellensoftware wird vermutlich mit einem Bildschirm auskommen.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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Wilm-52

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Guten Tag.
Mein Programm zum loggen von Meteoren stelle ich gerade auf Postprocessing um.
Dazu habe ich hier ein kleines Update verfasst:

Spectrum Lab (SL) speichert bei mir im Abstand von 20 Sekunden einen Plot. Daher wird jeweils nur ein 20 Sekunden-Bereich des Plots auf Signale hin untersucht. Dieser Bereich ist in den Bildern als roter Rahmen zu erkennen.

Vier Fälle sind hier abgebildet:

A) Normales Signal im 20 Sek. Auswertefenster, s. Bild Normales_Signal_im_Fenster.jpg.

B) Manche Spektrogramme erzeugen mehrere Konturen, welche dann aufsummiert werden, so dass nur ein Meteor gezählt wird, s. Bild Signal_ok. Gezählt werden die blauen Kreise.

C) Falls nun mehrere echte Signale in dem 20 Sekunden-Bereich liegen, werden diese zur Zeit ebenfalls zusammengefasst. Ein Beispiel zeigt Bild zwei_Signale_im_Fenster.jpg.
Das muss natürlich noch anders programmiert werden. Die überwiegende Anzahl der Punkte im Log_plot.jpg ist jedoch grün, was besagt, dass nur ein Signal vorlag.

C) Ferner müssen die Störungen noch als solche erkannt werden, s. Bild Stoerung.jpg. In diesem Fall wird das Programm die Störung an dem roten Kreis rechts oben und an der großen Anzahl von Signalen erkennen.
Die pathologischen Fälle sammle ich nun in einen extra Ordner, um damit dann die Störungserkennung „anzulernen“.

Der Log_plot.jpg zeigt um 12 Uhr UTC schon 380 Signale. Es sind aber noch die Störungen dabei.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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Wilm-52

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Kleines Update:
So sieht Noise Floor bei der automatischen Aufzeichnung aus. Zum Glück tritt es selten auf. Die Y-Skala ist logarithmisch, 1 (X-Achse), 10, 100, 1000, 10000, 100000.
Auf dem zweiten Bild sieht man, wie die Software große Signale sieht. Es werden mehrere, in diesem Fall 9, Konturen zusammengefasst.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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Wilm-52

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Nun habe ich begonnen, die Daten zu analysieren. Dazu werden natürlich vergleichbare Datensätze benötigt. Daher nehme ich nun von 0-12 Uhr UTC auf, beziehungsweise werte nur diesen Bereich aus.

So viel ich weis gibt es keine Statistiken über die Größenverteilung der Meteore. Ist z.B. die Größenverteilung in einem der großen Meteorströme anders als zu Zeiten mit schwachem Aufkommen?
Ist Euch etwas darüber bekannt?

Hier sind nun ein Log von gestern und von heute. Es ist nur ein Test, da z.B. die Störungserkennung noch nicht eingebaut ist. Ferner ist das Detektieren der Meteore im Moment noch recht simple programmiert.
Nur der Wert: Treffer vor 12, eine Kontur (n=1) ist verlässlich und wird sich auch mit anderen Algorithmen nicht verändern, s. ein Beispiel im anhängenden Bild. Zu dieser Kategorie gehören allerdings die meisten (grünen) Punkte im Plot.

>>Jahr Monat Tag Stunde Minute Sekunde 20210716235939
Fläche 1 - 10 ---------------58
Fläche 10 - 100------------143
Fläche 100 - 1000----------232
Fläche 1000 - 10000--------74
Fläche 10000 - 100000------0
>>Treffer vor 12 n=1: 352 n=*: 507


>>Jahr Monat Tag Stunde Minute Sekunde 20210717152400
Fläche 1 - 10----------------46
Fläche 10 - 100-------------106
Fläche 100 - 1000----------185
Fläche 1000 - 10000--------68
Fläche 10000 - 100000------1 (siehe Abbildung)
>>Treffer vor 12 n=1: 294 n=*: 406

Viele Grüße,
Wilhelm
 

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Wilm-52

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Guten Tag,
mit einem grafischen Update möchte ich mich schon mal ins verlängerte Wochenende verabschieden. Viele Hits wünsche ich Euch,
viele Grüße,
Wilhelm

Nachtrag: zum Abschluss noch ein sehr schönes Exemplar von vorhin und der Originalplot von 3:24 UTC.
 

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Wilm-52

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Guten Tag.
Ein kleines Update:
Ich habe noch ein paar Fehlerquellen beseitigt, so dass der nächste Strom, die
Alpha-Aurigiden, 25. Aug. bis 8. Sep., Max. 1. Sep.

kommen kann. Er soll aber nur 7% vom 13.8. betragen. Bin gespannt.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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speul

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Guten Tag.
Ein kleines Update:
Ich habe noch ein paar Fehlerquellen beseitigt, so dass der nächste Strom, die
Alpha-Aurigiden, 25. Aug. bis 8. Sep., Max. 1. Sep.

kommen kann. Er soll aber nur 7% vom 13.8. betragen. Bin gespannt.
Viele Grüße,
Wilhelm

Moin,
für das aktuelle Jahr besser hier nachschauen, da sind spätere Vorhersagen noch eingearbeitet:

auf Grund der besseren Prognose habe ich das auch schon hier gepostet in der Hoffnung auf viele schöne Counts

LG speul
 

Wilm-52

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Guten Tag.
Danke für die Info.
Ich habe die Ausgabe noch etwas schöner gemacht.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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Wilm-52

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Danke, Eberhard.
Ich habe die Farben noch etwas geändert. Die Größe des Bildes ist 1920 x 1430 Pixel, eine Größe, die von der Forensoftware nicht reduziert wird.

Spectrum Lab läuft seit 6 Tagen. In Kürze muss ich den Rechner aber neu starten, da ein Win10 Update ansteht. Das lässt sich zwar mit Updates aussetzen eine Zeit lang verhindern, aber nicht unbegrenzt. Wenn man es nicht macht, findet man irgend wann morgens einen neu gestarteten PC vor.

Interessant finde ich schon mal, dass die Zeiten des Tagesmaximums der Anzahl und des Tagesmaximums der Flächen (Größen) teilweise unterschiedlich sind.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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Wilm-52

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Ein kleines Update:
Die Alpha-Aurigiden sollen in den nächsten Tagen kommen. Ich logge daher parallel mit der Richtantenne und der Rundstrahlantenne, siehe Übersicht.

Bei schneller Signalfolge wird die Anzahl unterbestimmt. Wie in dem zweiten (todo) Bild zu sehen ist, werden die beiden Echos als ein einzelnes registriert. Mir ist noch kein passender (kurzer) Code eingefallen, der das Problem löst.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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Wilm-52

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Guten Tag,
dies ist meine Übersicht der letzten Tage. Danach ist alles noch konstant.
Manchmal checke ich zu kritischen Zeiten den Fehler durch manuelles Nachzählen:
Automatisch von 8-9 UTC: 42, von Hand: 48.
Automatisch von 9-10 UTC: 32, von Hand: 34.
Das Problem aus dem vorigen Post ist noch nicht programmiert. Es existiert aber schon eine Lösung auf dem Papier. Jedoch sind nur wenige Echos davon betroffen.
„unterbestimmt“ war der falsche Ausdruck; gemeint war: es werden zu wenige gezählt.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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Wilm-52

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Guten Tag,
das Programm ist nun so ziemlich fertig. Die ersten 3 Bilder zeigen Auswertungen, die damit erstellt wurden. Bilder 2 und 3 zeigen schön die momentane Basislinie. (Gestern habe ich nach dem Sonntagsausflug leider die Daten nicht rüberkopiert.) Die Fehlerquote ist sehr gering, nur lange Raucher und sehr große Signale werden als 2 (manchmal auch als 3) Echos gezählt. Die Summe der Flächen ist dabei aber ~ok. Das Problem sollte sich in der nächsten (KI)-Version leichter lösen lassen.
Bild 4 (demo) zeigt, wie ein Signal neben einer Störung (Knackimpuls) sicher erkannt wird. Im Bild 5 (demo1) werden 2 Signale im Suchfenster erkannt. Bild 6 ist das Original zu Bild 5.
Mit diesem Programm logge ich nun die kommenden (schwachen) Ströme.

Nun nehme ich die KI (künstliche Intelligenz) in Angriff. Das Auswerteprogramm bleibt im Prinzip so erhalten, es wird nur eine KI-Routine, die Instance Segmentation, vorgeschaltet. Wie der Output der KI-Routine ungefähr aussehen soll, zeigt das letzte Bild. Zu Python gibt es inzwischen eine schöne Bibliothekssoftware,

mit der man die Segmentierung mit wenigen Zeilen programmieren kann.
Es muss natürlich ein neuer Datensatz mit alle möglichen Meteorechos und Störungen erstellt werden. Damit muss dann ein neuronales Netzwerk trainiert werden. Ob und wie das im Einzelnen funktioniert, weis ich noch nicht…
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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Wilm-52

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Die Auswertesoftware ist soweit fertig. Das Untersuchen der Bilder ist teilweise etwas frickelig zu programmieren und auch nie perfekt. Deshalb ist eine KI-Version in Arbeit.

Ulrich (speul) hatte mich darauf gebracht, die gewonnen Daten zu filtern und weiter zu analysieren. Hier möchte ich nun meine aktuelle Filtersoftware dazu zeigen:

Die Auswertesoftware generiert nun nicht nur die bereits häufig gezeigten Stundenhistogramme, sondern unterteilt die Werte jeder Stunde abhängig von ihrer Größe noch mal in 5 Klassen. Die Größen sind: 1-10, 10-100, 100-300, 300-1k, 1k-10k, 10k-100k. Die Einheit sind die Pixel der Flächen der Spektrogramme. Die Schrittweite ist eigentlich immer Faktor 10, nur der Bereich 100-1k ist noch mal unterteilt, weil es hier die meisten Treffer gibt.

Das erste Bild zeigt das neue Format der Datei am Beispiel des 23. September.

Mit den Spalten kann man nun herumspielen, zB um den Durchflug durch einen Meteorstrom zu untersuchen.

Im zweiten Bild zeigt die hellblaue Kurve die Differenz zwischen der orangefarbenen Kurve (Meteorgrößen 1-100) und der hell magentafarbenen Kurve (Meteorgrößen 100-1000).
Im Tages-Sextantiden und im September-Perseiden Thread sind Plots gezeigt, in denen die hellblaue Spur den Verlauf der Partikel-Größenverteilung zeigt.

Man sieht schon, dass es dort im Weltraum sehr inhomogen zugeht.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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Wilm-52

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Guten Tag,
hier ist ein Testlauf der letzten paar Tage. Die hellblaue Spur ist die Fläche (rote Punkte) dividiert durch die Anzahl (gelbe Punkte) mal 10.
Die Flächengröße (Teilchengröße) variiert bei meiner Aufzeichnungsmethode von 2 -100000, also über fast 5 Dekaden. Die blaue und die orange farbige und die magenta farbige Kurven zeigen die Verläufe der angegeben Größen. Die Summe dieser 3 Kurven ergibt dann wieder die grüne Kurve.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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APM_Pietsch

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Für alle User, die SDR Console benutzen. Es gibt jetzt eine neu Version Console V3.1 . Neu ist das Wasserfalldiagramm in 3D. Es ist zunächst nur eine experimentelle Version, die noch ausbaufähig ist.
 

Wilm-52

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Guten Tag,
hier sind zwei beachtliche Meteore, einmal vom 23. November 10:36 UTC und von heute, den 25. November um 5:37 UTC. Beides sind Echos mit 2 Spuren.
Meine Software zählt das große Echo von heute 4 mal. Die Fläche stimmt, da sie aufsummiert wird.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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Wilm-52

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Wilm-52

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Guten Tag,
hier ist meine erste, mit der automatischen Auswertung erstellte Monatsübersicht vom 2. bis 30. November 2021 in mehreren Darstellungen.

Das erste Bild zeigt die Tagesübersicht vom 30. November. Die diversen Striche an der X-Achse zeigen, wann Störungen ausgeblendet wurden. Die meisten Störungen gibt es morgens, mittags und zur Feierabendzeit.

Das zweite Bild zeigt die Tagesübersicht vom 16. November. Um 14h war GRAVES abgeschaltet. (Ich hatte es auf RMOB kontrolliert.) In diesem Fall und auch bei massiven Störungen ersetze ich die entsprechende(n) Stunde(n) durch ihre (plausiblen) Nachbarn, damit das Filterprogramm keine Kerben generiert.

Die Achsenbeschriftung ist noch etwas provisorisch. An der Y-Achse ist der Abstand 10 Echos bzw 10k Pixel bei der Fläche.
Der Abstand der Punkte in X-Richtung ist eine Stunde. Gefiltert wurde mit folgenden Koeffizienten über 11 Stunden:
0.0439
0.1353
0.3246
0.6065
0.8825
1.0000
0.8825
0.6065
0.3246
0.1353
0.0439
Summe: 4.9858

Vermutlich wird im Dezember mehr Bewegung in die Sache kommen.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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Wilm-52

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Zur Fehlerquote:
Eine genaue Fehlerquote kann ich nicht angeben. Manchmal zähle ich die Treffer von Hand im Einzelschrittmodus nach. Heute Morgen waren es 242 Counts von Hand und 241 Counts automatisch gezählt. Das ist aber besser, als es in Wirklichkeit ist:
Manche Signale werden doppelt gezählt, manchmal werden 2 oder 3 zu einem Signal zusammengefasst. Gelegentlich kommen auch Störungen durch oder Signale werden als Störung erkannt und rausgeworfen. Diese Fehlzählungen kompensieren sich aber immer etwas, so dass die Übereinstimmung zum Schluss immer ganz gut aussieht.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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Wilm-52

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So, die Geminiden 2021 sind durch. Das war eine gute Gelegenheit, die Programme anzupassen. Im Folgenden möchte ich die aktuelle Software und den Ablauf zeigen:

1) Die Meteorechos werden mit Spektrum-Lab (SL) aufgenommen. Im Abstand von 20s schreibt SL einen Plot auf einen Stick. Das sind 4320 Plots pro Tag. Die Aufnahmezeit steht im Filenamen, s. Inset rechts oben im Bild 1.

2) Den Stick tausche ich ein- oder zweimal täglich (Hot Swapping) und trage ihn zum Auswerte-PC. Das geht bei den vielen kleinen Dateien schneller als übers Netz.

3) Die Auswertesoftware liest alle Plots mit passendem Filenamen und misst die Größen der Echos, s. Bild 1. Der rote Pfeil zeigt die ermittelte Fläche in Pixel. Die 3 bedeutet, dass das Ergebnis aus 3 Bruchstücken (innerhalb der Zeile) zusammengesetzt wurde.
Die Auswertung ist konventionell mit Opencv programmiert, soll aber auf KI / Machine Learning umgestellt werden.

4) Die Auswertesoftware fertigt zum Schluss das Bild 2 und die Datei Bild 3. Störungen werden an der X-Achse als Ticks geloggt.
In der Datei Bild 3 sind die Werte von jeweils einer Stunde aufsummiert. Abgespeichert werden die Zeit, die Anzahl, die Gesamtfläche in Pixel und die Anzahl der Treffer in den entsprechenden Größenklassen. Bei längeren Störungen ersetze ich in der Regel die kompletten Stunden durch benachbarte Stunden.

5) Ein Plotprogramm fertigt dann die Auswertung über mehrere Tage an. Die Art der Darstellung ist erst in den letzten Tagen bei dem Geminiden entstanden. Die 6 Klassen sind hier zu 3 Spuren zusammengefasst.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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Wilm-52

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Der Vollständigkeit halber habe ich noch die Discone-Daten geplottet. Im vorherigen Post waren es die Werte von der Anlage mit der 4-Element Kreuzyagi. Die hellblauen Punkte (Fläche/Anzahl) sind von der Maßstabsänderung am 8.12. unberührt.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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particle_gun

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Hallo,

sehr spannend! Darf ich fragen mit welchem Gerät die Meteorechos aufgenommen wurden? Und zweite Frage, gibt es einen Grund warum die die Bilder der Echos zur Analyse verwendest und nicht das Signal als Rohdaten direkt?

Gruß
Stefanie
 

Wilm-52

Aktives Mitglied
Hallo Stefanie,
ich verwende hier einen Icom Receiver, aber es geht genau so gut (und alle anderen hier machen es auch so) mit einem preiswerten SDR-Stick. Dazu gibt es diverse kostenlose Programme, die direkt die Spektrogramme liefern. In den Spektrogrammen steckt ja die Zeit, die Amplitude und die Frequenz. Würde man nur den Ton auswerten, verliert man ja Informationen.
Zu deinem anderen Thread: Hier gibt es etwas zu Machine Learning und Meteor Echos.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

particle_gun

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Danke für die Antwort, der SDR Stick klingt sehr interessant. Wäre spannend zu sehen, wie sich die Spektrum Rohdaten, also Frequenz, Amplitude und Zeit (man könnte alles ins NN als Trainingsdaten verwenden ) gegenüber das CNN verhält (nutze
Mask R-CNN beruflich).

Grüße
 

Wilm-52

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Guten Tag.
Hier habe ich (mit der neuesten Programmversion) 2 Antennen und 3 Polarisationsrichtungen verglichen. Die Performance ist: zirkular > vertikal > horizontal bei meinen Unterdach-Antennen.
Interessant sind Details:
Bei 16h ist horizontal = zirkular, während zB bei 12h und 19h der Unterschied >Faktor 2 ist.
Bei 3h ist vertikal besser als zirkular, was ja auch schon in den GEM und URS Threads zu sehen war.
Später gabs eine Störung. Daher ist der Plot bei 21h abgeschnitten. Ich lasse die Aufnahme so noch ein paar Tage laufen und baue zu den Quadrantiden wieder auf vertikal um.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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Wilm-52

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Bevor nun die Quadrantiden 2022 kommen, habe ich noch eine Dezember 2021 Übersicht angefertigt. Einen leichten Anstieg zu den Quadrantiden kann man schon erkennen.
Als Antennen dienten bisher eine 2 x 4 Element Kreuzyagi und eine Discone mit vertikaler Polarisation.
Die Übersicht wurde mit der Kreuzyagi erstellt. In den Bildern 2 und 3 sind die Werte der Kreuzyagi und der Discone ineinander geplottet.
Bei den Geminiden und Ursiden war mir aufgefallen, das die ansonsten schwächere Discone an die Yagi herankommt oder diese teilweise übertrifft.
In den letzten Tagen habe ich daher noch ein paar Vergleiche mit den vorhandenen Antennen gemacht, s. das letzte Bild. Da die vertikal polarisierte 5 Element Yagi direkt nach der Kreuzyagi kommt, werde ich die Quadrantiden nun mit diesen beiden Antennen aufnehmen.

Vertikal polarisierte Antennen werden auch in dem von Andreas im GRAVES Thread verlinkten Paper verwandt, s. Figure 3, Seite 36 und am Ende des Artikels.

Bei den Partikelgrößen gibt es noch eine Besonderheit zu berichten: Vom Anfang Dezember bis zum 20. Dezember war die Partikelgröße 100-1k Pixel (lila Punkte) stärker vertreten als die Partikelgröße 2-100 (orange Punkte). Genau zu den Ursiden hat sich dieses Verhältnis umgedreht. Hier dominieren die kleinen orange Partikel. In den Tagen danach konnten sich die Partikel nicht recht entscheiden, aber nun dominieren wieder die lila Punkte.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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Wilm-52

Aktives Mitglied
Es geht bergab.

Als ich den Einbruch nach den Quadrantiden 2022 gesehen habe, dachte ich zuerst an einen Defekt. Aber die zweite Antenne zeigt den gleichen Verlauf.
Eigentlich wollte ich die Anlage abschalten, aber nun werde ich sie noch etwas laufen lassen.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

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