[Projekt: 21cm Wasserstoff-Linie]

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Hallo "Wasserstoffler" ;),

@ Wolfgang:
Danke für Dein Angebot das Fits-File anzusehen, evtl. komme ich darauf zurück, aber ich möchte vorher erst mal selber noch etwas experimentieren.
Wobei, ich habe heute Mittag schon etwas rum probiert und werde das im Anschluss mal zeigen.

@ Fritz:
Interessant, hast Du das mit Eurem 3m-Spiegel aufgenommen?

Nun zu meinen Tests heute Mittag:
Mir fiel Wolfgangs Ratschlag ein, dass ich neben den Koordinaten meiner Anlage auch noch Az und El angeben solle, damit "Spectrometer_II" eine Frequenzkorrektur durchführen könne, das habe ich ja auch letztens schon so gemacht. Mein Gedanke war nun, dass besagte Frequenzkorrektur evtl. neben Azimut und Elevation auch noch vom Aufnahmezeitpunkt abhängen könnte, was mir plausibel erscheint.
Nun hatte ich mich letztens daran erinnert, dass wir hier die Zeit besser in UT angeben sollten und habe, wahrscheinlich fälschlicher Weise, dem Raspberry die UT-Zeit als Systemzeit eingestellt. Mittlerweile vermute ich, dass "Spectrometer_II" das selber korrigiert. Die falsche Einstellung würde dann während der Sommerzeit einen Fehler von 2 Stunden verursachen, was ja schon beachtlich wäre.
Heute Mittag um 12:00 UT herum stand ja wieder das galaktische Antizentrum bei mir im Süden auf 68° Höhe, dummerweise stand die Sonne noch näher als gestern. Trotzdem habe ich mal eine kleine Serie mit unterschiedlichen Einstellungen aufgenommen, die ich im Anschluss zeigen möchte. Bei den ersten vier Messungen hatte ich in "observatory.config" eine Frequenzkorrektur von +50ppm eingestellt. Die ersten drei dieser Messungen wurden mit Systemzeit um 12:00 (UT) herum durchgeführt, bevor mir das bei der Eingabe angezeigte "CEST" auffiel. Die letzten drei Aufnahmen wurde also mit der Systemzeit um 14:00 herum (CEST) durchgeführt, so wie es vermutlich korrekt ist. Bei den letzten beiden Aufnahmen erfolgte keine Frequenzkorrektur in "observatory.config".
In den folgenden Screenshot habe ich die Aufnahmebedingungen in rot eingetragen:

2021-06-12_11h45UT-12h16UT_Az180_Ev68_066.jpg


Die letzten beiden Messungen scheinen mir schon plausibler als die ersten vier, wobei die Einstellungen wohl nicht für die sich ändernde Kurvenform verantwortlich sein dürften. Ich vermute, dass auch die langsam aus der Keule wandernde Sonne da eine Rolle spielen könnte.
Die korrekte Einstellung scheint mir also keine Frequenzkorrektur in "observatory.config" und die Systemzeit des Rasberrys in CEST zu sein.
Die letzte Messung habe ich in CLASS verarbeitet und komme nun zu einem weiteren Punkt in dem ich unsicher bin. Wolfgang hatte ja schon die "Nebenhubbel" in meinen Diagrammen angesprochen. Nun hatte ich schon früher festgestellt, dass das Auftreten und die Intensität dieser Nebenmaxima auch vom Setzen des "Windows" für das Anfitten der Baseline abhängt. Ich hänge hier mal zwei Diagramme meiner letzten Messung an, die sich nur durch die Window-Einstellungen fürs Anfitten unterscheiden:

2021-06-12_12h16UT_Az180_Ev68_a.jpg


und:

2021-06-12_12h16UT_Az180_Ev68_b.jpg


Mir ist bisher nicht klar, welche Kriterien für die korrekte Einstellung des Windows maßgeblich sind, vielleicht habt Ihr da ja einen Tipp für mich.

So, das soll jetzt erst mal reichen für heute Abend, ähm Nacht.


Viele Grüße und ein schönes Restwochenende,
Reinhard
 
Zuletzt bearbeitet:
Hallo allerseits,

letzte Nacht habe ich einen Drift-Scan durchs Sternbild Adler in 45° Elevation (mein Standort liegt auf ca. 51° Nord) probiert. Angefangen habe ich um 00:00 UT und bis 02:30 UT durchgehalten. Aus den Daten wurde eine kleine Animation gebastelt die ich hier mal rein stelle:

Adler-scan.gif


Ein ganz schönes Auf und Ab.
Die erste Aufnahme um 00:02 UT zeigt einen recht hohen Peak den ich zur besseren Darstellung der anderen Aufnahmen mit der Y-Skalierung etwas beschnitten habe. Diesem Peak traue ich nicht so recht :-/. Ich hatte die Verstärkerkette grade erst eingeschaltet bevor ich diese Aufnahme gemacht habe, vielleicht musste sich da erst mal etwas thermisch stabilisieren... ?

Zum Vergleich habe ich mal eine der Aufnahmen neben das Ergebnis des Argelander-Instituts gestellt:

Compare.jpg


Die Peaks und Schultern des synthetischen Profils meine ich in meiner Aufnahme wieder zu finden.

Das war jedenfalls eine schöne Stimmung, als es gegen 04:00 Uhr Morgens dämmerte und die Vögel anfingen zu grölen. Ich war dann aber ziemlich platt als ich gegen 4:45 Uhr in die Kiste kroch o_O... und erst als ich wieder raus kroch ;).


Viele Grüße und laue Nächte,
Reinhard
 
Zuletzt bearbeitet:
Hallo Reinhard,
zunächst mal zu der Zeit;: Da brauchst Du Dir keine Gedanken zu machen solange der Raspi eine korrekte Zeit hat. Das heißt, wenn er auf die aktuelle Zeit eingestellt ist und auch die richtige Zeitzone eingestellt ist, ist alles ok. Das Spektrometerprogramm fragt die Zeit beim System als UTC ab. Das Einzige worauf man achten muss ist, dass der Raspi keine eigen Uhr hat und sich die aktuelle Zeit über das Netzwerk holt. Wenn er keine Netzwerkverbindung hat, muss man die Zeit manuell setzen.
Zu den Spektren: Im Moment ist für mich schwer zu beurteilen, was der Wasserstoff ist und was evtl. Artefakte sind. Daher meine Frage nach den FITS Dateien, dann kann man das besser beurteilen.
Was auf jeden Fall noch hilfreich sein würde ist eine Aufnahme des Spektrums an einer Stelle weitab von der galaktischen Ebene, wo es wenig Wasserstoff gibt. Da sieht man dann den Verlauf der Basislinie.
Gruß
Wolfgang
 
Hallo Wolfgang,

ich schicke Dir die Daten per Email, habe auch noch was Anderes "auf der Pfanne".
Danke für Deine Unterstützung!

Viele Grüße,
Reinhard
 
Hallo zusammen,

@ Fritz:
Ich möchte nochmal auf Deine Messung von Cas A zurück kommen.
Cassiopeia liegt ja schön in der Milchstraßen-Ebene und da gibt es jede Menge Wasserstoff. Kann man denn jetzt sagen, was an dem von Dir gemessenen Spektrum vom Wasserstoff und was von Cas A stammt?

Viele Grüße und saubere Signale,
Reinhard
 
Hallo miteinander,

wenn ich das mit Cas A jetzt richtig verstanden habe, dann strahlt diese Quelle im Kontinuum, ist also kein Linienstrahler den man in unseren H-Spektren direkt erkennen könnte. Die Strahlung des SN-Überrests sollte sich höchstens in einer Erhöhung des Grundpegels bemerkbar machen, wenn die Anlage denn empfindlich genug ist. Besser wäre also z. B. ein Driftscan in einem Frequenzband außerhalb der Wasserstoff-Linie. Leider nimmt der Fluss stark mit der Frequenz ab, sonst könnte man es mal mit einer modifizierten Satelliten-Empfangsanlage versuchen. Ist das nicht genau das, was Michael Haardt mit seinem Projekt verfolgt?

Viele Grüße und wenig QRM,
Reinhard
 
Das wäre schön, aber ich hatte seit dem Urlaub keine Zeit mehr für das Projekt. Der letzte Stand war, dass ich die Signaländerungen trotz Abschirmung nicht durch die Versorgungsspannung der einzelnen Komponenten erklären konnte, weil sie auch an einem Labornetzteil auftraten. Ich wollte nochmal eine Messung mit den Parametern von Wolfgang machen und zudem ein LNB umbauen, indem ich die Antenne einer Polarisationsrichtung entferne, so dass Source des MMIC nur noch mit der bias Spannung versorgt wird.

Ohne ausreichende Stabilität oder alternativ eben Bestimmung des aktuellen gains mit Dicke-Switch ist Cas A mit meinem Spiegel nicht bei 10-11 GHz detektierbar.

Michael
 
Hallo Michael,

mir ist da bezüglich Deines Stabilität-Problems noch ein Gedanke gekommen. Vielleicht ist es Blödsinn aber ich möchte ihn doch mal in die Diskussion werfen:

Was wir und insbesondere Du ja machen, ist vor Allem schwache Signale bzw. den Rauschpegel auswerten. Nun ist das nicht unbedingt das vorrangige Ziel in der Kommunikationselektronik. Dort möchte man möglichst konstante Signale haben.
In den Signalpfaden entsprechender Empfänger sind deshalb oft Regelungen der Verstärkung eingebaut (bei AM-Empfängern z. B. um das Fading zu verringern bzw. zu verhindern) .
Kann es sein, dass in so einem LNB auch eine Verstärkungsregelung integriert ist und diese Dir evtl. in die Suppe spuckt?

Viele Grüße & CS,
Reinhard
 
Hallo hab auch mal wieder Zeit zum Schreiben. Ja, Reinhard du hast das ganz richtig beschrieben das mit Cas A . Ich war nur kurz auf der Sternwarte und habe eigentlich kein besonderes Ergebnis erwartet. Mir ging es nur darum die Positionierung der Antenne zu testen und da hatte ich gerade ein Objekt gesucht das über dem Horizont liegt und wo ich die Koordinaten kenne und dann mit Kompass und Winkelmesser ELE und AZI kontrollieren kann . Auf jeden Fall war ich nicht genau auf der richtigen Position wie der Vergleich gezeigt hat.

@ AGC Na da hast du mal wieder was aufgedeckt das ich so nicht erwartet hätte. Ich meinte das es nur im Resiver eine AGC-Regelung gibt so wie auch die Korrektur der Frequenz. ( AFC) Aber nun weiß man ja auch nicht genau ob das nicht auch im LNC gemacht wird und wenn es dann "nur" rauscht ????.
lG Fritz
 
@Reinhard_Lauterbach Der Gedanke kam mir auch schon. Nun sah ich AGC im Receiver, was nahelegt, dass der LNB es nicht macht, denn sonst könnten die zwei Regelungen ins Schwingen kommen, aber vermuten ist nicht wissen. Wie sieht ein typischer LNB denn aus? So:


AGC müsste also im TFF1014 sitzen. Was macht das Teil außer Mischen?


Es macht in der Tat sonst nicht viel, nur eins ist interessant: Output third order intercept point. Häh? Etwas suchen ließ mich nach Überfliegen von http://www.theses.fr/2011PEST1045.pdf vermuten, dass es darum geht: "The 1dB compression point refers to the output power level at which the amplifier transfer characteristics deviates from the ideal one by 1 dB." Ob das nun die Sättigung beschreibt, oder ob man den Receiver nicht kaputt machen will, aber es gibt jedenfalls eine Nichtlinearität und damit eine Grenze, von der wir allerdings weit weg sind.

Was bleibt ist die Erzeugung der Biasspannung durch den Chip, der die Ebenen umschaltet:


Der Chip könnte das nur machen, wenn er die Signalstärke kennen würde. Kennt er aber nicht, also kein AGC, wenigstens nicht in diesem LNB. Es ist eigentlich auch nicht nötig, denn das SNR ist nach dem ersten LNA quasi fixiert, so dass man AGC ruhig im Receiver machen kann.

Soweit wenigstens meine oberflächliche Betrachtung der Sache. Sagte ich schon mal, dass analoge Elektronik nicht meine Welt ist? :)

Michael
 
Hallo,
ein paar Worte zu der Frage Kontinuumsstrahlung von CAS A bei 1400 MHz. Ja, mit einem 3-m Spiegel kann man die sehen. Wir haben das z.B. im Teil 5 von diesem Papier beschrieben: https://astropeiler.de/sites/defaul...ckert_Charakterisierung_und_Beobachtungen.pdf
Die häufiger genannten ~2400 Jy für CAS A bei 1400 MHz sind aber nicht (mehr) richtig. Das war mal im Jahr 1977 so. Da CAS A ein Supernovaüberrest ist, nimmt die Strahlung fortlaufend durch die Expansion der Explosionswolke ab. Wir haben zuletzt im Jahr 2017 gemessen und kamen auf 1671 Jy.
Mit einem 3-m Spiegel bekommt man übrigens noch mehr Kontinuumssignal von der Cygnus-Region. Auch wenn CYG A mit 1550 Jy ein wenig schwächer ist als CAS A, so sieht man mit einem 3-m Spiegel die anderen Quellen in der unmittelbaren Nähe gleichzeitig, so dass sich insgesamt ein höheres Signal ergibt. Siehe hierzu auch unser oben zitiertes Papier. Das wäre vielleicht dann der erste Versuch, wenn man es mal mit Kontinuumsquellen versuchen will.
Meine Skepsis, mit einem kleinen Spiegel CAS A im Ku-Band zu sehen, habe ich ja schon bei anderer Gelegenheit zum Ausdruck gebracht. Da hat man halt nur rund 1/4 des Flusses im Vergleich zu 1400 MHz.
Gruß
Wolfgang
 
Bei einem 3 m Spiegel wäre als Kompromiss evtl. noch ein C-Band LNB möglich. Während Ku (10-12 GHz) für Öffnungsverhältnisse von 0,6-0,7 gemacht ist, findet man bei C 0,32-0,42, d.h. recht tiefe Spiegel, wie sie beim alten Sat-TV mit großen Zentralfokus-Spiegeln üblich waren. Mir ist unklar, ob man das Öffnungsverhältnis mit einem anderen Waveguide deutlich verändern könnte, oder ob der Übergang zum LNB dann nicht mehr passt. Da ich aber schon zwei LNBs habe, die mir Rätsel aufgeben, bin ich vorerst versorgt. ;)

Ja, CAS A finde ich immer noch spannend und eins ist klar: Mit dem aktuellen Setup wird das nichts. Du hast das vorher gesagt und es ist auch so. Die ersten Messungen gaukelten mir eine Stabilität vor, die viel zu optimistisch war und damit wäre es - vielleicht - gegangen. Die Radiometergleichung nimmt eine Gaussverteilung an und dann ist die Benutzung der Standardabweichung ok. Bei Drifts hat man keine Gaussverteilung und die Standardverteilung einer kurzen Messung ergibt viel zu kleine Fehler. Offenbar ist man in der Realität durch eine andere Größe begrenzt als in der Theorie, weil die Theorie mit der Y-Methode nur sehr kleine Zeitintervalle betrachtet und dann extrapoliert. Ich frage mich also neben der Ursache für das Eigenleben meines Systems auch: Welches Maß sollte man in der Charakterisierung des Systems noch erfassen und wie wird das gemacht? Da haben sicher schon Generationen von Radioastronomen drüber nachgedacht und sich was einfallen lassen.

Ich bin immer noch überzeugt, dass mein Backend die mir bekannten LNB-Systeme deutlich schlägt, weil ich die Drifts sehr sauber sehe, wofür woanders heftigst integriert werden muss. Allerdings ist damit auch klar, warum die anderen Systeme selbst mit brutalster Integration abgesehen von Sonne und Mond nichts messen konnten: Das Problem liegt vermutlich nicht im Backend. Das war auch der Grund, warum ich mir ansah, wie so ein LNB eigentlich aussieht, neben der Frage ob er AGC macht. Wie man im Schaltplan sieht, scheint es direkt an der Antenne eine Impedanzanpassung am Verstärkereingang zu geben. Wenn ich eine Antenne entferne, sollte ich also keinen offenen Eingang, sondern ein terminiertes Nullsignal haben. Bilder vom Goobay LNB PCB zeigen den gleichen Aufbau wie im PDF oben und legen ein Dicke-Switch nahe. Weiterhin würden Instabilitäten der Bias-Spannung der ersten Verstärkungsstufe Signaldrifts ergeben, was einem Sat-Receiver egal ist, d.h. das wäre ein Ansatzpunkt, was man messen könnte, um der Ursache näher zu kommen. Und schließlich könnte man eine konstante Rauschquelle bauen und untersuchen, ob das Backend auch bei einem konstanten Prüfsignal noch stabil ist. In dem Zusammenhang hat mir Simple RF Noise Source sehr gefallen.

CAS A? Ich gebe die Idee noch nicht auf.

Michael
 
Hallo Michael,
eine Methode die Stabilität zu beschreiben ist die sogenannte Allen Time. Das ist grob gesagt die Integrationszeit, bei der noch eine Verbesserung des SNR erfolgt. Aber auch das beschreibt die Situation nur bedingt, weil Du nicht nur systeminterne Effekt hast, sondern auch externe. Da ist z.B. Temperatur, Wolken (ist im Ku-Band nicht ganz zu vernachlässigen), RFI .....
Bei der Simpel Noise Source fällt mir auf, dass die für den VHF Bereich gedacht ist. Ob die im Ku-Band noch was abgibt??
Gruß
Wolfgang
 
Dazu fand ich rein gar nichts, aber ich glaube, es geht um das hier:

en.wikipedia.org

Allan variance - Wikipedia

en.wikipedia.org en.wikipedia.org

Das ist zwar eigentlich für Uhren gemeint, aber der Text beschreibt exakt das, was ich meine. Ich kenne den Effekt von driftenden GPS-Empfängern bei NTP: Es berechnet die Standardabweichung und schmeisst die Uhr raus, wenn Samples plötzlich zu ungenau sind, weil der Empfänger driftet. Ich baute darum die Option "minjitter" ein, mit der man eine minimale Standardabweichung manuell konfigurieren kann, die man in langen Messreichen ermittelt. Wenn kurze Messreihen weniger ergeben, dann nimmt NTP dennoch den konfigurierten Wert. Damit hat NTP ein bessere Vorstellung der wirklichen Genauigkeit der Uhr und schmeisst sie vor allem nicht raus. Soso, ich erlebte da also die Allan Varianz.

Nur mit der Anwendung tue ich mich schwer: Die Allan Varianz wäre demnach die Hälfte des Quadrats der Differenz von zwei Integrationszeiten, und das über verschiedene Integrationszeiten. Die Allan Time, die Du dann meinst, wäre entsprechend die Integrationszeit, bei der das Minimum der Allan Varianz zu sehen ist. Verstehe ich das richtig? Dem Diagramm nach messe ich aber nicht nur zwei Integrationszeiten, sondern schiebe quasi ein Fenster von Paaren durch den Datensatz, um den Fehler in der Allan Varianz zu bekommen, und der wird größer, weil ich bei steigendem tau halt weniger Paare habe. Die Alternative wäre die M-Sample-Varianz mit M > 2. Puh. Hätte ich damals bloß Statistik verstehen können.

Ok, also was die Charakterisierung des Radioteleskops angeht, wäre das ein sehr wichtiges Maß. Wieso steht das nicht in meinem schlauen Grundlagenbuch und wieso finde ich mit Google nichts dazu?

Michael
 
Ich war ein wenig schlampig mit der Begrifflichkeit. Gemeint ist die Zeit, nach der die Allan Varianz nicht mehr abnimmt, sondern u.U. auch wieder zunimmt. Ein Beispiel dafür von einem Radkioastronomie Backend:

1624182253423.png


Gruß
Wolfgang
 
Das wäre also das Minimum bei 4000 s, wobei mehr als 2000 s schon nicht mehr so viel bringt wie zuvor. Ok, wie mache ich das praktisch? Die Allan Varianz misst bei Uhren den normierten Fehler während zwei Zeitperioden, addiert deren Quadrate und teilt das durch zwei. Ich brauche also erstmal meinen normierten Fehler. Der Durchschnitt einer Integrationszeit ist einfach, aber durch was teile ich ihn, durch den Durchschnitt aller Messwerte der Reihe?

Woher kommen die Error Bars? Sagen wir mal ich habe 100000 Sekunden lang jede Sekunde gemessen. Nehme ich nun fuer tau=10 jeweils den normierten Fehler aller nebeneinander liegenden Durchschnitte von 10 s Länge, d.h. ich bekomme sehr viele Allan Varianzen, und deren Minimum, Maximum und Durchschnitt sind dann mein Error Bar für tau=10?

Im Grunde beschreibt die Allan Varianz eigentlich nicht nur die Grenze der Mittelung, sondern auch die Tatsache, dass es in Messreihen unerkennbare, aber auf lange Sicht relevante Veränderungen geben kann, die sich im normalverteilten Fehler einer kurzen Messreihe nicht zeigen, weil diese unweigerlich ein Hochpass der Wahrheit ist, quasi die mathematische Begründung des Konstruktivismus. Eigentlich müsste das viel bekannter sein!

Zur Rauschquelle: Mein Backend kann theoretisch 1-8000 MHz messen, realistisch sollte man aber bei ein paar Hundert MHz bis vielleicht 2-3 GHz bleiben. Meine IF ist 1-2 GHz. Wenn die Rauschquelle 100 MHz abgibt, wäre ich schon zufrieden. Die Frage ist: Driftet sie in ihrer Intensität, ist die Konstantstromquelle gut oder wäre ein OpAmp besser? Wieviel Leistung liefert sie und wie sieht das Spektrum aus?

Michael
 
Hallo zusammen,

uiuiui Ihr lasst hier ja Sachen vom Stapel... das liegt jenseits meines Ereignis- ähm Erkenntnis-Horizonts. Ein Glück, dass man als alter Mann mit wenig Haaren auf'm Kopp nicht mehr gezwungen ist, sich in sowas rein vertiefen zu müssen. Ich bin ja froh, dass ich auf der Praktiker-Schiene soweit gekommen bin, dass mein H-Radioteleskop halbwegs plausible Kurven liefert, hoffentlich plausibel.
Trotzdem interessant mitzulesen und zu versuchen, sich von dem Gelesenen eine vage Vorstellung zu machen.
In diesem Sinne: macht ruhig weiter :).

Viele Grüße,
Reinhard
 
@Reinhard_Lauterbach Die Allan Variance kann man mit Sicherheit viel verständlicher als bei Wikipedia erklären. Das würde sich auch lohnen, weil die Folgerungen fundamental sind. In Bezug auf die Radioastronomie sagt sie Dir, bis zu welcher Integrationszeit Du noch einen Vorteil beim SNR bekommst. Die Radiometergleichung verspricht Dir ein besseres SNR bei mehr Integrationszeit, aber wie man schon in "Das Boot" wusste: Irgendwann ist natürlich Schluss. Das ist die praktische Anwendung. Eigentlich gehört das zu jeder Charakterisierung eines Radioteleskops.

Es ist richtig spannend, welches Problem in der Erstellung der Radiometergleichung steckt, denn dieses Problem ist weit verbreitet. Wenn ich meine Daten entsprechend ausgewertet bekomme, sehe ich mal zu, ob ich das gut erklären kann. Eigentlich müsste sich zeigen, dass ich aktuell nur kurze Integrationszeiten benutzen kann, und jede konstruktive Verbesserung würde sich dann als Zahl darstellen lassen.

Michael
 
Inzwischen bin ich etwas schlauer. Die Division durch tau ist keine Normierung, sondern eine Durchschnittsbildung. Ich gebe aber zu, dass ich auch erst durch dieses Paper drauf kam:

R. Schieder, C. Kramer: Optimization of radio astronomical observations using Allan variance measurements:

Optimization of radio astronomical observations using Allan variance measurements

Stability tests based on the Allan variance method have become a standard procedure for the evaluation of the quality of radio-astronomical instrumentation. They are very simple and simulate the situation when detecting weak signals buried in large noise fluctuations. For the special conditions...
arxiv.org arxiv.org

Freundlicherweise erklären die Autoren am Anfang die Grundlagen und haben dazu ein ganz tolles Diagramm, welches Rauschen und Drift zeigt, und warum sowas wie von Wolfgang oben rauskommt:

allan-variance.png


Was Wolfgang oben zeigte, ist die Summe von white noise und drift noise, was sich rechts im Bild als Kurve über den zwei Diagonalen findet.

Ursprünglich wurde die Allan-Varianz als ein Maß für die Frequenzstabilität definiert:

en.wikipedia.org

Allan variance - Wikipedia

en.wikipedia.org en.wikipedia.org

Sie ist jedoch für viele Prozesse allgemein anwendbar, die ein hochfrequentes Rauschen und einen niedrigfrequenten Drift enthalten. Die Definition der verallgemeinerten Allan-Varianz ist:

Eine Reihe von Messwerten y wird in Perioden der Länge tau eingeteilt, deren arithmetisches Mittel x gebildet wird. Die Allan-Varianz ist das halbe Quadrat der Differenz zweier benachbarter Mittelwerte:

x_i = y[i*tau..(i+1)*tau-1].sum / tau

var_allan_i = (x_i - x_(i+1))^2 / 2

Oder als Code, der ein File mit Werten in die Allan-Varianzen konvertiert:

#!/usr/bin/env ruby

tau = ARGV[0].to_i()
ARGV.delete_at(0)

prev = nil
cur = nil
count = 0
sum = 0

ARGF.each do |line|
sum = sum + line.to_f()
count = count + 1

if count == tau then
prev = cur
cur = sum / count
count = 0
sum = 0
end

if prev && cur then
allan_variance = (prev-cur)**2/2
puts allan_variance
end
end

Ich traue mich gar nicht, die Werte meines LNBs zu zeigen: Katastrophe. Das kann nicht so bleiben, aber ich verstehe nun, wieso Joachim Köppen außer Sonne und Mond mit dem LNB sonst nichts detektieren konnte.

Die Sache hat eine weitergehende Bedeutung:

Endliche Messreihen sind ein impliziter Hochpassfilter der Realität.

Die Stabilität schränkt den Bezug von Werten, die weiter als diese Periode voneinander entfernt sind, immer weiter ein.

Die Standardabweichung und die Verteilung beziehen sich nur auf das entsprechende Frequenzspektrum des Hochpassfilters und nicht auf die wirklichen Werte. Jegliche Extrapolation (Trendprognose) oder die Klassifikation von Werten entsprechend der Standardabweichung (Ausreisser) nimmt implizit an, dass es keine niedrigeren Frequenzen gibt, d.h. dass der Prozess absolut stabil ist. Diese Annahme wird häufig nicht bewusst erkannt und darum auch nicht nachgewiesen, weil im Experiment z.B. eine Gaussverteilung erwartet und beobachtet wird, so dass man nur so viele Messwerte aufnimmt, bis der gewünschte Restfehler durch Mittelung erreicht wird. Es wird unbewusst unterstellt, dass der Restfehler gegen 0 konvergieren wird.

Ein in der Wissenschaft unbewusst angewendeter Hochpassfilter ist analog zum Konstruktivismus in der Erkenntnistheorie: Dinge werden nicht objektiv beobachtet, sondern die Beobachtung konstruiert ein mentales Modell, welches je nach Beobachter verschieden ist.

Bei Antoine de Saint-Exupéry sagt der kleine Prinz: "Man sieht nur mit dem Herzen gut. Das Wesentliche ist für die Augen unsichtbar." Die Welt besteht für ihn aus der individuellen geistigen Konstruktion des Beobachteten.

Verschiedene Messreihen, deren Zeitpunkte weiter als die Periode des minimalen Allan-Varianz auseinander liegen, können darum überraschenderweise zu verschiedenen Ergebnissen kommen, z.B. die Messung des Gewichts des Ur-Kilos oder der Hubble-Konstante.

Und weil das etwas ist, was eigentlich jeder Ingenieur wissen sollte, schreibe ich es gerade für die Kollegen auf. Nur so viel: Es gibt viel mehr Probleme dieser Art, als man denkt.

Michael
 
Hallo allerseits,

ich möchte mal auf das Thema "Wasserstoff" zurück kommen.

Im Posting #333 weiter oben, hatte Wolfgang mir angeboten, mal über meine Spektren zu schauen.
Dankenswerter Weise hat er das mittlerweile gemacht und mir per Email seine Einschätzung mitgeteilt. Ich gehe mal davon aus, dass Wolfgang nichts dagegen hat wenn ich den Wortlaut seiner Mitteilung hier veröffentliche, denn das Thema ist ja von allgemeinem Interesse:

Hallo Reinhard,
so langsam komme ich dahinter. Deine Spektren scheinen soweit ok zu sein, jedenfalls komme ich bei der Auswertung der FITS Dateien zu einem ähnlichen Ergebnis. Das Problem ist aber, dass Du nicht dahin schaust, wo Du glaubst hinzuschauen. Mal abgesehen von dem Zeitproblem: Wenn Du mit 68° Elevation nach Süden schaust, dann hast Du ganz grob eine Deklination von 62°. Das kann dann aber nicht in Richtung 180°/0° galaktisch sein, denn das ist eine Deklination von ~ 29°.
Daher sieht dann das Spektrum auch komplett anders aus als erwartet.
Du solltest auf zwei Dinge achten: Dass die Uhrzeit korrekt gesetzt ist, und dass die Parameter beim Aufruf den korrekten Azimut (eben 180° für deine Südrichtung) und die korrekte Elevation hat. Dann sollten auch die Angaben im Header der Datei die richtigen Koordinaten wiedergeben.
Viele Grüße
Wolfgang

Zitat: "Das Problem ist aber, dass Du nicht dahin schaust, wo Du glaubst hinzuschauen." Der Satz kommt mir irgendwie bekannt vor, Fritz hatte ja auch schon mal das gleiche Problem.
- Der Punkt mit der korrekten Zeitangabe sollte mittlerweile gelöst sein, mein Raspberry hat jetzt Zugriff auf mein WLAN und die Zeit-Synchronisation läuft auch einwandfrei, wie ich an der Anzeige im Statusfenster sehen kann.
- Dann die Ausrichtung der Antenne:
-- Meine Grundstücksgrenze läuft ziemlich genau in Ost-West Richtung und danach hatte ich das Montierungs-Gestell ausgerichtet. Mittlerweile habe ich die Grundstücksausrichtung einmal in Google-Maps kontrolliert und eine Abweichung von der Ost-West Richtung von etwa 2° festgestellt, diese habe ich inzwischen bei der Montierungsausrichtung korrigiert.
-- Die Elevationseinstellung mache ich zur Zeit mit Hilfe einer selbst gezeichneten Skala mit einer Art Lot am beweglichen Teil der Spiegelmontierung. Ich kann nicht ausschließen, dass die Skala nicht exakt angeordnet ist und dass evtl. im Bereich Spiegel / Feed nicht noch etwas "schielt", aber das kann so viel nicht sein. Allerdings kommen schnell zwei / drei Grad zusammen.

Um meine Antennenausrichtung zu kontrollieren habe ich nun folgendes überlegt:
- Ich schaue mir in einem Planetariums-Programm an, wann genau die Sonne bei mir im Süden steht.
- Den SDR-Stick schließe ich an mein Notebook an und starte eine SDR-Software, z. B. HDSDR, hier kann ich in Realtime die relative Feldstärke anschauen.
Nun mache ich einen Driftscan der Sonne um den genauen Zeitpunkt des Maximums zu ermitteln. So kann ich erstmal die Azimut-Ausrichtung kontrollieren.
Am nächsten Tag schaue ich im Planetariums-Programm nach bei welcher Elevation die Sonne zum Zeitpunkt des Meridiandurchgangs steht. Zu diesem Zeitpunkt mache ich einen Elevationsschwenk und ermittele den Winkel der maximalen Feldstärke. So sollte sich die Elevations-Einstellung kontrollieren lassen.

Mein Elevationsantrieb erfolgt ja jetzt schon elektrisch und wird über einen Arduino angesteuert. Die Positionserfassung erfolgt mit einem lasergetrimmten Präzisionspotentiometer und wird auf dem Display des Arduinos angezeigt. Diese Anzeige erfolgt noch in Digits des 10 Bit A/D-Umsetzers und ist nicht besonders hoch aufgelöst, da das Poti fast 360° erfasst und an 5 Volt hängt. Das Analogsignal durchläuft also bei 90° nur einen Bereich von 1,25 Volt und somit nur 1/4 des ADU-Dynamikbereichs also etwa 256 Schritte. Das wäre für 90° vermutlich gut genug bei einer 10° Beam-Weite, aber da gibt es noch eine einfache Möglichkeit die Auflösung zu verdoppeln: Wenn ich an der Software weiter mache lege ich die Referenz des ADUs auf eine prozessorinterne Referenz, ich meine die hat 2,5 Volt, nur dadurch wäre die Auflösung schon verdoppelt. Eine Umrechnung in Grad kommt dann natürlich auch noch gleich mit rein.

So, das wärs dann zum Stand der Dinge.

Abschließend nochmals meinen herzlichen Dank an Wolfgang für die wertvolle Unterstützung, die er hier nicht nur mir zugute kommen lässt!

Viele Grüße und genießt die erträglichen Temperaturen ;),
Reinhard

PS: Wobei der Reinhard die "erträglichen Temperaturen" nutzt um den explodierenden Garten etwas einzudämmen, da muss das Radioteleskop mal etwas warten :(.
 
Zuletzt bearbeitet:
Hallo Michael,

Du hast die Zusammenhänge in Deinem letzten Posting sehr gut erklärt, das verstehe sogar ich... bis auf dem Mathematik-Kram :unsure:.
Eigentlich setzen wir in Class bei der Auswertung unserer Wasserstoff-Spektren ja ebenfalls etwas ähnliches wie den von Dir oben beschriebenen Hochpass ein, indem wir vom Rohspektrum die mit einer Funktion sechsten Grades angefittete Grundlinie subtrahieren. Nun ist in diesem Fall die Unterdrückung der niederfrequenten Anteile der Funktion (Welligkeit, verursacht durch die Hardware) ja genau der Zweck der Übung und gewollt. In Deinem Fall ist das was Anderes. Für einen Driftscan von z. B. Cassiopeia-A benötigst Du eine mindest-Langzeitstabilität, damit das Signal nicht im Drift-Rauschen untergeht. Ich hoffe ich habe das jetzt so richtig verstanden.

Viele Grüße,
Reinhard
 
Zuletzt bearbeitet:
Das ist auch ein Hochpass, stimmt. Aber ich meine den Hochpass, der sich durch die Integrationszeit ergibt: Wenn Du die Grundwelligkeit deines Empfängers misst, um das Spektrum von Messungen zu korrigieren, dann unterstellst Du, dass diese Grundwelligkeit bei der eigentlichen Messung immer noch genau so ist, d.h. dass Deine Integrationszeit lang genug war, um nur noch einen Restfehler zu ergeben, mit dem Du leben kannst, und dass Dein Empfänger keinen Drift in der Frequenzempfindlichkeit hat. Vielleicht misst Du sogar verschiedene Integrationszeiten, siehst wie das Spektrum immer glatter wird, und denkst: Das konvergiert ja schön. Aber Du kannst mit Messungen von 10 Minuten Länge nicht sehen, wie sich der Empfänger nach 10 Stunden verhält, weil das Nyquist-Kriterium das nicht hergibt, also weisst Du nicht, wie lange das konvergiert und ab wann es wieder divergiert.

"Das ist chinesische Präzisionselektronik, die wird so heiß dass man sie kaum anfassen kann und kostete nur 20 Dollar, was soll da driften?" Der kleine Prinz hätte mit Sicherheit einiges dazu zu sagen, wenn er auf sein Ingenieursherz hört. :-)

Idealerweise würdest Du also erst die Grundwelligkeit messen und direkt danach die eigentliche Messung machen, und beides zusammen sollte die Periode der minimalen Allan-Varianz nicht überschreiten - die man dafür kennen müsste.

Michael
 
Ah, also mal übersetzt in die Welt von uns Astro-Fotografen:
Wenn ich meine 10 Min. Belichtung mit der DSLR mache und direkt danach mein 10 Min. Darkframe, dann kann ich natürlich nicht wissen, ob nicht zwischendurch die Kamera so weit gedriftet ist, dass mein Dark das Ergebnis nicht sogar verschlechtert.
Erfahrungsgemäß ist eine so korrigierte Aufnahme besser als ohne Dark.
Wenn ich jetzt viele solcher Aufnahmen stacke, dann wird das statistische Rauschen immer geringer und damit die Qualität meiner Aufnahme besser. Treibe ich das immer weiter, dann komme ich an einen Punkt an dem es nicht besser wird und ggf. sogar schlechter wird. Denn dann gewinnen die Fehler durch die begrenzte Konstanz der Darks die Überhand.
Kann man das so sehen?

LG & CS
 
Ah, das untermauert meine Strategie bei der Astro-Fotografie. Ich lasse die Kamera immer direkt einen internen Dark-Abzug machen, auch wenn es mich Beobachtungszeit kostet. Damit bin ich best möglich vor "dem Allan" gewappnet.

Auch bin ich der Meinung, dass es richtig ist, genauso viele Darks zu machen wie Lights. Nur dadurch ist gewährleistet, dass das Restrauschen der Summe der Lights nicht durch das Rauschen der Darks-Summe (bei zu wenig Darks) wieder verschlechtert wird. Aber ich glaube das ist eine andere Baustelle...
 
Das ist gar nicht so weit weg von der Radioastronomie: Wie ich las, macht man auch dort gerne immer abwechselnd Messungen am Ziel und an einem leeren Bereich. So erhält man viele driftkompensierte Einzelmessungen und damit kann die gesamte Beobachtung die maximale Periode überschreiten. Der Dicke-Switch arbeitet auch so.

Michael
 
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