ЛЮБИТЕЛЬСКИЙ РАДИОТЕЛЕСКОП - РУКОВОДСТВО ПО СОЗДАНИЮ

[boangri]

Пришла в голову идея, как нам синхронизовать наши опорники без сведения их в одну точку.

(Нет, я конечно не против сходки всех участников проекта, но приятнее встретиться с бутылкой пива, а не с термобоксами и аккумуляторными батареями от авто)

Нам нужно чтобы наши опорники имели относительную точность хода не более 10Е-11 (В этом случае число N накоплений сможет достичь 10Е11 - ибо это напрямую связанные обратной пропорциональностью величины)
А от N зависит чувствительность (обратно пропорциональна корню их числа накопления)

У нас есть PPS сигналы GPS, т.е. мы можем измерять любые временные интервалы с точностью до микросекунды.
Чтобы измерить с необходимой точностью частоту своего опорника, достаточно сосчитать его импульсы за сутки. Полученная точность будет
1/86400/1000000 - как раз 10Е-11. Разумеется я предполагаю, что какими то настройками (температурой, питающим напряжением) частоту можно регулировать. Далее останется выставить всем заранее оговоренную частоту.

[Alex Plaha]

По ФНЧ.  У нас не стоит задача восстановления сигнала  в промежутках между дискретными отчетами (а именно об этом говорит теорема К-Ш-Н). У нас стоит задача измерения взаимной корреляции - в моменты отчета. Еще раз сформулирую свою позицию. Частота отсечки ФНЧ определяется не частотой отсчетов, а величиной возможной рассинхронизации моментов измерений в разных каналах и является обратной величиной этого рассогласования. В случае РТИ-1 синхронность отсчетов гарантирована, и необходимость ФНЧ отпадает.

1. Выражение "У нас не стоит задача восстановления сигнала  в промежутках между дискретными отчетами", не совсем корректное, т.к. никто это не собирался делать.  А теорема К-Ш-Н говорит о восстановлении сигнала по его отсчетам, т.е. по данным полученным в момент отсчета, а не между ними.

2. Согласно Ваших рассуждений, о ненадобности ФНЧ, тюнер тоже не нужен т.к. он является своеобразным ФНЧ переносящим спектр 1ГГц на низкие частоты.
Тогда у нас получается самый простой радиоинтерферометр в мире:  цепляем наш коррелятор прямо на антенны после МШУ и меряем корреляцию без всяких ФНЧ на частоте водорода 1421Мгц!!!  Звучит круто, но это не так.

3. Далее вы пишете "У нас стоит задача измерения взаимной корреляции - в моменты отсчета." , да это верно. Вопрос, что мы получаем в моменты отсчета?  Если частота этих отсчетов будет слишком маленькая по сравнению с частотой сигнала, то в отсчетах могут присутствовать спектральные составляющие,  которые не имеют отношения к нашему исходному сигналу, и зачем нам  мерять  корреляцию у ложных спектральных составляющих, ведь это приведет к ложной корреляции. Тогда возникает вопрос, какой должна быть частота отсчетов, чтобы в ней не было ложных спектральных составляющих, а присутствовал только реальный сигнал?
На этот вопрос нам и отвечает теорема К-Ш-Н.

4.И в доказательство вышесказанного цитаты из  "библии" радиоастрономов: "Моран Д. М., Свенсон Д. У. Интерферометрия и синтез в радиоастрономии".
Параграф 8.2:"Выборки с частотой, большей или меньшей частоты Найквиста, называют соответственно избыточными или недостаточными."
Хотя избыточной частотой выборки можно компенсировать потерю чувствительности в следствии "шума квантования"
Параграф 8.2.2: "Прежде чем закончить обсуждение не квантованной выборки, мы должны рассмотреть вопрос о выборках с частотой, отличной от частоты Найквиста.

(формула 8.19)

 Для значений частоты Найквиста, равных 1/2, 1/3, 1/4 и т.д., которые соответствуют недостаточным выборкам,
Rvq = 0 и знаменатель в (8.19) равен единице. Чувствительность падает, как и следовало ожидать в случае уменьшения ансамбля данных. При избыточной выборке чувствительность остается той же, что и в случае выборки с частотой Найквиста. Этого и следовало ожидать, так как при выборке Найквиста не происходит никаких потерь информации.

Т.е. простыми словами, в Параграфе 8.2 нашей "библии"  выведена формула для случая выборок, отличных от частоты Найквиста.  В частности, если частота выборки падает, но принимает значения 1/2, 1/3, 1/4 и т.д., то чувствительность падает в корень из этого коэффициента раз. При промежуточных значениях она может упасть еще сильнее (из-за знаменателя в формуле 8.19).

[shicl]

+100 Абсолютно согласен. Прочитал и все сомнения развеялись.

[boangri]

Александр,

1. видимо у нас разное понимание теоремы К-Ш-Н. Я ее понимаю так - сигнал может быть полностью восстановлен (т.е. вычислен в произвольные моменты времени между отсчетами) по отсчетам, сделанным в дискретные моменты времени с частой равной удвенной ширине спектра. Какой смысл в востановлении сигнала в момент отсчета? Он и так измерен, зачем его восстанавливать?

2. Почему не будет работать коррелятор на частоте 1400 мгц - схема компаратора вероятно не работает на этой частоте. Взятие отсчета сигнала всегда явно или неявно связано с фильтрацией сигнала в опред. полосе, определяемой измерителем (например АЦП). Я подразумеваю, что компаратор предложенный Вами,
все таки потянет частоты больше 3 мгц.

3. Не нашел никаких противоречий моей позиции с пространными цитатами из "библии". Я предлагаю прекратить спор и обратиться к эксперименту. Ибо как учил дедушка Ленин, практика - критерий истины.
Или хотя бы сделать простой мысленный эксперимент: давайте просто выкинем каждое второе измерение, сделанное с частотой 6мгц и ФНЧ 3мгц.  А чтобы не потерять в числе N, в 2 раза удлинним время накопления. Достаточно очевидно, что мы получим тот же самый результат. Но по Вашей логике, мы в этом случае обязаны поставить ФНЧ 1.5мгц , а если оставить ФНЧ 3мгц  то интерференция исчезнет. Но очевидно это не так...

[boangri]

Александр,

мне все таки хотелось бы узнать Ваше мнение насчет предложенного мною способа "заочной" синхронизации опорников.

А еще мне хотелось бы понять в какой стадии Ваши работы по движению в сторону РСДБ. Какие еще остались нерешенные проблемы (если не считать проблем математической обработки и восстановления радиоизображения)? Вы упоминали программу, которая синхронизирует две записи, сделанные на разных компьютерах (очевидно подбором временного сдвига). Будет ли эта программа работать в случае протяженного источника? Будет ли она работать в случае точечного источника, но при больших базах (сотни километров?) Ведь при таких базах один лепесток проходит за  миллисекунды. Сможем ли мы копить сигнал дольше, чем длительность лепестка? Ведь сейчас как я понимаю, время накопления одной точки на порядок меньше времени прохождения одной интерференционной полосы (лепестка)
 

[Alex Plaha]

Александр,
1. видимо у нас разное понимание теоремы К-Ш-Н. Я ее понимаю так - сигнал может быть полностью восстановлен (т.е. вычислен в произвольные моменты времени между отсчетами) по отсчетам, сделанным в дискретные моменты времени с частой равной удвенной ширине спектра. Какой смысл в востановлении сигнала в момент отсчета? Он и так измерен, зачем его восстанавливать?

У Вас правильное понимание теоремы К-Ш-Н. А предложение , "Какой смысл в востановлении сигнала в момент отсчета? Он и так измерен, зачем его восстанавливать?" это просто,  описание одного и того же процесса разными словами.  Т.е. если сигнал правильно измерен,  значит он восстановлен.

[Alex Plaha]

2. Почему не будет работать коррелятор на частоте 1400 мгц - схема компаратора вероятно не работает на этой частоте. Взятие отсчета сигнала всегда явно или неявно связано с фильтрацией сигнала в опред. полосе, определяемой измерителем (например АЦП). Я подразумеваю, что компаратор предложенный Вами,
все таки потянет частоты больше 3 мгц.

По той же причине, по какой не цепляют наушники прямо к антеннам для прослушивания радиопередач ,  а делают сложные многодиапазонные супергетеродины для качественного приема.
Если Вы думаете, что коррелятор будет работать на 1400Мгц то реализуйте этот проект параллельно с нашим РТИ-1, тем более,  что тюнеры Вам вообще не понадобятся , а паять там вообще по минимуму.

[Alex Plaha]

3. Не нашел никаких противоречий моей позиции с пространными цитатами из "библии". Я предлагаю прекратить спор и обратиться к эксперименту. Ибо как учил дедушка Ленин, практика - критерий истины.
Или хотя бы сделать простой мысленный эксперимент: давайте просто выкинем каждое второе измерение, сделанное с частотой 6мгц и ФНЧ 3мгц.  А чтобы не потерять в числе N, в 2 раза удлинним время накопления. Достаточно очевидно, что мы получим тот же самый результат. Но по Вашей логике, мы в этом случае обязаны поставить ФНЧ 1.5мгц , а если оставить ФНЧ 3мгц  то интерференция исчезнет. Но очевидно это не так...

Вы говорите, что "Не нашел никаких противоречий моей позиции с пространными цитатами из "библии". И тут же, следующими строками опровергаете это.

Ваши  манипуляции  с отсчетами  можно компенсировать временем накопления сигнала. А если фильтра нет, то свой вклад даст еще и знаменатель все той же формулы 8.19 - там придется даже не в 2 раза увеличить N, а еще сильнее. В конце концов,  время минимального накопления станет больше периода интерференции,  и мы вообще ничего не увидим.
Зачем весь, этот  мазохизм?  В наши задачи это не входит.

Хотя если есть желание проверить правильность формул из нашей "библии", то все равно Вам придется строить РТИ.

[Alex Plaha]

Пришла в голову идея, как нам синхронизовать наши опорники без сведения их в одну точку.

(Нет, я конечно не против сходки всех участников проекта, но приятнее встретиться с бутылкой пива, а не с термобоксами и аккумуляторными батареями от авто)

Нам нужно чтобы наши опорники имели относительную точность хода не более 10Е-11 (В этом случае число N накоплений сможет достичь 10Е11 - ибо это напрямую связанные обратной пропорциональностью величины)
А от N зависит чувствительность (обратно пропорциональна корню их числа накопления)

У нас есть PPS сигналы GPS, т.е. мы можем измерять любые временные интервалы с точностью до микросекунды.
Чтобы измерить с необходимой точностью частоту своего опорника, достаточно сосчитать его импульсы за сутки. Полученная точность будет
1/86400/1000000 - как раз 10Е-11. Разумеется я предполагаю, что какими то настройками (температурой, питающим напряжением) частоту можно регулировать. Далее останется выставить всем заранее оговоренную частоту.

Выставить одинаковую частоту на опрниках еще не означает их синхронизировать.

[Alex Plaha]

А еще мне хотелось бы понять в какой стадии Ваши работы по движению в сторону РСДБ. Какие еще остались нерешенные проблемы (если не считать проблем математической обработки и восстановления радиоизображения)? Вы упоминали программу, которая синхронизирует две записи, сделанные на разных компьютерах (очевидно подбором временного сдвига). Будет ли эта программа работать в случае протяженного источника? Будет ли она работать в случае точечного источника, но при больших базах (сотни километров?) Ведь при таких базах один лепесток проходит за  миллисекунды. Сможем ли мы копить сигнал дольше, чем длительность лепестка? Ведь сейчас как я понимаю, время накопления одной точки на порядок меньше времени прохождения одной интерференционной полосы (лепестка)

Сейчас проводятся эксперименты по синхронизации записи данных на HDD, без потерь, т.к. в сети РСДБ будут  компьютеры с разным быстродействием,  и синхронизации только АЦП может быть мало.  Параллельно пишется соответствующее ПО.
На больших базах период интерференции будет регулироваться программно, методом внесения компенсирующей задержки.

[boangri]

Выставить одинаковую частоту на опрниках еще не означает их синхронизировать.

Разумеется. Но ведь и при Вашем подходе опорники не долго будут оставаться синфазными. Допустим Вам удалось уравнять частоту двух кварцев 16мгц с точностью 10е-11 (допустим!). Но через пару часов они окажутся в противофазе.

К счастью, нам не нужно чтобы опорники были синфазными. Будет некоторый разброс в моментах отсчетов, но ведь у Вас есть программа, которая подберет нужный сдвиг между записями, не так ли? Для нас достаточно, чтобы частоты не отличались более, чем скажем на 10е-10, тогда мы сможем накопить 10е10 отсчетов.

Если сравнивать 2 способа синхронизации кварцев (выразимся корректнее - уравнивания частот кварцев), то мой предпочтительнее тем, что дает гарантию, что частоты не разойдутся более допустимого предела. При желании можно сделать систему авторегуляции, которая будет поддерживать заданную частоту кварца наподобие того, как это делает NTP-сервер.

Я задавал Вам вопрос - как долго будут оставаться в синхронном состоянии 2 кварца, синхронизованные Вашим способом - ответа так и не получил...

[Alex Plaha]

Если небудет системы автоматической подстройки частоты то в любом случае кварцы разойдутся более допустимого предела, т.к. 10Е-11 это стабильность временная. У меня в синфазном состоянии кварцы находились примерно 8 часов. И способ начальной синхронизации в данном случае нас не спасет.
Для автоматической подстройки частоты будем использовать более точные сигналы чем PPS, или от рубидиевого стандарта.

[shicl]

Только что приехал с радиорынка. Приобрел вторую прямофокусную 1,6м. Был удивлен когда у торговцев не оказалось ант. усилителей. Счас запулю объявление в местный инет, для их покупки.

[Alex Plaha]

Shicl, МШУ это очень важный узел, от которого в первую очередь зависит отношение сиг./шум. Из спутниковых линейных усилителей нам в большей мере подходят те которые для цифрового спутникового TV и интернета, в меньшей для спутникового аналогового TV. Усиление не менее 15дб-18дб. Большее усиление данного класса МШУ нас не спасет, т.к. они достаточно шумные. Но для экспериментов по Солнцу, Кассиопеи А и Лебедю А они покатят.

Раз ты даешь объявление, то возможно будут предложения по усилителям на 1296Мгц, от радиолюбителей ЕМЕ и Тропо. Они конечно подороже,  но и шум у них на порядок меньше, 0.6дб, а может и еще меньше.

[shicl]

Советы учту обязательно.

[GRASIS]

2. Почему не будет работать коррелятор на частоте 1400 мгц - схема компаратора вероятно не работает на этой частоте. Взятие отсчета сигнала всегда явно или неявно связано с фильтрацией сигнала в опред. полосе, определяемой измерителем (например АЦП). Я подразумеваю, что компаратор предложенный Вами,
все таки потянет частоты больше 3 мгц.

...Если Вы думаете, что коррелятор будет работать на 1400Мгц то реализуйте этот проект параллельно с нашим РТИ-1, тем более,  что тюнеры Вам вообще не понадобятся , а паять там вообще по минимуму.

Согласен с Александром. Любые теоретические споры  рано или поздно доходят до того момента, когда теоретические аргументы должны подтверждаться практикой.
Александр уже предложил свой проект не только концептуально, но и в реальном «железе» с чертежами, схемами; его аппарат уже работает (по его заверениям), и на нем проводятся дальнейшие эксперименты.
Мне очень интересна дискуссия между Александром и boangri, но я не обладаю такой радиотехнической квалификацией, чтобы оценивать ее. А вот увидеть практическую реализацию Вашей, boangri, концепции в предложенных радиосхемах и работающих изделиях, а затем сравнить полученные результаты с тем, что получил Александр, было бы очень интересно, и не только мне. Так что ждем от Вас, boangri, конкретных практических предложений.
Кстати, принцип, когда одну и ту же техническую задачу поручали решать разным КБ (что было нормой в бывшем СССР, особенно в авиа-космической и оружейной отраслях), всегда доказывал свою целесообразность и эффективность.
Всем успехов!

[shicl]

Александр, МШУ желательно с наиболее равным КУ? Есть предложения, но разных КУ и разных производителей, или это не критично?

[boangri]

Борис (shicl):

а не хочешь немного усовершенствовать конструкцию РТИ-1 - как я предлагал ранее?

В нынешней конструкции есть слабое место - необходимость передавать гигагерцы (950-2150мгц) по коаксиалу на десяток метров.
Гигагерцы быстро затухают, в результате нужен МШУ (а это доп шум), дорогой толстый кабель и все равно дальше чем на 10-20 метров антенны не разнесешь.

Предлагаю тюнер ставить в непосредственной близости к облучателю, соединив его очень коротким кабелем. А по двум длинным коаксиалам передавать опорную частоту для синтезатора (5-20мгц) и "видеосигнал" с тюнера (3-6мгц)
Эти частоты на 2 порядка ниже, и даже по тонким дешевым коаксиалам их можно передать на гораздо большее расстояние.

РТИ-1 - не конечная цель. все равно потом станет задача разделения "сиамских близнецов". Почему бы сразу не делать конструкцию, которая потребует меньше переделок?

Повторю преимущества:
- меньше шумы (не нужен МШУ)
- можно увеличить базу в разы как минимум.
- удешевление и упрощение конструкции. ( не нужны МШУ, толстый косаксиал, возможно ФНЧ - его заменит коаксиал)
- меньше переделывать для РСДБ.

 

[Alex Plaha]

Александр, МШУ желательно с наиболее равным КУ? Есть предложения, но разных КУ и разных производителей, или это не критично?

Рад познакомится поближе Борис, спасибо Boangri. Я не знал Вашего имени и обращался по нику.
Я пробовал не только  МШУ с разным КУ, но и антенны с разным диаметром. Одна антенна была 1.8м другая 1.2м, и все работало. Хуже всего было при КУ 8-10Дб в одном из МШУ. Этот МШУ был на одном транзисторе, и шум был приличный.  Хотя Солнце было видно.  Коэффициент шума для нас важнее чем КУ.
Так, что если не дорого то для экспериментов сойдут и разные КУ.

[shicl]

Один МШУ есть - 20 дб.