User Tools

Site Tools


en:about

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

Link to this comparison view

Next revision
Previous revision
en:about [2016/03/25 22:29]
fluktuacia created
en:about [2016/06/20 22:38] (current)
kaklik [Relevant publications]
Line 3: Line 3:
  
 Bolidozor is a network designed for meteor observations on different level of professionalism. It uses [[en:stations|observation stations]] located either at amateurs, volunteer or at professional or public astronomical observatories. The map with locations of the stations can be found at [[http://www.astrozor.cz/|Astrozor.cz]] website. Bolidozor is a network designed for meteor observations on different level of professionalism. It uses [[en:stations|observation stations]] located either at amateurs, volunteer or at professional or public astronomical observatories. The map with locations of the stations can be found at [[http://www.astrozor.cz/|Astrozor.cz]] website.
 +
 +
 +{{ :cs:rmds:meteor_detection.png?600 | Radio meteor detection subsystem principle.}}
  
 The network brings revolutionary approaches in meteor observations and potentially in detecting their fragments' impacts. At the current stage it focuses mainly on the obtaining the trajectory based on the [[en:events| radio reflections]] from their ionised trails in combination with [[en:meteor-observer|visual observations]]. Other measuring modalities and analysis methods are planned in the future.    The network brings revolutionary approaches in meteor observations and potentially in detecting their fragments' impacts. At the current stage it focuses mainly on the obtaining the trajectory based on the [[en:events| radio reflections]] from their ionised trails in combination with [[en:meteor-observer|visual observations]]. Other measuring modalities and analysis methods are planned in the future.   
  
-{{:cs:storage:stanice_mapa.png?700|}}+{{:cs:storage:stanice_mapa.png?700|Map of Bolidozor station network.}}
  
 The meteoroid passage through the atmosphere causes, apart from a classical optical phenomena (meteor) - often visible by a naked eye, a number of other phenomena, which can be measured on the ground and used for scientific processing. Examples of such phenomena include: radio waves reflections, optical emissions, radio emissions from ion recombination, spreading of shockwave cause by hypersonic flyby.  The meteoroid passage through the atmosphere causes, apart from a classical optical phenomena (meteor) - often visible by a naked eye, a number of other phenomena, which can be measured on the ground and used for scientific processing. Examples of such phenomena include: radio waves reflections, optical emissions, radio emissions from ion recombination, spreading of shockwave cause by hypersonic flyby. 
 The shockwave, for example, is able to reach distances of orders of hundreds of kilometres, as it is damped by the viscosity of air only. Thanks to that, ground pressure sensors are able to measure it, thus obtaining further informations about the flyby of the body. The shockwave, for example, is able to reach distances of orders of hundreds of kilometres, as it is damped by the viscosity of air only. Thanks to that, ground pressure sensors are able to measure it, thus obtaining further informations about the flyby of the body.
  
 +In case of searching for fragments (meteorites), it is important to determine the dark path of the falling meteorite, especially in case of less massive bodies, whose flyby in influenced by tropospherical currents. This problem should be solved by a measurement conducted shortly after the detection of flyby in the area of anticipated impact. This measurement may be carried out for example by an [[http://wiki.mlab.cz/doku.php?id=cs:abl|automatic baloon probe launch]].
  
-V případě pokusu o nalezení úlomků (meteoritů) je důležité také určení temné dráhy pádu meteorituzvláště v případě méně hmotných částí, kdy dochází k ovlivnění jejich dráhy prouděním v troposféřeTento problém by měl být řešen měřením provedeným těsně po detekci průletu tělesa v oblasti s předpokladem dopadu. Takové měření je možné realizovat například [[http://wiki.mlab.cz/doku.php?id=cs:abl|automatickým vypuštěním sondážního balónu]]. +Concerning the impactit is important to transport the meteorite to laboratory for further analyses as fast as possibleThe problem may be solved by air transport, thanks to its high speed -  [[http://wiki.mlab.cz/doku.php?id=en:uavunmanned aerial vehicles]] present a feasible option.
  
-V případě samotného dopadu je důležitéaby meteorit byl dopraven co nejrychleji do laboratoře pro případ následné analýzy. K vyřešení takového úkolu je potřebné využít kvůli rychlosti vzdušnou dopravu. V tomto případě se uplatní technologie [[http://wiki.mlab.cz/doku.php?id=cs:uav|bezpilotních prostředků]]+The whole cybernetic system consisting of devices for meteor detectionmeteorite search, analysis and transport to laboratory requires interactive planning and a use of advanced algorithms for signal processing.
  
-Celý kybernetický systém skládající se z přístrojů určených k detekci meteorůpátrání po meteoritechanalýzy a dopravy do laboratoře vyžaduje interaktivní plánování a využití pokročilých algoritmů pro zpracování signálu.+If a real-time solution to the above-mentioned steps would be found and if it would be possible to expand the system outside the Europethenapart from the obvious scientific contribution, it could provide institutions (such as astronomical observatories) with an interesting interactive and popularising output of trajectories and other events leading to tracing the meteorite 
  
-Pokud by bylo dosaženo možnosti řešení všech těchto kroků v reálném čase a systém by byl rozšiřitelný i mimo Evropské území, tak vedle vědeckého přínosu by pro instituce, jako jsou planetária mohl být zajímavý interaktivní popularizační výstup měřených drah a událostí vedoucích k dohledání meteoritu. +===== State of development =====
  
-===== Stav vývoje =====+The monitoring of meteors and the possible tracing of meteorites pose an interdisciplinary problem, that requires experienced professionals in the fields of astronomy, space mechanics, meteorology, aerodynamics, radio-electronics, navigation, geology and other. 
 +Such requirements make it almost an ideal educational project, with participating institutions form elementary schools to universities, including professionals, who can use the data further in research. The network is thus suitable for researchers solving many partial problems of basic and applied research.     
  
-Monitorování meteorů a případné dohledávání meteoritů je mezioborový problém, který vyžaduje zkušené odborníky z Astronomie, kosmické mechaniky, meteorologie, aerodynamiky, radioelektroniky, navigace,  geologie a dalších disciplín.  +==== Network parameters ====
-Jde tak o téměř ideální výukový projekt, do kterého se mohou zapojit jak vzdělávací instituce od základních škol až po univerzity, včetně profesionálních znalců problému, kteří mohou získaná data využívat pro výzkum. Lze tak v sítí najít uplatnění pro řešitele mnoha dílčích problémů základního i aplikovaného výzkumu. +
  
-==== Parametry sítě ====+Bolidozor's radio sub-system detects meteors using a method know as [[http://en.wikipedia.org/wiki/Forward_scatter|forward-scatter]]. Currently the [[en:graves|GRAVES]] radar is used as a transmitter, transmitting a continual power of several MW on frequency 143.050 MHz.
  
-Radiový subsystém Bolidozoru využívá k detekci meteorů metodu známou jako [[http://en.wikipedia.org/wiki/Forward_scatter|forward-scatter]], kde je v současné době jako vysílač využíván radar [[cs:graves|GRAVES]] vysílající kontinuálním výkonem několika MW na frekvenci 143.050 MHz+To receive the scattered signal, we use [[en:rmds|MLAB RMDS]] stations. The sensitivity of such station iswhen using a standard configuration of software, -135dBm and dynamic range is limited by a dynamic range of used sound card. The usual sampling is 16bit@96kHz. A simple [[en:antennas|GroundPlane aerial]] station with the above-mentioned configuration detects on average around 1000 meteors per day.
  
-Pro příjem odrazů jsou využívány stanice [[cs:rmds|MLAB RMDS]]. Citlivost této stanice je při použití standardní konfigurace softwaru -135dBm a dynamický rozsah je limitován dynamickým rozsahem použité zvukové kartyObvykle je ale použito vzorkování 16bit@96kHzPři použití jednoduché [[cs:antennas|GroundPlane antény]] stanice s touto konfigurací detekuje v průměru 1000 meteorů za den.+The stations are time-synchronized by GPS signal with 65ns (1σ) accuracy. The signal is also used to check the state of local oscillators on stations.(Oscillator frequency is measured with 0.1Hz resolution, the accuracy of measurement is based on the accuracy of the time synchronisation)
  
-Stanice jsou časově synchronizovány signálem GPS s přesností 65ns (1σ)GPS signál je také využívánpro kontrolu stavu lokálních oscilátorů na stanicích(Frekvence oscilátoru je měřena s rozlišením  0.1 Hz, přesnost měření vychází z přesnosti časové synchronizace)+[[en:data-outputs|Data outputs]] are in FITS format with RICE compression and they are either as sampled signals or as pre-computed spectrogramsAll measured date are publicly available on [[en:servers|data server]]. Meteor recordings are created based on the measurement of signal intensity in frequency domainwhere the reflected signal is expectedAll signals above the threshold intensity are recorded  
  
-[[cs:data-outputs|Datové výstupy]] jsou ve formátu FITS s kompresí RICE, buď jako navzorkované signály a nebo předpočítané spektrogramy. Všechna naměřená data jsou veřejně dostupná na [[cs:servers|datovém serveru]]. Záznamy meteorů jsou vytvářeny na základě měření intenzity signálu ve frekvenční oblasti, kde se očekává odražený signál a ukládají se všechny signály, které mají větší než prahovou intenzitu nad šumem.  
  
-Silné stránky      Slabiny  ^ +Pros      Cons  ^ 
-|   Levná konstrukce přijímače    |    Nepříliš dobrá odolnost proti rušení     | +|   Cheap receiver construction   |    Low resistance against interference     | 
-|   Malá anténa umístitelná i na balkon   |  Anténa má malý zisk a je citlivá především v nízkých elevacích  | +|   Small arial suitable even for balcony   |  Aerial's low gain and its sensitivity in low elevations mainly  | 
-|   Modularita detekční stanice umožňuje vývoj systému   |   Pro obsluhu stanice je potřeba nadstandardní technické vzdělání  | +|   Station's modularity enabling simple development of system   |   Operators are required to have above-the-average technical skills are  | 
-|   Použitý vysílač GRAVEs díky výkonu umožňuje detekci i malých meteorů   |   Vysílač je pouze jeden a rozšíření sítě je tak omezeno pouze na plochu Evropy   | +|   GRAVEs transmitter (due to its power output) enables the detection of even small meteors  |   There is only one transmitter, limiting the network operation over Europe only   | 
-|  Zvolená vlnová délka umožňuje lepší rozlišení detailů   |   Kratší vlnová délka snižuje odraženou energii od stopy meteoru   | +|  Choice of wavelength allows better detail resolution  |   Shorter wavelength decreases the energy reflected from the meteor trail   | 
-|  Zvolený koncept umožňuje spolupráci mezi amatéry profesionály  |  Síť generuje data různorodé kvality  |+|  The concept encourages cooperation between amateurs and professionals |  The network generates data of different quality  |
  
  
-==== Vědecký význam ====+==== Scientific significance ====
  
-Z astronomického pohledu je jasným přínosem Bolidozoru možnost získat o meteorech kvalitní data i v doběkdy to není jinými metodami možné (Denní světlošpatná viditelnostnevhodné povětrnostní podmínky atd.).+From the astronomical point of viewBolidozor network contributes to gaining quality data about meteors, even under conditions that make other methods not suitable (daylightlow visibilityunsuitable weather conditions etc.).  
  
-Vedle přímého přínosu základnímu výzkumu meziplanetární hmotyjsou dalšími výstupy vývoje také [[cs:algorithms|algoritmy zpracování signálu]]. Neboť rádiové a elektronické problémy v síti Bolidozor jsou podobné nebo identické s úkoly řešenými v moderní radioelektronice.  +Apart form a direct contribution to basic research in the field of interplanetary matterother outputs include [[en:algorithms|algorithms for signal processing]] - radio and electronic problems in Bolidozor network are similar or identical to the tasks addressed by modern radio-electronics.
-Aktuální radarová a navigační technika často využívá pasivní a  multistatické rádiové systémy. Kde vysílače a přijímače jsou vzájemně separovány a z pravidla i polohově odděleny. Takto koncipované systémy mají široké využití ve vojenské i civilní technice (např. řízení letového provozu), kde jsou důležité jejich přednosti jako je zvýšení spolehlivosti díky redundanci a zlepšení pokrytí díky změně rozložení energetické bilance odrazu.  +
-Technicky jde o problémy které jsou velmi podobné rádiové navigaci. Z pohledu energetické bilance a poměru mimospektrálních rušivých signálů jde konkrétně o problematiku družicové navigace+
  
-Všechny tyto podobné rádiové systémy jsou z technického pohledu nejvíce limitovány současnými algoritmy zpracování signáluNeboť multistatický systém vyžaduje numericky náročné statistické výpočtykteré se navíc provádí v reálném čase a na signálu obsahující velký podíl šumuPro efektivní využití multistatického signálu musí proto být vyvinuty a algoritmy umožňující detekci objektů pod šumem za použití informací z více stanic+Current radar and navigation techniques often use passive and multistatic radio systems, where transmitters and receivers are separated, usually by location as wellSuch systems have widespread application in military and civilian technology (e.g. air traffic control)taking advantage of their strong points such as higher reliability thanks to redundancy or better coverage thanks to redistribution of reflected energyTechnically, these problems are similar to radio navigation - from the point of view of energy and signal interference, it is more specifically an issue of satellite navigation
  
-Síť Bolidozor umožňuje díky svému zaměření na meteory testování takových algoritmů a pro případy objektů o [[http://cs.wikipedia.org/wiki/Hypersonika|hypersonických rychlostech]]. Na jejichž sledování nejsou současné radarové systémy připraveny. A je proto zapotřebí výzkum nových metod určování polohy letících objektů pomocí rádiového signálu.+All of such radio systems are technically mainly limited by current algorithms for signal processingMultistatic systems require numerically demanding statistical calculations, which are furthermore being done in real-time and with signal containing high proportion of interferenceIn order to effectively use the multistatic signal, there have to exist algorithms able to detect objects covered by interference and using data from multiple stations
  
-==== Nejbližší cíle ====+Bolidozor network makes it possible to test such algorithms for objects traveling at [[http://cs.wikipedia.org/wiki/Hypersonika|hypersonic speeds]] - current radar systems are not yet well suited to detect such object. Further research in the field of new methods for determining the position of flying objects using radio signals is necessary.
  
-Vzhledem k výše uvedený slabým místům v realizaci projektu se vývoj sítě bude nadále zaměřovat na zlepšení kvality dat vylepšením konstrukce rádiových přijímačů. Cílem tohoto kroku je překonat současná profesionální měření založená na podobném principu a odstranit vliv provozovatele stanice na kvalitu dat.+==== Goals ====
  
-Následným krokem bude vylepšení současných detekčních metod a vývoj algoritmů pro výpočet dráhy meteoru pokud možno v reálném čase. Je pravděpodobnéže tyto nové algoritmy budou vyžadovat vysokou paralelizaci a využití speciálního výpočetního hardwareV tomto případě by bylo vhodné navázat na poznatky z vývoje přijímačů GNSS systémů.+Due to the above-mentioned weak points in project realisationthe development of network focuses on improving the data quality by upgrading the radio receivers' constructionThe goal of this step is to overcome current professional measurements based on similar principles and to eliminate the influence of station operator on data quality
  
-===== Výsledky projektu =====+The next step will be an improvement of current detection methods and development of algorithms for meteor trajectory calculation in real time. It is possible that these new algorithms will require high level of parallelisation and a use of special computational hardware. In such case, it will be advantageous to build on the knowledge from previous GNSS receivers' development. 
  
-Metoda rádiového pozorování meteorů metodou forward-scatter je známá již od 60. let 20. století. Nikdy však díky technickým omezením a náročnosti zpracování signálu nebyla rozvinuta do podoby, kdy by bylo možné z pozorovaných údajů meteorů určovat dráhu. Pozorování tohoto druhy byla vždy omezena na měření četností průletů meteorů a mapování toků meteorických rojů, kdy radianty rojů byly určovány převážně z optických pozorování.+===== Projects outcomes =====
  
-Je však potřeba si uvědomitže obě tyto metody trpí silným výběrovým efektem a také metodickou chybouNapříklad rádiová pozorování nebyla schopna rozpoznat rojovou příslušnost meteoru dávala pouze data o četnostiOptická data naopak umožňovala velmi přesná měření drah meteorů tím pádem určení rojové příslušnosti meteoruNebyla však schopna přesně určit čas průletu.  Navíc u optických dat vznikal výběrový efekt díky dennímu cykluTento cyklus je vidět na následujícím grafu vytvořeném z dat sítě Bolidozor: +The forward-scatter method of radio detection is known since the 1960s. Howeverdue to technical limitations and difficulties in signal processing, it has never been developed into method for calculating meteor trajectories based on observed dataSuch observations were always limited to counting the meteors' flyby and mapping the flow of meteoric showers, whose radiants were mostly determined form optical observations. 
 +  
 +It is important to understand that both of these methods are prone to strong selection bias and methodological error. Radio observations, for example, were not able to associate a particular meteor with a shower they only gave information about the countsOptical data enabled very accurate trajectories measurement and thus were able to associate meteors with their showerOn the other hand, they were not able to determine exact time of flybyFurthermore, optical observations have strong selection bias due to daily cycle of observations - such cycle can be seen on following graph based on Bolidozor network data:
  
 {{:cs:outputs:meteors.jpg?700|}} {{:cs:outputs:meteors.jpg?700|}}
  
-Je zřejméže nejvíce meteorů je v atmosféře pozorovatelnýchV doběkdy ráno již není astronomická tma, tedy v době, kdy optický způsob pozorování nefungujeNebo je použitelný pouze na velké meteory. Optické bolidové sítě ale nejsou schopny přes den zaznamenávat ani velké meteorykteré by teoreticky byly viditelné i na denní oblozeDůvodem k tomu je komplikovanost zpracování složitého denního obrazuve kterém by bylo těžké detekovat průlet meteoru.  V tomto případě může pomoci rádiové pozorování sloužící jako trigger pro záznam optických dat pro jejich případnou pozdější analýzu. +It is obvious that most meteors are passing thought the atmosphere in the morningduring the time when optical observations are not possible or only detect large meteorsOptical bolide networks are usually not able to detect even large meteors during daylightones that should theoretically be observed despite the lightThe reason lies in the complexity of processing the daylight imagesthat makes it difficult to detect meteorsIn such casesthe radio observation can serve as a trigger for optical data recording and their possible later analysis.  
  
-Možný nový přínos sítě Bolidozor se ukázal ihned v počátcích vznikukdy existovaly pouze dvě funkční staniceNa následujícím obrázku je historický záznam odrazu ze dvou stanicČasová osa záznamu zde ubíhá vodorovně zleva do prava.+A possible new benefit of Bolidozor network was revealed right at the beginning of its existencewhere there were only two functional stationsThe following image is a historical recording of meteor reflection from two stationsTime axis runs horizontally from left to right
  
 {{:cs:outputs:dual_station_reflection.jpg?700|}} {{:cs:outputs:dual_station_reflection.jpg?700|}}
  
-V levé části je vidět odraz od rázové vlny při průletu meteoru tento jev je snadno odlišitelnýneboť je doprovázen výrazným dopplerovským posunem. Dále následuje časová oblast kdy dochází k víceméně statickému odrazu od zanechané ionizované stopy+In the left part of the imagea reflection from shockwave cause by meteor flyby can bee seen - this event can be easily distinguishable, as it is accompanied by a doppler shift, followed by a more or lest static reflection from the ionised trail.
  
-V levé části však vidíme časové rozdíly průletu z pohledu každé stanice. (obrázek je srovnán podle časových značek.Taktéž vidíme, že dopplerovské posuny odrazů od rázové vlny jsou pro každou stanici jinéZ toho je možné usoudit, že v tomto případě meteor letěl ze severu na jih pod úhlem, který by bylo možné určit z dopplerovkých posuvůpokud by jsme měli záznamy z více stanic+Left parts of pictures also show time differences of the flyby from the point of view of each station (the picture is aligned according to time stamps). We can see that the doppler shifts of shockwave reflection are different for each station and can thus deduce that the meteor flew from north to the south under anglewhich could possibly be determined from doppler shifts if we had recording from more stations.
  
-==== Relevantní publikace ====+==== Relevant publications ====
  
 +  * [[https://arxiv.org/pdf/1606.02052.pdf|Bolidozor - Distributed radio meteor detection system]]
   * [[http://www.imo.net/imc2012/sites/default/files/pinter-1-2012preview.pdf|Radio meteor scattering with Software Defined Radio based on Open Hardware, Pintér Teodor, Kákona Jakub, Kákona Martin, Křivsky Ladislav, Proceedings IMC, La Palma, Canary Islands, Spain,20–23 September, 2012]]   * [[http://www.imo.net/imc2012/sites/default/files/pinter-1-2012preview.pdf|Radio meteor scattering with Software Defined Radio based on Open Hardware, Pintér Teodor, Kákona Jakub, Kákona Martin, Křivsky Ladislav, Proceedings IMC, La Palma, Canary Islands, Spain,20–23 September, 2012]]
  
-=== Externí zdroje ===+ 
 +=== External sources ===
  
  
Line 96: Line 101:
  
  
-==== Prezentace ====+==== Presentations ====
  
   * [[http://prezi.com/ukfje0u-htcn/radiove-pozorovani-meteoru/|Rádiové pozorování meteorů]]   * [[http://prezi.com/ukfje0u-htcn/radiove-pozorovani-meteoru/|Rádiové pozorování meteorů]]
  
 +==== Posters ====
  
-===== Kontakty ===== +  * [[https://zenodo.org/record/50973#.VyojMZ4cB1N|Bolidozor radio meteor detection network - IMC 2015]] 
- +===== Contacts =====
-Spojit se s námi můžete například přes [[https://groups.google.com/forum/#!forum/bolidozor|emailovou konferenci]] bolidozor@googlegroups.com.+
  
 +You can contact us through [[https://groups.google.com/forum/#!forum/bolidozor|email conference]]
 +bolidozor@googlegroups.com.
en/about.1458941346.txt.gz · Last modified: 2016/03/25 22:29 by fluktuacia