SterrenStof

Project SterrenStof
Status	Initializing
Contact	supakeen
Last Update	2024-08-11

SterrenStof is een project om de ruimte in de gaten te houden via passieve methodes en deze data te delen als "citizen science". Ik ga kit(s) beschrijven waarmee de lucht boven je huis of space op verschillende manieren gemonitord kan worden voor leuke events en deze data ook op een mooie manier ontsluit zodat je ook nog dingen hebt om naar te kijken.

Momenteel is het idee om te beginnen met het radio gedeelte van de detectie, hier is namelijk nog geen overkoepelend groot project voor.

Meteoren

Meteoren kunnen op verschillende manieren gedecteerd worden, voornamelijk visueel of via radio.

Visueel

Voor visuele detectie bestaat het Global Meteor Network die al een setup beschrijven gebaseerd op een Raspberry Pi en een Sony IMX291 camera module.

Radio

Voor radio (passief) detectie zijn er meerdere zenders opgezet waarvan je de reflectie kan ontvangen met een antenne, ook dit zou op basis van een Raspberry Pi moeten kunnen zodat de setups voornamelijk gelijk blijven tussen de verschillende detectie methodes.

Frequenties

49,970 MHz

Gebruikt door BRAMS uit Belgie. Dit systeem broadcast met een sterkte van 150W en kan problematisch zijn om in stedelijke gebieden op te vangen.

49,990 MHz

Vanuit Belgie word ook een 2e radar signaal uitgestuurd door Astrolab IRIS op 50W, dit kan ook lastig te ontvangen zijn in Nederland.

143,050 MHz

Deze frequentie word gebruikt door het GRAVES systeem van de Franse luchtmacht. Dit systeem is bedoeld om satellieten te tracken maar kan ook worden gebruikt met een richtantenne om de reflecties van meteoren te detecteren. GRAVES is de krachtigste bron om te gebruiken en zou ook in steden moeten werken.

Antennes

Verschillende soorten antennes kunnen worden gebruikt om deze signalen op te vangen. Hier heb ik niet zoveel kaas van gegeten maar ik heb de volgende manieren gevonden:

Full-wave loop (Antenne A)

Een cirkelvormige antenne waarvan de omtrek berekend kan worden met l = 306 / f waar f de frequentie in Mhz is. Als we dan ook meteen de omtrek omzetten naar de een cirkeldiameter komen we uit op een diameter van 68 cm voor de GRAVES radar en 198 cm voor BRAMS/IRIS. De eerste lijkt daarbij een stuk meer haalbaar voor dit antenne type.

Dit soort antenne zou kunnen worden gebouwd met 3 ringen, 1 op elke as waarbij we voor (zie beneden) directioneel dingen zouden moeten kunnen vinden. Materialen voor dit soort antennes zouden kunnen zijn, hoela hoepel tubing met een kabel erin wat makkelijkere kruisingen oplevert tussen de afzonderlijke antennes en/of flexibele gasleiding aangezien daar al een wand in zit die geleidt.

HDPE tubing is waarschijnlijk het makkelijkst te vormen. Met wat ge-3d-printe joints en support zou een antenne die in een 70cm kubus past met enig gemak in elkaar gezet moeten worden. Dit is klein genoeg dat het in een tuin of zelfs op sommige balkons geplaatst kan worden. Er zijn nog wel wat vragen bij het gebruik van HDPE. Voornamelijk omdat deze antenne gebouwd is om in de buitenlucht te hebben staan voor langere periode. Dit betekent ook dat er eventueel een optionele radome moet worden ontworpen die over de antenne heen kan. Een ander groot voordeel van HDPE is dat er ook 3d-printer filaments zijn, dit betekent dat de joints van hetzelfde materiaal gemaakt kunnen worden en met hitte met elkaar verbonden kunnen worden.

De output van deze passieve antenne word ook gevoerd over 4 output kabels, hier kunnen timing problemen optreden en eventueel willen we dus een en ander combineren zo dichtbij mogelijk. Het liefst hou ik de volledige antenne passief (zodat er geen stroom naartoe hoeft).

Dipole (Antenne B)

Een meer voorkomend type antenne, de afmetingen voor dit type antenne zijn 291 cm voor de 49 Mhz signalen en 100 cm voor de 143 Mhz signalen. Ook hier wint GRAVES weer in gemak van bouwen.

Ontvanger

Deze frequenties liggen binnen het bereik van de bekende RTL-SDR dongles.

Richting

Voor de radio systemen is het eigenlijk een must om de richting van het radio signaal op te nemen naast het radiosignaal zelf.

PDDF

Pseudo Doppler DF of PDDF. Hierbij word er snel tussen een aantal antennes geswitcht die een specifieke afstand van elkaar staan (welke afstand?), dit brengt het verschil in aankomsttijd in beeld waardoor kan worden vastgesteld uit welke richting het signaal komt.

Dit roept veel vragen op, werkt dit met bovenstaande antenne types? Moet er andere hardware bij omdat de Raspberry Pi niet realtime is? Wat doet dit met de kosten. Doen we in 2 richtingen (x, y) of proberen we ook z erbij te pakken. Voor een volledig beeld zou er met 2 of 3 van deze stations natuurlijk ook de precieze locatie in de lucht kunnen worden vastgesteld?

Crossed-loop magnetic direction finder

Een andere manier schijnt een zogenaamde crossed-loop magnetic direction finder te zijn. Dit word genoemd in een aantal bliksem detectie projecten en bestaat uit een cirkelvormige antenne, twee maal op een hoek van 90 graden (of meermaals) en een niet-directionele antenne. Hiermee kan de sterkte van het signaal op de cirkelvormige antennes worden vergeleken met de hoek en de niet-directionele antenne om tot een richting te komen.

Het lijkt mij dat dit het makkelijkse in '3d' toegepast kan worden met 3 cirkels?

Problemen

Een hoop problemen kunnen van tevoren worden ingeschat.

Privacy

Om een detectie op de juiste plek te zetten word de positie van een SterrenStof setup gebruikt. Het is belangrijk dat detectie data niet de locatie van de setup laat herleiden. Er moet worden uitgezocht hoe GMN de data submit en mocht dit problematisch blijken een omweg voor worden gevonden.

Kosten

Volledige Raspberry Pi's zijn niet goedkoop, het doel moet zijn om alles op een enkele Raspberry Pi te kunnen draaien en eventueel om te kijken naar goedkopere oplossingen dan dat. Voor de visuele en radio detectie moet eerst worden vastgesteld hoeveel processing power er echt benodigd is en dan de laagst mogelijke waardes aan te houden onder het motto van 'meer is beter'.

Doelen

Om een en ander behapbaar te houden zijn er een aantal kleine doelen om het project op te bouwen.

Opstarten Project

Wat is een project zonder logo en RevSpace wiki pagina nou?

1. Opzet RevSpace wiki pagina.
2. Tekenen logootje.
3. Twitter account. -> https://twitter.com/StofSterren
4. GitHub -> https://github.com/StofSterren
5. Domeinnaam -> https://project-sterrenstof.nl/
6. Landingspagina -> https://project-sterrenstof.nl/
7. IRC kanaal -> #sterrenstof op irc.freenode.net

Opstarten Visueel

Visuele identificatie is de eerste stap aangezien hier al veel documentatie over te vinden is online, dat zijn dus alleen setup kosten en het installeren en klooien met bestaande software.

1. Aankoop Raspberry Pi.
2. Aankoop Sony IMX291 PoE camera module.
3. Aankoop behuizing voor camera.
4. Uitproberen GMN software.

Opstarten Radio

Radio identificatie is minder gedocumenteerd, zeker als het aankomt op richting vinden. Dit lijkt mij erg leuk om mee te beginnen en allemaal uit te zoeken.

1. Aankoop Raspberry Pi.
2. Kopen RTL-SDR.
3. Kopen COAX-kabel (50 Ohm).
4. Kopen Antenne litze.
5. Kopen HDPE tubing.
6. Kopen HDPE connectors.
7. Kopen PVC support.
8. Uitproberen.

Opstarten Monitoring

Wat is nou een project zonder stats? Beide voorgaande methodes kunnen hun plaatjes en/of data exporteren en daar kunnen we een leuke UI voor maken.

1. Opzet data opslag.
2. Opzet website.

Leesvoer

Een hele bunch links voor inspiratie en informatie.

1. Perseids shower using graves radar, iemand die eerder GRAVES radar + RTL-SDR heeft gebruikt.
2. RasHAWK (PDF), locatie bepaling signaal met networked Raspberry Pi's.
3. Meer over GRAVES scatter.
4. GRAVES source book (PDF)
5. SatNOGS open source satellite receiver network]

Updates

1. Week 53, 2020
2. Week 1, 2021
3. Week 2, 2021