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[自制DIY] 自制无线电流星监测仪

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发表于 2017-3-4 17:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
前段时间在牧夫上看到大神做了一个流星监测仪,于是自己也想做一个试试看。无线电小白,从头开始了解。
国内有一些人制作过,国外有很多成熟的系统和网站,这里放上一些:
http://britastro.org/radio/beginning.html
http://www.imo.net/observations/
http://livemeteors.com/

前言:流星是地球轨道附近小石块被地球引力所吸引,在与地球大气层摩擦时产生极度高温而发光发热的现象。流星监测主要是监测流星的数量和大小进行一些数据分析。流星监测主要分为光学监测和射电监测。光学监测就是直接利用地面相机对天空进行拍摄来记录流星数量及亮度。射电监测则是利用了流星产生的电离层反射地球上的电磁波信号而产生的回音来确定流星的数量,位置和速度。射电监测对于环境,天气的要求较低,可以用于城市中流星的监测。
射电流星监测的原理:
meteor-radio.jpg
图片来源网站: http://livemeteors.com/,
地球的大气是分为几层的,最下面的是对流层(0km~7-11km),也就是人类和其它生物生存的环境,其上是平流层(7-11km~50km),再往上是中间层(50km~80-85km),然后是热层(80-85km~800km),最后是散逸层(800km~3000km)。在80km以上的热层盒散逸层,空气已经非常稀薄,太阳光中的紫外线盒X射线将可以把空气中的分子电离,形成一个等离子体,这里自由电子的数量会影响电磁波的传播。
电离层又分为D,E,F三层。D层是电离层最低的一层,离地球表面50至100公里。这个层里离子对自由电子的捕获率比较高,因此电离效应比较低,从而它对高频无线电波没有影响。只有10MHz以下的电波会被D层吸收,随着电波频率的增高这个吸收率下降。E层是中层,在地面上100至150公里。这里的电离主要是软X射线和远紫外线对氧气分子的电离。这个层只能反射频率低于10MHz的电磁波。在E层中还存在Es ,也被称作偶极E层,其可以反射较高频率的电波。F层在地面以上150至超过500公里。F层对于电波传播来说是最重要的层。在白天F层是电离层反射率最高的层。
由于电离层的离子浓度,其无法镜面反射高于其最大反射频率的电磁波,因此一般来所,高于10MHz的电磁波都是无法被反射回来的。
image016.jpg
而当流星进入地球大气层的时候,其极高的速度会在与地球大气层摩擦时产生高温,大量电离周边的空气形成短暂的电离云,这些电离云能够反射高频的电磁波(100MHz). 这样当远方有一个电台,其发射的电磁波流星产生的电离云反射回来,我们就可以接收到这些来自远方电台的信号。这就是流星无线电前向散射监测。
由于流星轨迹产生的是镜面反射,因此流星的位置应位于你和电台频率的中点。所以我们可以通过选择不同位置的电台来监测不同天区的流星。流星产生的电离云可以反射来自远方的信号,因此为了避免当地电台对观测产生干扰,我们应当选取外地的电台作为信号源,其距离应在500-2000km。
制作过程:
材料准备:RTL2832U电视棒(这个最便宜,淘宝上20几块钱,别的SDR接收机也是可以的),
八木天线,也可以自己制作
线缆,转接头等
天线制作:
首先我们要确定一下我们观测时要用的频率。拿百度地图选取一个距离合适的城市作为目标,然后选取其中频道合适的广播电台。注意要尽量避开北京本地FM电台的频率以免干扰。这里以北京为例,可以选取山东潍坊的95.9MHz作为频道进行观测。
天线的作用主要是用来增益信号强度的,具有很多的种类,具体的原理可以自行百度。由于我学艺不精,自己没办法设计天线,因此只能借用他人的设计。
antenna-649.png
这是在IMO网站上找到的一个70MHz左右的天线,每根天线都用空心的铜管制成,o型偶极天线不要连接在一起,中间应当断开。
屏幕截图(59).png
电线连接到o开口的两端
如果需要过滤信号可以加装巴仑和滤波器。制作完天线就把用馈线把天线和RTL接收器连在一起。基本的组装就完成了
我们也可以改变频率来选取其它位置的电台。前提是你的天线必须够强力。这里有个公式可以用于计算可以观测的最远距离。
P(0)是我们能接收到的最大信号强度
屏幕截图(63).png

软件部分:我们从网上买来的RTL电视棒,并不能直接使用,必须要通过软件定义位SDR之后才能使用。这里我们要用到一个软件叫做Zadig,可以把RTL电视棒变成SDR使用。软件地址:
屏幕截图(60).png
下载解压完成之后把电视棒连接上电脑,点击list all device,就可以看到你电脑所有的usb接口,选择RTL2832U,然后确保右侧选择了WinUSB(v6.1.)然后点击replacedriver,就可以安装驱动程序了。注意一定要选择正确的设备(我当时好奇的把我的无线鼠标改写了,结果弄了一下午才搞好)
屏幕截图(61).png 屏幕截图(62).png
在完成了SDR的安装之后,我们就可以开始观测了,观测时可以用的软件也非常多,比如HDSDR,SDRsharp等等,我这里使用的是SDRSharp,下载地址:
http://airspy.com/download/
下载下来的软件界面长这样:
屏幕截图(64).png 屏幕截图(65).png
把各项参数按图中设置好,source选择RTL-SDR/USB,然后在设置中选择RTL2832U,Radio选择USB就可以开始观测了。
这个特别占用电脑时间,我也就自己监测到了1,2个流星体,确定东西能用以后就没再用过了。
屏幕截图(55).png
有些大神还用到了Spectrum lab这个软件,可以更加清楚的看到流星轨迹,这里放一张大神的观测图。但是我一直没能用上这个软件,希望用过的大神可以指导我一下。
screen_204037.jpg
其实整个过程并不复杂,但是做起来很多地方都有问题,尤其是找能用的软件花了很久,当时我的电脑死活就识别不了RTL电视棒,也是鼓捣了好久才解决的问题。我把我电脑能用的软件整合了一下,发到这里来http://pan.baidu.com/s/1jILWfDs,密码:gxvm
做出来的东西:
601116830117811257.jpg
当时拿手举着,手都快断了。

btw 国内现在搞天文摄影的人不少了,但是没有多少业余爱好者涉足射电天文领域。希望借着FAST建成,能有更多的天文爱好者参与到射电天文中来,过两天会更新我制作的一个简易的木星太阳射电望远镜。

screen_160039.jpg
发表于 2017-3-4 19:01 来自手机 | 显示全部楼层
记得有个小型射电项目,大概要两万美元,不过只能玩玩。射电方面更花钱的。顶一个楼主
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发表于 2017-3-5 00:58 | 显示全部楼层
射电打湿
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发表于 2017-3-5 10:30 | 显示全部楼层
非常不错,能不能设置到郊区,配合流星摄像头观测,对照两种观测结果?
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发表于 2017-3-5 10:56 来自手机 | 显示全部楼层
谢谢大师分享,资料很详细
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发表于 2017-3-5 17:21 | 显示全部楼层
赞,摄影看多了都一样。支持楼主发展坛内新方向。期待后续
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发表于 2017-3-5 20:33 | 显示全部楼层
很有营养的好帖,谢谢分享您自己的知识和经验。
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发表于 2017-3-10 21:31 | 显示全部楼层
技術帝的大帖, 先留個爪印!
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发表于 2017-3-13 15:37 | 显示全部楼层
好贴留名!
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发表于 2017-3-16 19:07 | 显示全部楼层
MARK,还能这样玩
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发表于 2017-3-24 16:41 | 显示全部楼层
干的漂亮!这硬件够简单的,想起了当年在楼顶转天线找台的日子,如果是固定式的注意防雷。
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发表于 2017-3-29 18:54 | 显示全部楼层
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发表于 2017-4-9 12:14 来自手机 | 显示全部楼层
我记得八目天线应架在8米以上的高度,切四周空旷。
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发表于 2017-5-3 11:16 | 显示全部楼层
好贴 顶~~~~
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发表于 2017-7-23 23:14 来自手机 | 显示全部楼层
不错不错
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发表于 2017-7-29 21:40 | 显示全部楼层
持续交流吧
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发表于 2017-7-30 00:01 来自手机 | 显示全部楼层
如果楼主需要八木天线制作,SDR的使用方便,可以加我QQ644132660,共同探讨。我最近半年在玩短波电台和SDR接收,也考取了操作证书。对流星监测这个玩法一直有想法,但没动手深入过,正好可以多跟您学习。
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发表于 2017-8-14 09:35 | 显示全部楼层
对射电观测感兴趣的,可以加QQ群:192089295
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发表于 2017-8-14 14:54 | 显示全部楼层
咨询一下,这个有方向性吗。可否控制云台和相机进行即时拍摄。
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