Taajuusmittauskilpailu Hertsien herruus 2008. Mittausraportti



Samankaltaiset tiedostot
Mittaustuloksen esittäminen Virhetarkastelua. Mittalaitetekniikka NYMTES 13 Jussi Hurri syksy 2014

Virhearviointi. Fysiikassa on tärkeää tietää tulosten tarkkuus.

1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla

Kemometriasta. Matti Hotokka Fysikaalisen kemian laitos Åbo Akademi

Mittaustulosten tilastollinen käsittely

PERMITTIIVISYYS. 1 Johdanto. 1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla . (1) , (2) (3) . (4) Permittiivisyys

t osatekijät vaikuttavat merkittävästi tuloksen epävarmuuteen Mittaustulosten ilmoittamiseen tulee kiinnittää kriittistä

S Laskennallinen Neurotiede

Ene LVI-tekniikan mittaukset ILMAN TILAVUUSVIRRAN MITTAUS TYÖOHJE

Mittausraportti OH3NJC Hertsien Herruus taajuusmittauskilpailu

OH3SHF mikroaaltomajakka

Mika Huotari ANALOGISEN PUHELINTEKNIIKAN MITTAUKSET

Ohjelmistoradio tehtävät 4. P1: Ekvalisointi ja demodulaatio. OFDM-symbolien generoiminen

DirAir Oy:n tuloilmaikkunaventtiilien mittaukset

Mittaustekniikka (3 op)

YLE Uutiset. Haastattelut tehtiin Kannatusarvio kuvaa tilannetta eduskuntavaalien puoluekannatuksessa.

3 Taajuuslaskuri. 3.1 Yleistä digitaalisista mittareista. 3.2 Taajuuslaskuri Yleistä. Työn tavoitteet

Insinööritoimisto Geotesti Oy TÄRINÄSELIVITYS TYÖNRO Toijalan asema-alueen tärinäselvitys. Toijala

Taustamateriaali Fingridin innovaatiohaasteeseen Sähköasemilla olevien viallisten laitteiden havainnointi radiotaajuisella mittausmenetelmällä

10. Kytkentäohje huonetermostaateille

Mittausjärjestelmän kalibrointi ja mittausepävarmuus

Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1

Satelliittipaikannus

Työ 31A VAIHTOVIRTAPIIRI. Pari 1. Jonas Alam Antti Tenhiälä

TASA- JA VAIHTOVIRTAPIIRIEN LABORAATIOTYÖ 5 SUODATINPIIRIT

Hajautetut vikasietoiset kelloverkot (2500M-0099) Anders Wallin, VTT, MIKES Metrologia. kesto: 2018/ /02 MATINE-rahoitus 100 keur

YLE Uutiset. Haastattelut tehtiin Marraskuun 2008 alusta lähtien kannatusarvio kuvaa tilannetta eduskuntavaalien puoluekannatuksessa.

83950 Tietoliikennetekniikan työkurssi Monitorointivastaanottimen perusmittaukset

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Visibiliteetti ja kohteen kirkkausjakauma

ASIAKASRAPORTTI VTT-CR Mervento tuulivoimalan aiheuttaman melun immissiomittaukset

Puisten kävelysiltojen värähtelymittaukset

ASUINKERROSTALON ÄÄNITEKNISEN LAADUN ARVIOINTI. Mikko Kylliäinen

KÄYTTÖOPAS DIGIOHM 40

Koesuunnitelma. ViDRoM Virtual Design of Rotating Machines. Raine Viitala

Matlab-tietokoneharjoitus

Mittausepävarmuuden laskeminen

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

TALVIKKITIE 37 SISÄILMAN HIILIDIOK- SIDIPITOISUUDEN SEURANTAMITTAUKSET

Spektri- ja signaalianalysaattorit

Sähköstatiikan laskuissa useat kaavat yksinkertaistuvat hieman, jos vakio C kirjoitetaan muotoon

PANK PANK-4122 ASFALTTIPÄÄLLYSTEEN TYHJÄTILA, PÄÄLLYSTETUTKAMENETELMÄ 1. MENETELMÄN TARKOITUS

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

1 Olkoon suodattimen vaatimusmäärittely seuraava:

TIIVISTELMÄRAPORTTI (SUMMARY REPORT) MATALAN INTENSITEETIN HAJASPEKTRISIGNAALIEN HAVAITSEMINEN JA TUNNISTAMINEN ELEKTRONISESSA SODANKÄYNNISSÄ

TL5503 DSK, laboraatiot (1.5 op) Suodatus 1 (ver 1.0) Jyrki Laitinen

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS

Tiedonkeruu ja analysointi

ERISTELEVYN ASKELÄÄNITASOKOEMITTAUKSET

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

Tekniikka ja liikenne (5) Tietoliikennetekniikan laboratorio

Tämä symboli ilmaisee, että laite on suojattu kokonaan kaksoiseristyksellä tai vahvistetulla eristyksellä.

Tiedonkeruu ja analysointi

1 f o. RC OSKILLAATTORIT ja PASSIIVISET SUODATTIMET. U r = I. t τ. t τ. 1 f O. KAJAANIN AMMATTIKORKEAKOULU Tekniikan ja liikenteen ala

Digitaalinen audio

Torsioheiluri IIT13S1. Selostuksen laatija: Eerik Kuoppala. Ryhmä B3: Eerik Kuoppala G9024 Petteri Viitanen G8473

6. Analogisen signaalin liittäminen mikroprosessoriin Näytteenotto analogisesta signaalista DA-muuntimet 4

AS Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt S09-18 Langaton anturijärjestelmä rakenteiden kunnonvalvontaan

1 Vastaa seuraaviin. b) Taajuusvasteen

TAAJUUSMAKSULASKENNAN ESIMERKIT

Kojemeteorologia (53695) Laskuharjoitus 1

ÄÄNTÄ VAHVISTAVAT OLOSUHDETEKIJÄT. Erkki Björk. Kuopion yliopisto PL 1627, Kuopion 1 JOHDANTO

SAVONLINNASALI, KOY WANHA KASINO, KONSERTTISALIN AKUSTIIKKA. Yleistä. Konserttisali

Signaalien generointi

Signaalien taajuusalueet

Energianhallinta. Energiamittari. Malli EM10 DIN. Tuotekuvaus. Tilausohje EM10 DIN AV8 1 X O1 PF. Mallit

Nimi: Muiden ryhmäläisten nimet:

TIIVISTELMÄRAPORTTI HAJASPEKTRISIGNAALIEN HAVAITSEMINEN ELEKTRONISESSA SO- DANKÄYNNISSÄ

eriste C K R vahvistimeen Kuva 1. Geigerilmaisimen periaate.

761121P-01 FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 1. Oulun yliopisto Fysiikan tutkinto-ohjelma Kevät 2016

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS

Harjoitustyö 1. Signaaliprosessorit Sivu 1 / 11 Vähämartti Pasi & Pihlainen Tommi. Kaistanestosuodin, estä 2 khz. Amplitudi. 2 khz.

Operaatiovahvistimen vahvistus voidaan säätää halutun suuruiseksi käyttämällä takaisinkytkentävastusta.

KÄYTTÖOPAS. DIGITAALINEN KYNÄYLEISMITTARI E , tuotenro

S Mittaustekniikan perusteet Y - Tentti

DEE Uusiutuvien energiamuotojen työkurssi. 5 op

SGN-4200 Digitaalinen Audio Harjoitustyö-info

Oikosulkumoottorikäyttö

IIR-suodattimissa ongelmat korostuvat, koska takaisinkytkennästä seuraa virheiden kertautuminen ja joissakin tapauksissa myös vahvistuminen.

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Sisällysluettelo ESIPUHE 1. PAINOKSEEN... 3 ESIPUHE 2. PAINOKSEEN... 3 SISÄLLYSLUETTELO... 4

KUITUPUUN PINO- MITTAUS

1 Määrittele seuraavat langattoman tiedonsiirron käsitteet.

SGN-1251 Signaalinkäsittelyn sovellukset Välikoe Heikki Huttunen

Anturit ja Arduino. ELEC-A4010 Sähköpaja Tomi Pulli Signaalinkäsittelyn ja akustiikan laitos Mittaustekniikka

BIOSÄHKÖISET MITTAUKSET

TTY Mittausten koekenttä. Käyttö. Sijainti

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

r = n = 121 Tilastollista testausta varten määritetään aluksi hypoteesit.

Pt-100-anturin vertailu: anturin kalibrointi ja kalibrointikertoimen laskeminen

Perusopintojen Laboratoriotöiden Työselostus 1

Kanavamittaus moderneja laajakaistaisia HFjärjestelmiä

VAATIMUKSIA YKSINKERTAISILLE VIKAILMAISIMILLE HSV:N KJ-VERKOSSA

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

Esimerkki puhdistetun jäteveden rikkipitoisuuden määri- tyksen epävarmuuden estimoinnista

Rantatunnelin seurantamittaukset, melu

On määritettävä puupalikan ja lattian välinen liukukitkakerroin. Sekuntikello, metrimitta ja puupalikka (tai jääkiekko).

SGN Signaalinkäsittelyn perusteet Välikoe Heikki Huttunen

VIM RM1 VAL / SKC VIBRATION MONITOR RMS-MITTAUSJÄRJESTELMÄLLE KÄSIKIRJA. VIM-RM1 FI.docx / BL 1(5)

FCG Planeko Oy Puutarhakatu 45 B Turku. Kyrön kylä, Pöytyä Tärinäselvitys Selvitysalue. Geomatti Oy työ 365

Transkriptio:

Taajuusmittauskilpailu Hertsien herruus 2008 1. MITTAUSJÄRJESTELMÄ Mittausraportti Petri Kotilainen OH3MCK Mittausjärjestelmän lohkokaavio on kuvattu alla. Vastaanottoon käytettiin magneettisilmukkaantennia ja RFSPACE:n valmistamaa SDR-IQ ohjelmistoradiota (http://www.rfspace.com/sdr- IQ.html). SDR-IQ:n näytteistyskellon virheen kompensoimiseksi mitattavaan signaaliin summattiin referenssisignaali, joka synnytettiin 10 MHz:n OCXO:ta referenssinään käyttävällä DDS:llä. OCXO puolestaan oli lukittu rubidium-pohjaiseen aikareferenssiin (FE 5680A). Mitattu signaali digitoitiin 8137Hz näytteistystaajuudella äänitiedostoiksi myöhempää käsittelyä varten. Mittausajankohta oli noin 27.9.2008 10:15 13:00 UTC. 2. MITTAUSSIGNAALIN TARKASTELUA Mittaussignaali vastaanotettiin ionosfääriheijastuksen kautta (vastaanottopaikan lokaattori KP11WL). Tästä johtuen vastaanotetussa signaalissa oli huomattava, luokkaa +/-0.2Hz suuruinen Dopplermodulaatio, joka oli voimakkaimmillaan kilpailujakson alku- ja loppuvaiheessa. Tämä näkyy selkeästi esim. koko mittauksen ajalta piirretystä spektrogramminäytöstä.

Kuvassa vasemmanpuoleinen jälki on mitattu signaali ja oikeanpuoleinen DDS:llä generoitu referenssisignaali. Jälkimmäisessä näkyy SDR-IQ:n näytteistyskellon ryömintä mittausjakson aikana. Mittaussignaalin taajuus oli vakaimmillaan kilpailujakson keskivaiheilla. Tästä johtuen myös taajuusestimaatti laskettiin ajalta noin 11:09 11:59 UTC. 3. TAAJUUSESTIMAATIN LASKENTA Taajuusestimaatti laskettiin spektrianalyysin avulla käyttäen Matlab-ohjelmistoa. Ensin koko kilpailujakson ajalta tallennettu signaali desimoitiin siten että analysoitavan signaalin näytteistystaajuudeksi tuli 79 Hz, ts. analysoitava taajuuskaista oli -39.5 +39.5 Hz. Valitettavasti yksi äänitiedosto (aikaväli 12:24:13 12:49:49 UTC) oli vahingoittunut niin että Matlab ei kyennyt lukemaan sitä. Näin ollen kyseisen tiedoston sisältämä data ei ole analyysissa mukana. Desimoitu mittausdata segmentoitiin 82 segmentiksi, joiden ajallinen kesto oli noin 110 sekuntia. Kustakin segmentistä laskettiin spektrogrammi mitattavan taajuuden (-3.5-2.5 Hz) ja DDStaajuuden (-0.5-0.3 Hz) ympäristössä käyttäen Görtzelin algoritmia ja suorakaideikkunaa. Näin saatiin 82 yksittäistä taajuusspektriä sekä mittaussignaalin että DDS-signaalin ympäristöstä ajan funktiona. Kustakin taajuusspektristä estimoitiin ko. segmentille todennäköisin keskitaajuus sovittamalla Gaussin tiheysfunktio laskettuun taajuusspektriin. Sovituksen tuloksena saatiin kullekin segmentille taajuusestimaatti ja sen keskihajonta. Lisäksi laskettiin jokaisen segmentin sisältämä kokonaissignaaliteho (tätä ei tehty DDS-segmenteille). SDR-IQ:n näytteistystaajuuden aiheuttama virhe kompensoitiin vähentämällä mittaussignaalin taajuusestimaatista DDS:n taajuusestimaatti segmenttikohtaisesti. Tulokset on esitetty graafisesti seuraavassa kuvassa.

Kuten näkyy, taajuus on stabiileimmillaan välillä noin 3000 7000 sekuntia. Lopulliset taajuusestimaatit laskettiin aikaväliltä 3170 6170 sekuntia (11:09 11:59 UTC). Alla vielä mittaussignaalin suhteellinen kokonaisteho kaistalla -3.5-2.5 Hz. Myös signaalinvoimakkuus on stabiileimmillaan aikavälillä 3000 7000 sekuntia.

Mittausjakson ajalta lasketut segmenttikohtaiset (28 segmenttiä) taajuusestimaatit ±1 sigman virherajoineen: Lopullinen mittaustulos virherajoineen saadaan laskemalla mittausjakson ajalta segmenttikohtaisten taajuusestimaattien keskiarvo ja keskihajonta. Sekä painottamaton että keskiarvo ja keskihajonta laskettiin (viite: http://en.wikipedia.org/wiki/weighted_mean). Painotettujen tulosten laskennassa käytettiin painokertoimia (W i ), jotka määräytyivät sekä segmenttikohtaisen taajuusestimaatin varianssista (σ 2 i) että kokonaistehosta (P i ): P i 1 W i = ---------------- tai W i = -------------------- σ 2 i σ 2 i Ensimmäisessä tapauksessa painotettiin sekä amplitudia että varianssia, jälkimmäisessä ainoastaan varianssia. Tulokset graafisesti (painottamaton keskiarvo):

Tulokset graafisesti (amplitudilla ja varianssilla keskiarvo): Tulokset graafisesti (varianssilla keskiarvo): Tulokset taulukkomuodossa: Painottamaton Amplitudilla ja varianssilla Varianssilla Keskiarvo - 2.661 Hz - 2.643 Hz - 2.651 Hz Keskihajonta ± 0.036 Hz ± 0.038 Hz ± 0.036 Hz

Vaikka tulokset eroavat toisistaan noin 20mHz, ne ovat kuitenkin kaikki selvästi ±1 sigman virherajojen sisällä. 4. LOPULLISET TULOKSET Saadut taajuusestimaatit on siis ilmoitettu mitatun taajuuden ja DDS:n referenssitaajuuden erotuksena. DDS:n (Analog Devices AD9833) taajuus tasan 10 MHz referenssitaajuudella on 3665140.0104165077 Hz. Tämä voidaan vielä korjata käytetyn rubidiumreferenssin systemaattisella taajuusvirheellä, joka on noin -2.4 10-10. Tarkaksi DDS-taajuudeksi saadaan siis 3665140.009536874 Hz, mikä vastaa alle 1mHz referenssistä johtuvaa systemaattista taajuusvirhettä. Tämä virhe on vähäinen verrattuna aiemmin laskettuihin taajuusestimaattien epätarkkuuksiin. Muita virhelähteitä ovat: 10MHz OCXO:n lukitukseen käytetyn digitaalisen PLL:n taajuusresoluutio (< ±0.5*10-9 tai < ± 2mHz ). Rubidium-referenssin stabiilisuus mittausjakson aikana (< ±2*10-11 ) sekä lämpötilaryömintä (< ±3*10-10 @ -5 +50 ºC). Rubidium-referenssin retrace virhe (< ±5*10-11 ). Lopulliset tulokset on laskettu allaolevaan taulukkoon. Kilpailuvastaukseksi valittiin vihreäksi värjätty, pelkästään varianssilla keskiarvo. Valinnan perusteena oli lähennä se että amplitudipainotuksesta ei katsottu olevan olennaista etua amplitudin ollessa varsin stabiili ja signaali/kohinasuhteen ollessa hyvä koko mittausjakson ajan. Painottamaton Amplitudilla ja varianssilla Varianssilla Taajuusestimaatin keskiarvo - 2.661 Hz - 2.643 Hz - 2.651 Hz Taajuusestimaatin keskihajonta ± 0.036 Hz ± 0.038 Hz ± 0.036 Hz DDS taajuus (korjattu) DDS taajuuden epävarmuus 3665140.009536874 Hz < ± 0.003 Hz Mittaussignaalin taajuus 3665137.348 Hz 3665137.367 Hz 3665137.359 Hz Mittaustuloksen virherajat (±1 sigma) ± 0.036 Hz ± 0.038 Hz ± 0.036 Hz 5. MITTAUSJÄRJESTELMÄN KALIBROINTI Rubidium-aikareferenssin taajuus kalibroitiin vertaamalla siitä saatavaa 1pps signaalia ja Motorolan Oncore GPS-vastaanottimesta saatavaa 1pps pulssia. Pulssien välistä aikaeroa integroitiin useiden vuorokausien ajan digitaalisella musitioskilloskoopilla. Todettu rubidiumreferenssin ryömintä GPSvastaanotinta vasten oli noin -2.4 10-10 eli -0.24 ppb (parts per billion). Oletuksena on että GPSvastaanottimen absoluuttinen taajuustarkkuus pitkällä aikavälillä on merkittävästi parempi verrattuna rubidiumoskillaattoriin. Muita kalibrointitoimenpiteitä ei tehty.