Kohina. Havaittujen fotonien statistinen virhe on kääntäen verrannollinen havaittujen fotonien lukumäärän N neliö juureen ( T 1/ N)

Samankaltaiset tiedostot
Spektri- ja signaalianalysaattorit

Signaalien datamuunnokset. Digitaalitekniikan edut

Signaalien datamuunnokset

Mittaukset ja kalibrointi

Radioastronomian käsitteitä

Muuntavat analogisen signaalin digitaaliseksi Vertaa sisääntulevaa signaalia referenssijännitteeseen Sarja- tai rinnakkaismuotoinen Tyypilliset

SIGNAALITEORIAN KERTAUSTA OSA 2

Flash AD-muunnin. Ominaisuudet. +nopea -> voidaan käyttää korkeataajuuksisen signaalin muuntamiseen (GHz) +yksinkertainen

Laskuharjoitus 4 ( ): Tehtävien vastauksia

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Datan käsittely. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

S Elektroniset mittaukset ja elektroniikan häiriökysymykset. 2 ov

1 Vastaa seuraaviin. b) Taajuusvasteen

Numeeriset menetelmät

Virheen kasautumislaki

Flash AD-muunnin. suurin kaistanleveys muista muuntimista (gigahertsejä) pieni resoluutio (max 8) kalliita

Spektrianalysaattori. Spektrianalysaattori

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

Perusmittalaitteet 2. Spektrianalyysi. Mittaustekniikan perusteet / luento 4. Spektrianalyysi. Logaritmiasteikko ja db (desibel) Spektrianalysaattori

2. kierros. 2. Lähipäivä

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Spektroskopia. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

Tuntematon järjestelmä. Adaptiivinen suodatin

Signaalimallit: sisältö

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

S Elektroniset mittaukset ja elektroniikan häiriökysymykset. Vanhoja tenttitehtäviä

Radioastronomia harjoitustyö; vedyn 21cm spektriviiva

Alla olevassa kuvassa on millisekunnin verran äänitaajuisen signaalin aaltomuotoa. Pystyakselilla on jännite voltteina.

Alias-ilmiö eli taajuuden laskostuminen

Värähtelymittaus Tämän harjoituksen jälkeen:

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

Radioastronomian harjoitustyö

Liitännät ja lisälaitteet

KOHINA LÄMPÖKOHINA VIRTAKOHINA. N = Noise ( Kohina )

Työn tavoitteita. 1 Teoriaa

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, yhteenveto

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS

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

ELEC-C5070 Elektroniikkapaja (5 op)

Ch4 NMR Spectrometer

CCD-kamerat ja kuvankäsittely

Luento 15: Ääniaallot, osa 2

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 14. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 14 () Numeeriset menetelmät / 55

Signaalit ja järjestelmät aika- ja taajuusalueissa

Tietoliikennesignaalit & spektri

12. Laskostumisen teoria ja käytäntö

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

2. kierros. 1. Lähipäivä

Petri Kärhä 04/02/04. Luento 2: Kohina mittauksissa

7.4 Fotometria CCD kameralla

Mikroskooppisten kohteiden

KON-C3004 Kone- ja rakennustekniikan laboratoriotyöt Tiedonkeruu ja analysointi Panu Kiviluoma

9. Polarimetria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, Syksy 2017 Thomas Hackman (Kalvot JN, TH, MG & VMP)

LABORATORIOTYÖ 3 VAIHELUKITTU VAHVISTIN

d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila

A B = 100, A = B = 0. D = 1.2. Ce (1.2 D. C (t D) 0, t < 0. t D. )} = Ae πjf D F{Π( t D )} = ADe πjf D sinc(df)

spektri taajuus f c f c W f c f c + W

SEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA

11. kierros. 1. Lähipäivä

Mustan kappaleen säteily

9. Polarimetria. 1. Stokesin parametrit 2. Polarisaatio tähtitieteessä. 3. Polarisaattorit 4. CCD polarimetria

Luento 8. Suodattimien käyttötarkoitus

T SKJ - TERMEJÄ

Tiedonkeruu ja analysointi

Ongelmia mittauksissa Ulkoiset häiriöt

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

Tiedonkeruu ja analysointi

CDH/CLH. CleanZone Mikrosuodattimella varustettu kattohajotin puhdastiloihin. Pikavalintataulukko

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

puheen laatu kärsii koodauksesta mahdollisimman vähän. puhe pakkautuu mahdollisimman pieneen määrään bittejä.

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS

y x1 σ t 1 = c y x 1 σ t 1 = y x 2 σ t 2 y x 2 x 1 y = σ(t 2 t 1 ) x 2 x 1 y t 2 t 1

8. Kuvaustekniikat. Tämän kuvauksen esittäminen ei ole kuitenkaan suoraviivaista. Niinpä se käydään läpi kaksivaiheisena

3 Ikkunointi. Kuvio 1: Signaalin ikkunointi.

MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA. NOT-tiedekoulu La Palma

Perusmittalaitteet 2. Spektrianalyysi. Mittaustekniikan perusteet / luento 4. Spektrianalyysi. Logaritmiasteikko ja db (desibel) Spektrianalysaattori

S OPTIIKKA 1/10 Laboratoriotyö: Polarisaatio POLARISAATIO. Laboratoriotyö

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

Sähkömagneettinen säteily ja sen vuorovaikutusmekanismit

Polarisaatio. Timo Lehtola. 26. tammikuuta 2009

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

Successive approximation AD-muunnin

10. Polarimetria. 1. Polarisaatio tähtitieteessä. 2. Stokesin parametrit. 3. Polarisaattorit. 4. CCD polarimetria

XFYS4336 Havaitseva tähtitiede II

4. Taajuusalueen suodatus 4.1. Taustaa Perusteita

Signaalien datamuunnokset. Näytteenotto ja pito -piirit

SIGNAALITEORIAN KERTAUSTA 1

Online DGA mittausteknologiat. Vaisala

4. Taajuusalueen suodatus 4.1. Taustaa

A / D - MUUNTIMET. 2 Bittimäärä 1. tai. A / D muunnin, A/D converter, ADC, ( Analog to Digital Converter )

Laskuharjoitus 2 ( ): Tehtävien vastauksia

Koesuunnitelma. ViDRoM Virtual Design of Rotating Machines. Raine Viitala

1. Perusteita Äänen fysiikkaa. Ääniaalto. Aallonpituus ja amplitudi. Taajuus (frequency) Äänen nopeus

Gamma- ja röntgenspektrin mittaaminen monikanava-analysaattorilla

Ei välttämättä, se voi olla esimerkiksi Reuleaux n kolmio:

1 Määrittele seuraavat langattoman tiedonsiirron käsitteet.

LABORATORIOTYÖ 2 SPEKTRIANALYSAATTORI

Satelliittipaikannus

Radioteleskooppi. Alt atsimutaalinen pystytys. Apupeilin kiinnitys. Peilin tukirakenne. Apupeilin kannattajat. Elevaatio enkooderi.

Transkriptio:

Kohina Havaittujen fotonien statistinen virhe on kääntäen verrannollinen havaittujen fotonien lukumäärän N neliö juureen ( T 1/ N) N on suoraan verrannollinen integraatioaikaan t ja havaittuun taajuusväliin B (N B t) Statistiset virheet ovat suoraan verrannollisia havaintolaitteista ja ilmakehästä johtuvaan kohinaan, Tsys (systeemilämpötila) ( T Tsys)

Radiometrikaava Antennilämpötilan rms virhe (pätee ns. valkoiselle kohinalle) C on spektrometristä ja mittaustavasta riippuva vakio (välillä1 2) t on integraatioaika [s] Beff on spektrometrin kanavan efektiivinen leveys [Hz] Tsys mittaa havaintosysteemistä ja taivaalta tulevaa kohinaa [K]

Valkoinen kohina: kohina puolittuu kun integrointiaika kasvaa nelinkertaiseksi Ei-valkoinen kohina: jokin systemaatinen virhe (esim. vahvistusvaihtelu, ilmakehä, seisovat aallot) huonontaa mittausta Allan diagrammi

Valkoinen kohina Radiometrikaava olettaa, että sekä signaali että vastaanottimen kohina ovat luonteeltaan noudattavat normaalijakaumaa (gaussinen l. valkoinen kohina). Ilmakehän nopeat muutokset tai vastaanottimen ja/tai spektrometrin herkkyyden muutokset integroinnin aikana eivät ole valkeaa kohinaa. Havaitsija voi vaikuttaa (negatiivisesti) kohinaan valitsemalla vääränlaisen havaintotavan tai integraatioajan.

Spektri Tyypillinen vastaanottimen välitaajuussignaali (kaista) spektrianalysaattorilla. Kaistan keskellä näkyy Orion KL -kohteesta tuleva voimakas SiO-maserviiva.

Spektrin mittaaminen Vastaanottimella mitataan ajasta riippuva jännite v(t). Kaistan tehospektriin S( ) päästään kahta kautta:

Spektometreistä Neljä päätyyppiä: Filterbank Akusto optinen spektrometri (AOS) Autokorrelaattori Fourier muunnosspektrometri (FFTS)

Filterbank N kpl yksittäin valmistettua suodatinta (kanavaa)

Filterbank Spektrometrin kaista jaetaan suodattimilla yksittäisiin, samanlevyisiin kanaviin. Jokaisen kanavan suodatettu signaali havaitaan neliöllisellä detektorilla ja syötetään integraattoriin. Integroitu signaali luetaan havainnon päätyttyä. Filterbankin kanavan efektiivinen leveys (radiometrikaava) = kanavanleveys. Filterbank on analoginen laite. Sen ongelmana ovat terminen stabiilisuus, kanavien kalibrointi ja kanavien mahdollinen erilaisuus (jokainen kanava valmistetetaan erikseen).

AOS AOS muuntaa radiotaajuuden ääniaalloiksi Braggin kennossa. Aallot muodostavat hilan, jota valaistaan lasersäteellä. Laservalo diffraktoituu muodostaen spektrin detektorikammalle. Paljon kanavia halvalla, ongelmana stabiilisuus.

Spektometreistä AOS: Pietsosähköinen elementti muuntaa radiosignaalin (IF) ultraääneksi, joka etenee kennossa. Ääniaallot ovat pitkittäistä värähtelyä, jotka aiheuttavat tiheyden (taitekertoimen) vaihteluita kennossa. Kennoa valaistaan laserilla ja taittunut valo (spektri) havaitaan ccd detektorilla. AOS:n erotuskyky riippuu Braggin kennon (esim. kristalli, vesi) ominaisuuksista ( ~ L/cs). AOS:ien tyypilliset ongelmat ovat terminen ja mekaaninen epästabiilisuus. Etuna pieni koko ja halpa hinta. Kanavien efektiivinen leveys (radio metrikaava) n. 2 kanavaa.

Spektometreistä AOS Köln

Autokorrelaattori

Autokorrelaattori Vastaanottimen analoginen jännitesignaali v(t) digitoidaan (kvantisoidaan) ottamalla siitä näytteitä aina t aikavälein. nk. näytteenottotaajuus on 1/ t. Kaistanleveys riippuu näytteenottotaajuudesta Nyquistin näytteenottoteoreeman mukaan: Digitaaliautokorrelaattori tuottaa sisääntulosignaalin autokorrelaatiofunktion (ACF), josta saadaan tehospektri käyttäen nopeaa Fourier muunnosta (FFT) Etuna joustava kanavanleveyden valinta (vaihdetaan näytteenottotaajuutta).

Autokorrelaattori Autokorrelaatio: funktion ja viivästetyn funktion tulon integraali

Autokorrelaattori Käytännössä integraatioaika ei voi jatkua äärettömyyteen. Katkaisussa menetetään informaatiota. Myös signaalin kvantisointi johtaa informaation menetykseen. Seurauksena on, että mitatut spektriviivat levenevät ja heikkenevät. Muita ilmiötä ovat Gibsin ilmiö kaistan reunoilla ja spektrin nk. ringing mikä johtuu äärellisestä integraatioajasta. Kohinakaistanleveys radiometrikaavassa riippuu valittavasta ikkunafunktiosta ja on n. 1.3 2.

Autokorrelaattori Gibsin ilmiö Hanning ikkunafunktio * ringing Ringing

kohinaa + siniaalto analoginen signaali + 1-bittinen esitys autokorrelaatio + spektri

FFTS Nykyinen integroitu elektroniikka mahdollistaa Fourier muunnoksen reaaliajassa. Integroidun piirin nopeus tällä hetkellä noin 50 kertaa Pentium 4 prosessorin nopeus (2 Gigasamples/s). Spektrometri on kehitetty ja otettu käyttöön v. 2005

Fast Fourier Transform Signaali: 2 siniaaltoa, 440 Hz ja 660 Hz Valitaan kaista B=1024 Hz näytteiden väli t = 1/(2B) kanavien määrä N=512 integrointiaika N t (0.25 s)

Fast Fourier Transform (FFT)2 taajuusresoluutio = 1/N t = 4Hz