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March 18-19, 2022
A Hybrid In-Person and Virtual Workshop

Come join HamSCI at its fifth annual workshop March 18-19, 2022 at the U.S. Space and Rocket Center in Huntsville, Alabama. The primary objective of the HamSCI workshop is to bring together the amateur radio community and professional scientists. The theme of the 2022 HamSCI Workshop is The Weather Connection.

This workshop will also serve as a team meeting for the HamSCI Personal Space Weather Station project, a NSF-funded project to develop a citizen science instrument for studying space weather from your backyard. The PSWS is led by the University of Scranton, and includes participation from TAPR, Case Western Reserve University/W8EDU, the University of Alabama, the New Jersey Institute of Technology CSTR, MIT Haystack Observatory, Dartmouth College, and the amateur radio community at large.

The 2022 HamSCI workshop is organized by The University of Scranton in collaboration with The University of Alabama and NASA Marshall Space Flight Center. Support is provided by the National Science Foundation. 

Invited Speakers

Invited Scientist Tutorial: Dr. Tamitha Skov WX6SWW, “The Ionospheric Impacts of Space Weather and our Heightened Awareness of its Effects on Society”

Abstract: The paradigm shift that space weather is real, relevant and knowable to a general audience is not as impossible as once imagined. Although it remains a difficult topic to convey, new methods of teaching and communicating the hazards of the space environment to the technical non-expert and the public alike are far more accessible than in the past. In return, the appetite for more timely and accurate space weather information by these informed audiences is driving more robust observation and forecast methodologies. In this tutorial we will review how different kinds of space weather events impact the near-Earth space environment, driving different effects in the upper ionosphere. We will discuss several events and show how a heightened visibility of the space environment is creating more accountability in operational space weather forecasting, as well as broadening the need for space weather education. Emerging private and public beneficiaries of these improvements in forecasting and education will also be highlighted, along with a discussion of advances beyond academia that demonstrate a growing intersection of heliospheric science, meteorology, and the public use of space weather information.

Bio: The invited scientist tutorial will be presented by Dr. Tamitha Skov WX6SWW and will focus on the ionospheric impacts of space weather. Dr. Skov holds B.S. degrees in physics and physical chemistry, as well as M.S. and Ph.D. degrees in geophysics and planetary physics from the University of California at Los Angeles (UCLA). She joined the Aerospace Corporation in 2004, where she is currently a Research Scientist in the Physical Sciences Laboratory. At Aerospace, she works primarily in the fields of solar and space physics research and in the testing of spacecraft materials in realistic space radiation environments. In 2020, Dr. Skov joined Millersville University as an adjunct professor and is now teaching graduate courses in meteorology, serving as a pioneer in the field of "Broadcast Space Weather”. Dr. Skov is well-known to the amateur radio community as “The Space Weather Woman” through her innovative YouTube space weather forecasts.

Invited Amateur Radio Tutorial: Mr. Jim Bacon G3YLA, “Evaluation of links between Terrestrial Weather and Sporadic-E”

Abstract: The recent development of an experimental probability index for Es has enabled a more focussed approach to investigating the value of weather data in the troposphere as a geographical marker for Es in the ionosphere. Some early verification studies of this work will be presented together with examples of alternative graphical visualisations of ionosonde data to provide insights into the development of an Es event. The presentation will conclude with a discussion of the issues of verifying regional scale Es with isolated fixed site ionosonde data and suggest an outline for the next steps in the search for improved locational predictability of Es using meteorological forecast data.

Bio: The invited amateur radio tutorial will be presented by Mr. Jim Bacon G3YLA and will focus on the influences of Terrestrial Weather on radio propagation and the ionosphere. Mr. Bacon is a well-known retired meteorologist from the United Kingdom and is the recent recipient of the Radio Society of Great Britain Les Barclay Memorial Award to recognize those who have made excellent contributions to propagation research and understanding. Mr. Bacon actively develops the PropQuest website, which provides real-time Sporadic E Probability Index (EPI) that incorporates the factors of tropospheric weather, atmospheric gravity waves, meteors, wind shears, and atmospheric semi-diurnal tides.

Keynote Speaker: Dr. Chen-Pang Yeang, “Ham Radio and the Discovery of the Ionosphere”

Abstract: Ham radio's involvement in the discovery of the ionosphere during the early 20th century constitutes a core part of the radio amateur community's collective memory. I will review this episode in a broader historical context. Why radio waves could propagate over long distances along the earth's curvature had been debated since the invention of wireless telegraphy in the late 1890s. By the 1910s, physicists' consensus was that radio waves bounced back from an electrically conductive surface in the upper sky known as the "Kennelly-Heaviside layer." Meanwhile, electrical engineers' empirical studies led to the so-called "Austin-Cohen formula" that predicted a decrease of propagating range with wavelength, implying that transoceanic or transcontinental wireless communication could only be achieved at wavelengths longer than 200 m. Despite these scientific convictions, the American Radio Relay League (ARRL) and its sister organizations in the UK and France in the 1920s embarked large-scale collective experiments for transatlantic wireless signal transmission at wavelengths shorter than 200 m. Their success challenged the Austin-Cohen formula. In addition, ARRL members collaborated with US naval researchers to experiment with medium-range radio-wave propagation. Their studies resulted in the identification of the skip zone—that radio signals disappeared at certain distances from a transmitter but emerged again at a further range. These findings from radio amateurs’ activities paved a crucial ground for the British and American scientists Edward Appleton, Miles Barnett, Gregory Breit, and Merle Tuve to perform radio experiments that provided direct evidence for the ionosphere—a more complex geophysical entity than the Kennelly-Heaviside layer. In this talk, I will examine the radio amateurs' collective experiments in the discovery of the ionosphere. I will also discuss the implications of this form of collaboration to ham radio's later collective technical activities and engagements with "citizen science."

Bio: Chen-Pang Yeang is an associate professor at the Institute for the History and Philosophy of Science and Technology, University of Toronto. Trained both in electrical engineering and the history of science and technology, he does research and teaching in the history of physics, electrical engineering, information and computer science and technology in the 20th and 21st centuries. He published Probing the Sky with Radio Waves: From Wireless Technology to the Development of Atmospheric Science (University of Chicago Press, 2013). He is completing a book on the history of noise. In addition, he is undertaking a research project that uses the material replication of Heinrich Hertz’s radio-wave experiment as a means of historical inquiry, and another project on the grassroots innovation in information and computing technology.

Special Event Station

HamSCI and the NASA Marshall Space Flight Center Amateur Radio Club will be operating special event station NN4SA from the conference venue. The station will be in operation at least from 7am to 6pm CDT (1200 – 2300Z) each day using various bands and modes. We will be self-spotting on the DX clusters and a special QSL card will be available. Check the QRZ.COM site for NN4SA for details. The station will be staffed both days and in-person participants will be invited to get on the air. The radio is a Yaesu FTDX-10 hybrid SDR provided by local vendor GigaParts.

 

Thank you to GigaParts for lending equipment to the HamSCI 2022 Special Event Station!

 

Science/Program Committee

• Dr. Nathaniel Frissell, W2NAF, The University of Scranton, Chair
• Dr. Philip Erickson, W1PJE, MIT Haystack Observatory
• Ms. Kristina Collins, KD8OXT, Case Western Reserve University
• Mr. Bill Liles, NQ6Z, HamSCI Community
• Ms. Veronica Romanek, KD2UHN, The University of Scranton
• Ms. Laurie McCoy, University of Scranton

Local Organizing Committee

• Mr. Bill Engelke, AB4EJ, The University of Alabama
• Dr. Linda Habash Krause, K0DRK, NASA Marshall Space Flight Center
• Ms. Mitzi Adams, NASA Marshall Space Flight Center
• Dr. Robert Suggs, NN4NT, NASA Marshall Space Flight Center

Questions?

Please e-mail [email protected].

The 2022 HamSCI Workshop is organized by The University of Scranton in collaboration with The University of Alabama and NASA Marshall Space Flight Center. Financial support is provided by the United States National Science Foundation through AGS-2152015.

Overview

As part of HamSCI Personal Space Weather Station (PSWS) project, magnetometers which measure magnetic field strength and direction, are designed to provide quantitative and qualitative measurements of the geospace environment from the ground for both scientific and operational purposes at a cost that will allow for crowd-sourced data contributions. 

The PSWS magnetometers employ a low-cost, commercial off-the-shelf, magneto-inductive sensor technology to record three-axis magnetic field variations with an adequate field resolution of less (or better) than 10 nT at a 1 Hz sample rate. Data from the PSWS network will combine these magnetometer measurements with high frequency (HF, 3-30 MHz) radio observations to monitor large-scale current systems and ionospheric disturbances due to drivers from both space and the atmosphere. A densely-spaced magnetometer array, once established, will demonstrate their space weather monitoring capability to an unprecedented spatial extent.

The primary goals are 1) to provide the general context of geomagnetic activity during the HF experiments proposed in the PSWS project; 2) to estimate ionospheric currents at mid/high latitudes; 3) to measure space weather-related disturbances (dB/dt) at higher latitudes. 

HF communication is very much affected by the ionospheric conditions which are inarguably associated with the solar and geomagnetic activity. Magnetic field observations provide critical information about such an interaction (#1). As for #2, the proposed densely-spaced magnetometer network can also provide a complementary data set to help infer ionospheric currents over the entire region where the PSWS is located. At present, ground magnetometers for space research are located primarily near/in the auroral regions. The US government-funded magnetometers are sparsely located across the US at mid latitudes. The HamSCI magnetometer network will help increase the spatial resolution of the magnetic field measurements instead of taking on the existing infrastructure which is designed to provide well-calibrated absolute values of geomagnetic fields. 

Ver. 1.0

David Witten

1. Make sure to set up a Raspberry Pi password

2. Set up system time to UTC
$ sudo raspi-config

3. Install data acquisition software

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install git
$ git clone https://github.com/wittend/rm3100-runMag
$ cd rm3100-runMag
$ make

If there is an earlier code on the Raspberry Pi:

$ cd rm3100-runMag 
$ make clean
$ git pull
$ make

4. Run the software

4.1. For a long-term operation
$ ./runMag -kPS [SITEID*] 
OR
$ ./runMag -kS [SITEID*] 
(The -P optionn causes the program to print out the initial settings (to the screen) to let you know what settings you have given – mostly for debugging -  may be omitted)
*SITEID: Create your own site ID for others to recognize the location of the magnetometer. 

This should start the program, putting logged output into file named something like:
../logs/<site ID>-20200623-runmag.log
appears in the logs directory. The program should continue to append to this file until 23:59:59 when the program closes this file and opens a new one, in this case:
../logs//<site ID>-20200624-runmag.log
It then continues to append to this file for the next 24 hours, and repeats this process.

Note: to be paired with a newly assembled sensor assembly (provided by Julius Madey), use the following command:
$ ./runMag -H -M 0x23 -A 10 -c400 -U140 -kPZS <your callsign> &
(for the older sensor, try to use 0x20)
This will NOT show output to the screen.  It writes to the logfile.  

4.2. For a short-term testing
$  ./runMag or ./runMag -H
This will show the output of the program on the console Without logging to file. 

If you want to write to the log file but also view the output:
$ ./runMag -k -S [SITEID]. 

Then open another terminal window in the same folder and type:
$ tail -n 15 -f logs/[SITEID]-[UTCDATE]-runmag.log.log 

This is to read the logfile as it is written. It displays outpout log file as it is wirtten in the window. This will work until the UTC date changes (8:59 pm edt). At this poiint the data will begin to be logged to a new file:
../logs/[SITEID]-[UTCDATE + 1]-runmag.log.log
and the display in the window will just stop. (because the original logfile is not being written to any more).

Another method, 
runMag | tee > logs/[SITEID]-[CURRENT UTC TIME]-runmag.log
This version will not roll the log file over at 00 UTC.  

4.3. Other options
$ ./runMag -l -Z - b 1

• This command tells the MAG Support board read the devices at alternate addresses.  
• ​The -l command tells the system to read only the local thermometer chip, not the one on the remote board.  This is useful for testing simple setups that are not using the remote extender.
• The -Z command tells the output stream to include the ‘totalized’ sum of the vector components measured by the mag seneor  in the output. :  [ sqrt((x*x) + (y*y) + (z*z)) ]  as the last field.
• The -b 1 exists to inform the software which I2C bus is the one we want ti use for the Single Board Computer (SBC) we are using. -b 1 is actually the default, so can be omitted.  
• -b2 is required for the Odroid Nano N2.  Others use other numbers. 
• -a provides a list of a few other known SBC I2C bus numbers that can be used with these boards.
• These commands behave as above with regard to the -Z and -b1  

$ ./runMag -Z - b 1 > data.txt :
This Creates and writes output to a file named ‘data.txt’.  Will overerite previous file with that name.

$ ./runMag -Z - b 1 >> data.txt: 
This Creates or Appends to an existing file named  ‘data.txt’.  Will not overwrite existing file.

$ ./runMag -Z - b 1 | tee data.txt: This command uses a command line trick to split the output between the storage file ( data.txt ) and the console window Program was launched from.

$ ./runMag -lkS <site id> 
This command line will read only the local thermometer chip and then write the results to a file in ./logs/ called something like JennyJump-20200703-runmag.log. Data will be appended to this until 23:23 UTC (should be 08:23 edt for you).  At that point that file will be closed, another file will be opened with the name JennyJump-20200704-runmag.log and log entries should be entered into this new file for the next 24 hours. Then the process repeats ad infinitum.

$ tail -f ./logs/jjump01-20210307-runmag.log 
To view the contents of the log file that it is writing. 
To do this, press enter one time and get your prompt.
Type the command tail -f followed by the name (with path) of the log file that is being written.
This will print each new line written to the logfile to the screen. This will continue until you use CTRL-C or until 00:00:00 UTC, at which time no new lines will be displayed (8:00 pm EST). The reason that the output stops at that time is that runMag has closed the initial log file and opened a new one. To see the new log file being created, reenter the command from before, but increment the date part of the file name by one. For example: tail -f ./logs/jjump01-20210308-runmag.log 

5. Power interruption Mitigation
This is based on an assumption that the Raspberry Pi is connected to the internet and has access to internet time and the board is configured to quickly calibrate its internal time using the internet time services (ntp). This is the usual case for properly configured Raspberry-Pi’s. 

There are (at least) two situations where time keeping will be degraded.  

If network connectivity is lost for some period the measurements recorded are likely to drift in time because the internal clock on Rpi’s is pretty poor and not ordinarily backed up.  The system in this case will continue logging data, but the trustworthiness of the timestamps will degrade.  The log files may not roll at precisely 23:23 UTC.  This is not usually the case for Odroid boards which do provide a battery backed real time clock.

The second situation is one where the Raspberry Pi loses its main power or the program is manually stopped.  If the program is restarted within the same UTC DAY using the same parameters that were used before, logging will continue to the same output file as before.  The only consequence will be that there will be a gap in the data equivalent to the down time.  But the time stamps should be reasonably coherent across the gap in the samples.  

The real solution for deploying these devices for long-term evaluation with limited supervision is to load a software package such as GPSd and a simple but reliable GPS module such as the Adafruit Ultimate GPS hat plus some sort of UPS supply designed for Pi or Odroid boards.  I have these Items available. I can provide them if desired.

Raspberry-Pi RM3100 Magnetometer 

The magnetic sensor for the PSWS project is an off-the-shelf, low-cost ($20) magnetic sensor using a new technology (“magneto-inductive”) with a noise floor of 4 pT/sqrt(Hz) at 1 Hz (PNI Geomagnetic Sensor RM3100, visit the website for more details). Regoli et al. (2018) demonstrated that the sensor performance is adequate for both space-borne and ground-based applications to study geomagnetic activity. Given that the sensor will be located in various electromagnetic environments, we expect the performance to be somewhat compromised and thus our target level is ~10 nT. 

The RM3100 MI magnetometer consists of 1) single board computer (i.e. Raspberry Pi 3); 2) local magnetometer support board extender; and 3) remote magnetometer support board extender (see Figure 1). The remote board (Item #3) contains the RM3100 sensor which needs to be placed outside away from any sources of EMI while both the computer and local board are located inside. A recommended cable between the local and remote boards is a CAT5E or CAT6A shielded twisted pair (solid copper, NOT high resistance copper coated aluminum (CCA)). 

The magnetometer package is expected to be in the range of $100 to $150. Again, the performance level of the magnetometer is lower (field resolution, in particular) than that of the high-performance, science-grade magnetometers deployed at geophysical observatories across the US. We note, however, that the proposed network is focused primarily on their spacing to increase the spatial resolution. Given the adequate resolution level (< 10 nT at 1 Hz), most of the major geomagnetic activity (e.g., geomagnetic storms, substorms (may be limited to high-latitude regions) and large-scale ULF waves/disturbances) is expected to be observed, which will be compared with the HF measurements.   

Figure 1. A RM3100 MI magnetometer system (TAPR PiHAT version). 

 

Data Acquisition Software

The data acquisition software (“runMag”) should be installed on your Raspberry-Pi to control the RM3100 magnetometer system. One of the most important settings prior to its operation is to set the system time for accurate time stamping in the data set. Coordinated Universal Time (UTC) should be used as a system time. The installation and operation of the software are described in a separate document (“Raspberry Pi-based RM3100 Magnetometer Data Acquisition Software User Manual”) in greater detail. 

 

Magnetic Sensor Packaging
The sensor board (Item #3: remote magnetometer support board extender) is housed in a PVC pipe structure as shown in Figure 2 for weather protection. It can be positioned vertically under the ground so that the sensor, located on the bottom of the pipe, is well below the ground surface level, providing stable temperature (Figure 3). Field installation is shown in Figure 4. Its construction is detailed in a separate document (RM3100 magnetometer assembly in PVC pipe-1.pdf). 

Note1 (April, 2026):  A 3D-printed solution for mounting the sensor board in a 2 inch SCH40 plastic pipe now exists.  See images here and the STL file for 3D printing here (right click to download). (Thanks to Majid Mokhtari, University of Scranton, for this design.)

Note 2 (April, 2026):  A 3D-printed solution for mounting the sensor board in a 1.5 inch SCH40 plastic pipe now exists.  See image here.  The SCAD file is here and the STL file for 3D printing here (right click to download). (Thanks to Philip Gladstone, N1DQ, for this design.)

 

Figure 2. Magnetic sensor housing showing the board support inside the pipe (left) and fully assembled magnetometer with a circular bubble level and waterproof connector (right).

 

Installation and Alignment
The PVC sensor housing is installed outside of the building where the host computer is located (Figure 3(a)). It is recommended that the sensor is placed at a sufficient distance to avoid any possible EMI source (e.g., the building). A minimum recommended cable length is 100 ft. In an area where EM noise is a concern, use a longer cable (depending on the nature of the noise source). CAT5E and CAT6A can support up to 400 ft and 500 ft, respectively. The cable should be rated for direct burial.  The PVC sensor housing is positioned vertically, leaving only the upper part of it (approximately 10 inches) above the ground surface as shown in Figure 3(b) and Figure 4. This provides temperature stability. 

 

Figure 3. A sketch showing the sensor installation: (a) location of the sensor; (b) sensor housing.

 

The sensor should be oriented in compliance with the widely accepted geomagnetic coordinate system, “HEZ”, in which H points toward the local geomagnetic north in the horizontal plane (perpendicular to the line pointing toward the center of the earth defined as Z). E completes the orthogonal system, pointing toward the geomagnetic east. Thus, Z = H x E in a vector form. Simply, H is defined as a direction which a compass needle would point toward. Figure 4 shows the definition of the coordinate system and the sensor installation conforming to this. It should be noted that the sensor's original XYZ coordinates do not match the HEZ coordinates because of how it is oriented in the pipe (the sensor was designed for use in the horizontal plane, but we are installing it in the vertical plane). Thus, a reallocation of coordinates is required in the post-processing data processing algorithm. That is, H = -Z, E = Y and Z = X where X, Y and Z are the original tri-axial components of the sensor output while H, E and Z are the local geomagnetic components that will be used for scientific use. 

Figure 4. RM3100 sensor PVC pipe packaging installed on the ground. 

 

It is highly recommended that two persons work on the sensor orientation. The orientation of the sensor is done in the following order:

1. Bury the PVC housing in a vertical position, leaving only the upper part of it (approximately 10 inches) above the ground surface. Make sure the pipe is well leveled (using the bubble level on top of it) so it is “vertical” (i.e., aligned with the line toward the center of the earth) and can be rotated freely in the horizontal direction.
2. Find the direction of an approximate geomagnetic north, for example, using a compass and orient the pipe so the vertical line marked on the housing (see Figure 2) points toward the geomagnetic north.
3. Turn on the magnetometer data acquisition system and run the acquisition software (refer to the operation software document provided separately).
4. While one person stays with the sensor outside, the other person monitors data output from the acquisition system.
5. While monitoring the horizontal components of the data (H and E), rotate the pipe until the maximum positive value of H and near-zero value of E are obtained.
6. Repeat the procedure #5 until reliable horizontal values (H and E) are obtained. This step is particularly important during a geomagnetically disturbed time. Note that for geospace studies, magnetic field “variations” or “pulsations” are more important than absolute values of the fields. Thus, an extreme precision of sensor orientation is not required (as is done for magnetic field observations for geological or geophysical studies). 

 

Initial Data Verification
A “quick and dirty” way to ensure the operation and data quality of the installed magnetometer is to compare the data with the predicted values from a model called International Geomagnetic Reference Field (IGRF), an approximate model field at a particular location. The IGRF can be obtained on a user-friendly website run by Kyoto University. The only information necessary for the model field is the geographic coordinates and altitudes of the magnetometer location and the year of interest. Figure 5 presents a snapshot of the website for model magnetic field at Hope, New Jersey (41N, 75W). The altitude does not need to be very accurate (0 m was entered in this case). It is important to note that the “northward (X)” and “eastward (Y)” in the IGRF are different from our “H” and “E” as the IGRF reports “geographic” north and east whereas our system reports “geomagnetic” north and east. Thus these two values should NOT be compared directly. They are related by X = H * cos (D) where D is declination, the angle on the horizontal plane between magnetic north and true north. Nevertheless, the total “horizontal” field should be close to each other: that is, horizontal = sqrt(X²+Y²) = sqrt(H²+E²). Likewise, the “downward (Z)” should also be close. In addition, the total field can be compared to see if they are similar, as defined as sqrt(X²+Y²+Z²) = sqrt(H²+E²+Z²). Note this is labeled as “F” (total intensity) on the IGRF website. The IGRF values are only from a model and thus it is natural that there are some discrepancies between the actual measurements and the IGRF values. This can be more extreme at high latitudes and/or during geomagnetically disturbed times. 

Figure 5. An example of IGRF model magnetic field at Hope, New Jersey (41N, 75W, 0-m altitude) in 2020. 

 

References

Regoli, L. H., Moldwin, M. B., Pellioni, M., Bronner, B., Hite, K., Sheinker, A., and Ponder, B. M.: Investigation of a low-cost magneto-inductive magnetometer for space science applications, Geosci. Instrum. Method. Data Syst., 7, 129–142, https://doi.org/10.5194/gi-7-129-2018, 2018.

The HamSCI Magnetometer Documentation is © Author(s) 2023. This work is distributed under the Creative Commons Attribution 4.0 License.

Welcome to the WWV/H Scientific Modulation Working Group page!

For more information about scientific modulation on WWV, email [email protected].

HamSCI's WWV/H Scientific Modulation Working Group is exploring possibilities for additions to WWV and WWVH's modulation that can be used for science purposes.  For updates on this project, join the Google Group here: https://groups.google.com/g/wwv-h_scie

Thanks KE0KA for this fantastic presentation of our characterization signal:

The Test Signal

A characterization signal has been designed for test broadcasts on WWV and WWVH. View it here:   

Aidan KB3UMD has ported the signal generation code to Python (note that the pseudorandom sequences are not the same): https://github.com/aidanmontare-edu/wwv-h-characterization-signal-ports

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TAPR DCC Presentation, 18 September 2021:

WW0WWV has written an excellent report on the TAPR presentation, which you can read here: WWV/WWVH Scientific Modulation Working Group | WWVARC

1 November 2021: An announcement about the characterization signal has been added to WWV and WWVH! The signal is scheduled to begin at Minute 8 on WWV and Minute 48 on WWVH, starting on November 15.

Data Collection

Looking for campaign information? See www.hamsci.org/sunrisefest.

If you would like to make recordings using your SDR: We recommend making I/Q recordings, centered on a WWV frequency (2.5, 5, 10, 15, 20 MHz), with a sampling rate above 20 kS/sec.
If you have a KiwiSDR that you are willing to let us use for remote recording, please email [email protected]. 

You can upload files and notes here:

Data Analysis

Interested in analyzing our characterization signal? Here are some KiwiSDR recordings from Fort Collins, made using N6GN's KiwiSDR: 

Overview

Besides auroral observations, magnetic field measurements are one of the traditional ways of observing the space weather phenomena on the ground. To that end, magnetic sensors, “magnetometer”, are typically used for space research. The instrument has a wide range of applications including metal detection, non-contact switch, non-destructive testing, oil/coal exploration, military as well as space research. Among many types of magnetometers, induction magnetometers (“fluxgate” and “search-coil”) are widely used for space applications because their designs are relatively simple and yet reliable, providing excellent performance level. For the HAMSci space weather station project, proposed is an inexpensive, simple, mid-grade magnetometer utilizing the anisotropic magneto-resistive (AMR), magneto-inductive and fluxgate technologies.

Hardware Requirement

The magnetic fields at the Earth’s surface range from 25,000 nT to 65,000 nT. Observations of absolute magnetic field values are critical in geological studies. In space research, however, only variations are of major interest. The range varies depending on the strength of the activities, from hundreds of nano-Tesla (nT) to as small as a fraction of nT. A proposed magnetometer should be able to measure the earth’s magnetic field variations associated with various geospace activities. Thus, measurements of the background magnetic fields can be ignored (oftentimes, the background fields are removed or subtracted). Figure 1 presents an example of magnetic field data from ground-based stations (top panel: Ottawa, ON; bottom panel: Fredericksburg, VA). Note that the background magnetic fields were removed in these data sets. One of the important parameters is resolution. Many science-grade magnetometers provide a fraction of nT resolution near DC. Very high-end ones can go as small as tens of pT resolution or lower. For the HAMSci space weather station project, a mid-range performance level will be targeted, adequate to measure large- and medium-scale geomagnetic activities approximately from a few to hundreds of nT. Although sub-nT measurements may be technologically achievable for this project, much more sophisticated construction, calibration and installation are required. Some of the important hardware requirements for the project are shown as follows:

• Dynamic range: full scale of the Earth’s magnetic fields (+/- 65,000 nT)
• Frequency response: DC to 5 Hz 
• Time resolution: 1 sec (1 min acceptable)
• Resolution: a few nT or better over 5 Hz bandwidth (DC to 5 Hz) 
• Noise: 1 nT at 1 Hz
• Digitization: 14-16 bit
• Number of sensors: three for triaxial measurements

 

Figure 1. Example data from ground magnetometers (top: Ottawa, ON; bottom: Fredericksburg, VA). 

 

Possible Sensor Technology Candidates

Type	Pros	Cons	Example Product
Magneto-Resistive (MR)	Chepest (< $10) ​Plug-and-Play products available in market	Very low resolution (~100 nT), inadequate for scientific use	Honeywell HMC5883
Anisotropic Magneto-Resistive (AMR)	Inexpensive (~$30-50 sensor only; ~$100-200 package)  ​Plug-and-Play products available in market (need more search)	Resolution still in low side (may be adequate for some scientific use: large/medium-scale magnetic field observations)	Honeywell HMC1001/1002/1021/1022
Magneto-Inductive (MI)	Inexpensive (~$20, sensor only) ​Resolution is adequate for the money	Relatively new technology, has not been widely used yet.	PNI RM3100
Fluxgate	Most widely used magnetometer for scientific use. High resolution (sub nT)​ Reliable	Relatively more expensive (at least $500 for low-grade version) ​Temperature-sensitive, long-term drift: may need post-calibration	Stegan Mayer Instruments FLC3-70 (~$600) ​Bartington (one of the leading fluxgate sensor manufacturer, much more expensive >$2,000)

Suggestion: In-House Fluxgate Magnetometer

Sensors can be built from scratch by hand (in accord very much with the “HAMScism”). The sensor consists of magnetic core material and magnet wire around it. Most of electronic components are inexpensive (can be either analog or digital). Although material/part costs are low, the project can be labor-intensive (coil winding, machining, electronics fabrication, test/calibration). Quality control can be challenging because sensors need to be accurately calibrated)

Радиосигналы отражаются от изменчивой ионосферы. Различные сигналы радиостанции национального бюро стандартов в Вашингтоне WWV, отражаясь от ионосферы, претерпевают изменения в длине волны и в концентрации электронов. Это приводит к изменениям в наблюдаемой частоте радиосигналов, сродни нарастанию и падению высоты тона свистка проезжающего поезда.

На данном рисунке изображён процесс того, как сигналы радиостанции Бюро Стандартов США отражаются от ионосферы. Космическая погода влияет на то, как далеко распространяется сигнал, прежде чем он изменит направление, и принимающая станция определяет это как изменение частоты сигнала.

Сравнение принятого радиосигнала с точным местным стандартом частоты, таким как осциллятор, управляемый GPS, позволяет пользователю измерить эти ионосферные сдвиги частоты. Это измерение подготовлено и записано с помощью программного обеспечения с открытым исходным кодом. Многочисленные наборы данных, записанные одновременно из нескольких мест, предлагают информацию - когда эти наборы данных исследуются как по отдельности, так и вместе - об ионосфере во время сбора данных. Эта информация включает перемещение ионосферных возмущений и другие важные явления в различных масштабах.

Вы можете узнать больше о том, как работают эти измерения, пройдя по ссылке.

Сбор доплеровских данных с вашей станции

Есть два способа собрать доплеровские данные из местоположения вашей радиостанции. Один из них - это сбор данных .CSV с помощью программы частотного анализа - данный метод наиболее подходит для  для долгосрочного сбора данных. Другой - сбор аудиофайлов, что рекомендуется только для краткосрочных экспериментов, таких как фестивали затмений (eclipse festivals).

Вам понадобится:

• КВ-радио и антенна, способная принимать сигналы от станций стандартного времени (частоты и времени)

• Компьютер

• Звуковой адаптер, подобный этому, для подключения компьютера к радио. (Как проверить что ваш звуковой адаптер подходит к радио?)

• Осцилляттор с функцией GPS (здесь и далее - GPSDO), подобный этому, для обеспечения точности ваших измерений.

Способ подключения GPSDO к вашему радио будет зависеть от того, какой у вас тип радио.

Можно собирать данные без GPSDO, но с ним ваши измерения будут намного лучше. Хотя вы сможете увидеть тенденции в своих данных, вы не сможете сделать количественную оценку высоты слоя. Как показывает эта диаграмма Стива Сервина WA5FRF, небольшая ошибка в частоте вашего осциллятора приводит к большой ошибке со временем при оценке высоты слоя:

Выбор частоты радиомаяка

Вам будет нужна частота радиомаяка, которую можно услышать с вашей станции. В примерах на этой странице используется частота 10 МГц. Вы можете найти список радиостанций стандартного времени здесь.

Мировые радиостанции, передающие сигналы точного времени на короткой волне, которые можно использовать для Фестиваля измерения частоты затмений:

Рекомендации по выбору лучшей радиостанции:

1) используйте ближайший радиомаяк на вашем континенте

2) если можете, используйте частоту с наибольшей мощностью (в кВт)

3) рекомендации для выбора частоты приема:

Для континентальной и национальной радиосвязи попробуйте

- ночью: полоса частот 3 МГц - 9 МГц,

- днем: полоса частот 5 МГц - 16 МГц.

По региональной и ведомственной радиосвязи попробуйте

- ночью: полоса част 0,3 МГц - 5 МГц в Европе, полоса частот 2 МГц - 6 МГц в тропиках,

- днем: полоса частот 0,3 МГц - 8 МГц в Европе, полоса частот 4 МГц - 12 МГц в тропиках.

Более подробная информация по частотным диапазонам:

Распространение электромагнитных волн зависит, конечно, от среды, но также и от частоты. Приведенные ниже диапазоны даны для справки, условия распространения в ионосфере сильно различаются в зависимости от солнечного цикла, времени года, региона мира, времени суток, схем радиоприёмных устройств ...

Ниже 4 МГц: связь обычно возможна только на большом расстоянии в темноте между местом передачи и приема, после исчезновения слоя D. Земная волна выполняет преобладающую функцию, особенно на частотах ниже 1 МГц. Отличная региональная полоса в начале и в конце дня с дальностью до 600 км (до 2000 км в зависимости от условий). Местное сообщение может осуществляться в радиусе нескольких десятков километров. Связь возможна без длины скачка в излучении NVIS.

От 4 до 8 МГц: возможна межконтинентальная связь (более 4000 км), но стабильная связь обычно возможна от 200 до 3000 км. Местное сообщение возможно на расстоянии до тридцати километров. Возможна связь без «мертвой зоны» в излучении NVIS (пространственная волна с квази-вертикальным падением) с дальностью менее 400 км для самых низких частот этой части спектра.

8–12 МГц: круглосуточный доступ для континентальной связи. Длина скачка радиосигнала от 300 км днем ​​до 1000 км ночью. Межконтинентальная связь возможна в темное время суток между местом излучения и приема.

От 12 до 16 МГц: диапазон открыт в течение дня с дальностью до 2000 км в любое время. Связь возможна с антиподами в благоприятные периоды солнечного цикла. Длина скачка радиосигнала от 200 км днем ​​до 1600 км ночью.

Способ №1: сбор данных .CSV с помощью fldigi

Мы просим вас использовать пакет программного обеспечения с открытым исходным кодом fldigi версии не старше 4.1.13. В режиме «частотного анализа» ежедневно создаются файлы отклонений частоты, автоматически называемые «analysis_(date).csv». Он будет в каталоге /fldigi/ temp /, или .fldigi / temp /, или в каком-либо эквиваленте. Вы должны использовать последнюю версию fldigi, иначе ваши данные будут перезаписаны.

• Скачайте fldigi, установите, убедитесь, что он работает правильно. Найдите модуль «Частотный анализ» (англ. Freq Analysis) в раскрывающемся меню «Рабочий режим» (Op Mode).

• Настройте свое радио (в режиме AM) на станцию ​​стандарта времени на 10 МГц и определите, какую из них вы можете легко измерить.

• Выберите режим с использованием верхней боковой полосы вашего приемника (USB) и настройтесь на частоту на 1 кГц ниже несущей. Для 10 МГц настройтесь на 9,999 МГц (9999,000 кГц - см. Изображение) и слушайте тон 1000 Гц.

• В fldigi убедитесь, что настроенная частота в верхнем левом углу совпадает с частотой вашего радио. Чтобы изменить его, щелкните верхнюю половину цифры, чтобы увеличить, или нижнюю половину, чтобы уменьшить.

• Ищите линию 1000 Гц на водопадной диаграмме Флдиги. Щелкните там курсором или используйте поле настройки частоты в нижней части экрана fldigi. Вы должны установить значение в поле в нижней части экрана ровно 1000. (Если fldigi не принимает этот ввод должным образом, попробуйте начать запись, а затем установите значение 1000).

• В fldigi выберите меню «Op Mode» и выберите режим «Freq Analysis».

• Найдите «запись CSV-файла» в нижней строке fldigi слева. Если у вас чистый сигнал и вы видите только одну несущую, вы должны увидеть красивый график в конце дня. Если вы видите несколько несущих, может потребоваться более подробная информация о доплеровском режиме.

• Теперь оставьте fldigi в покое. Во время сбора данных оставьте радио в покое и убедитесь, что компьютер не выключен из-за автоматического обновления.

• По окончании периода записи закройте файл fldigi. Файл «analysis.csv» должен находиться в вашем каталоге / fldigi / temp /. В качестве альтернативы они могут находиться в "/fldigi.files/analysis". В MacOS они находятся в скрытом каталоге ~ / .fldigi / analysis - чтобы найти их, вы должны отобразить файлы с помощью CMD + SHIFT +. в Finder. В конце периода сбора данных у вас должен быть один файл “analysis- * .csv” на каждый день записи данных. Пожалуйста, переименуйте эти файлы, добавив свое имя или позывной: например, analysis_200620 - W8EDU.csv. Не редактируйте содержимое файлов.

Способ № 2: Сбор аудиоданных с помощью программы Audacity

Примечание: Этот подход предназначен для краткосрочного сбора данных, например, во время фестивалей затмений (eclipse festivals). Для долгосрочного сбора данных мы рекомендуем использовать способ, описанный выше.

1) Подключите радиоприёмник к звуковой карте компьютера.

Если вы управляете своим радио через fldigi или flrig, вы уже знаете, как это сделать. Инструкции могут различаться в зависимости от типа радиоприёмника. Если вам нужна внешняя звуковая карта USB, мы рекомендуем эту: https: //www.amazon.com/gp/product/B00IRVQ0F8/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title _...

2) Скачайте программу Audacity.

Audacity - это хорошо зарекомендовавшая себя программа с открытым исходным кодом для записи звуков. Вы можете скачать её здесь: https://www.audacityteam.org/download/

Программу можно установить сразу на русском  языке. Можно также поменять язык, выбрав вкладку «Правка»> «Настройки»> «Interface».  Если установлен интерфейс на английском языке, чтобы поменять язык, необходимо выбрать вкладку Edit>Preferences>Interface (). 

3) Настройте метаданные Audacity.

Загрузите этот XML-шаблон и запишите каталог, в который он загружается: EclipseTags.xml

В разделе «Правка»> «Метаданные» нажмите «Загрузить» и выберите файл, затем отредактируйте его, чтобы он соответствовал вашей радиостанции .. (Вы также можете добавить метаданные вручную, используя список ниже.)

[рисунок]

В Audacity перейдите к вкладке  «Правка»> «Метаданные» (Edit> Metadata) и заполните следующие поля:

• В поле «Исполнитель» введите свой позывной. (Если вы слушатель коротких волн, а не радиолюбитель, используйте свое имя или позывной SWL.)

• В поле «Название альбома» введите название события, например «Затмение в декабре 2020 года».

• В поле «Год», укажите текущий год.

• В поле «Жанр» укажите модель вашего радио.

Добавьте вручную и заполните следующие поля.

• Адрес электронной почты

• Любительская радиостанция

• Антенна

• Звуковая карта

• Частота

• Автоматическая Регулировка Усиления AGC (Automatic Gain Control) (вкл. или выкл.)

• Широта (используйте десятичные дроби, а не минуты и секунды!)

• Долгота

• Высота над уровнем моря (м)

• Часовой пояс (пример формата: UTC-05: 00)

• Квадрат сетки координат 

• Страна

ВАЖНО: Если у вас есть несколько радиостанций, собирающих данные одновременно под одним позывным, добавьте дефис и номер станции для каждой станции, в тех случаях когда вы бы использовали позывной. Например, если станция W8EDU одновременно выполняет сбор данных на радиостанции Flex и радиостанции Icom, пометьте одну как W8EDU-1, а другую как W8EDU-2, добавьте комментарий в метаданные для каждой станции, объясняющий, что оператор запустил несколько станций и убедитесь, что метаданные верны и полны. Это упростит сортировку данных эксперимента на этапе анализа.

Нажмите «Сохранить» и сохраните файл XML, затем нажмите «Установить по умолчанию».

Установите флажок «Не показывать при экспорте аудио», затем нажмите «ОК».

4) Установите настройки записи.

Откройте вкладку «Запись» в меню «Настройки» («Правка»> «Настройки»> «Запись»). Снимите флажок «Проигрывать другие треки во время записи (наложение)» и установите флажки «Записывать новый трек» и «Обнаруживать потери сигнала».

В поле «Имя для вновь записанных треков» введите свой позывной, затем один знак подчеркивания, а затем букву, соответствующую вашему часовому поясу в этом списке: [https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_military_time_zones]

Например, станция W8EDU находится в восточном стандартном времени (UTC - 05:00), что соответствует букве R, поэтому правильное название трека будет начинаться с «W8EDU_R_». (Если вы находитесь в неполном часовом поясе, используйте букву J; чтобы отметить, что ваши данные нуждаются в ручной обработке в зависимости от вашего местоположения.)

Добавьте частоту местного осциллятора вашего радио. Например, если W8EDU настроен на 9,999 МГц для прослушивания радиостанции Бюро стандартов США WWV на частоте 10 МГц, в поле «Заданное имя трека» должно быть указано «W8EDU_R_9999kHz_». Если W8EDU настроен на 9,995 МГц для наблюдения за радиостанции RWM на частоте 9,996 МГц, в поле «Заданное имя трека» должно быть указано «W8EDU_R_9995kHz_». Эта инструкция была добавлена ​​для фестиваля затмений в июне 2021 года и поэтому её нет на скриншотах ниже.

Убедитесь, что установлены флажки в полях «Системная дата» и «Системное время». Когда вы закончите, окно должно выглядеть так:

В разделе «Качество» > «Формат сэмплов по умолчанию» установите значение 16-бит. В поле «Частота дискретизации по умолчанию» (Default Sample Rate) установите значение 8000 Гц (если вашему приемнику не требуется более высокая частота, как описано в Шаге 2 выше).

Откройте вкладку «Устройства» в меню настроек и убедитесь, что вы записываете со своего радио, а не с микрофона вашего компьютера или другого источника.

Когда закончите, нажмите ОК.

5) Установите настройки записи и сделайте тестовую запись.

В середине верхней панели инструментов, в ниспадающем меню, выберите значение «1 канал записи (моно)».

Убедитесь, что частота вашего проекта установлена ​​на 8000 Гц в ниспадающем меню в нижнем левом углу экрана.

Настройте аудиовход на звуковую карту, подключенную к вашему радио. Имена устройств могут отличаться. Возможно, вам придется поэкспериментировать, чтобы убедиться, что источник, с которого вы записываете, правильный.

Нажмите кнопку записи ⬤; вы должны увидеть начало записи первого трека с правильным названием трека и отметкой времени. Если название трека неправильное, попробуйте перезагрузить компьютер и начать запись снова.

Нажмите кнопку стоп ⏹️, затем снова запишите ⬤. На этот раз вы должны увидеть второй трек. Название на каждом треке будет соответствовать началу времени его записи.

(рисунок)

Обратите внимание на «Оставшееся дисковое пространство для записи» внизу экрана. Одна неделя записи составляет 168 часов, поэтому вам может потребоваться приостановить и перезапустить сбор данных во время эксперимента. Оценка также может быть не совсем точной. Ознакомьтесь с документацией Audacity по длине записи здесь.

6) Сохраните проект.

Обязательно остановите запись ⏹️, прежде чем продолжить.

Сохраните проект (Файл> Сохранить проект). Это позволит компьютеру сохранить ваши настройки. Вы можете увидеть окно с вопросом, хотите ли вы сохранить проект, даже если в нем нет треков: нажмите OK.

7) Убедитесь, что ваши файлы WAV сохраняются правильно.

Создайте каталог для сохранения файлов в соответствии со следующим правилом «<Callsign> _Eclipse_Dec2020». Например: W8EDU_Eclipse_Dec2020. (Если вы запускаете одновременный сбор данных на нескольких радиостанциях, используйте идентификатор с переносом, описанный в пункте 3.)

Перейдите в Файл> Экспорт> В несколько файлов. Выберите каталог, в который вы хотите сохранить файлы. В разделе «Имена файлов» убедитесь, что выбран вариант «Используется метка / имя трека».

Нажмите кнопку «Экспорт». Откроется диалоговое окно, подтверждающее, что каждый трек был сохранен в отдельный файл в формате WAV. (Примечание: если ваши файлы слишком велики для экспорта, см. раздел «Часто задаваемые вопросы» ниже.)  

Когда это будет сделано, вы можете удалить свои тестовые треки, щелкнув кнопку X в верхнем левом углу трека.

Когда вы откроете каталог, вы должны увидеть метаданные исполнителя и альбома. Убедитесь, что имена ваших файлов имеют правильный формат: например, «W8EDU_R_9.999MHz_2020-10-23_22-36-18.wav».

Вы должны записывать свои данные на диск, на котором есть не менее 10 ГБ свободной области памяти. Если вы работаете в Windows, перейдите в каталог данных и активируйте сжатие: Свойства -> Общие -> Дополнительно -> Сжать содержимое для экономии места на диске. (См. снимок экрана ниже).

8) Дополнительно: откалибровать аудиовыход для записи файла .WAV

Мы заинтересованы в сборе данных об амплитуде, где это возможно; Вы можете прочитать больше об этом здесь. Если в вашем радио есть цепь Автоматической Регулировки Усиления (АРУ), которую можно отключить, и отдельную регулировку усиления высоких частот, вы также можете собирать данные об амплитуде. Однако недостаточно просто выключить AGC; вы должны установить усиление высоких частот на соответствующий уровень. В противном случае уровень звука будет почти постоянным независимо от силы сигнала, и данные могут быть скомпрометированы. После выключения АРУ необходимо установить регулятор усиления высоких частот приемника таким образом, чтобы уровень звука давал измеримые амплитуды, которые никогда не выходят на полную шкалу, не зажимаются или ограничиваются. Для этого необходимо предварительное тестирование, чтобы убедиться, что максимальная мощность сигнала не приводит к перегрузке входа звуковой карты. Если ваше радио не соответствует этим требованиям, перейдите к пункту 9 ниже.

Вот способ настройки приемника:

• При включенной АРУ настройте радиомодуль на воспроизведение тона 1000 Гц в режиме USB, настроив радиомодуль на 1 кГц ниже несущей частоты (например, 9,999 МГц для несущей частоты 10 МГц).

• Установите регулятор громкости приемника на комфортный уровень прослушивания, используя обычный динамик радио или наушники. Он должен быть достаточно громким, чтобы быть выше шума приемника при отсутствии сигнала, но не настолько громким, чтобы вызывать искажения.

• Установите уровень записи в Audacity, чтобы получить примерно 1 / 4-1 / 2 уровня записи полной шкалы, или на уровне, который оставляет от 6 дБ до 10 дБ запас по уровню ниже полной шкалы.

• Выключите АРУ приемника.

• Используйте регулятор усиления высоких частот, чтобы установить выходной аудиосигнал на тот же уровень, что и при включенной АРУ.

• Сделайте дневную запись и изучите ее. Если уровни достигли полной шкалы в любой момент во время записи, уменьшите регулировку усиления высоких частот и попробуйте еще раз. Идея заключается в том, чтобы иметь достаточное усиление радиочастоты, чтобы получить измеримые уровни сигнала даже в самое слабое время дня, но не настолько, чтобы амплитуда в наиболее сильном периоде дня достигла максимума или плоских вершин на полной шкале.

• После того, как усиление высоких частот установлено, его нельзя изменять во время записи данных о затмении.

• При отправке вашей анкеты ниже, не забудьте указать, что вы выполнили эту процедуру.

9) Все готово!

Теперь у вас все готово для сбора данных! Если вам нужно возобновить сбор данных в любое время, нажмите кнопку остановки записи и следуйте пункту 7 выше.

Когда все будет готово, ваша установка должна выглядеть примерно так:

Анализируйте ваши данные

Вы можете построить график данных с течением времени, чтобы увидеть геофизические изменения. Если вы получите четкий сигнал, восход солнца должен четко отображаться в ваших частотных данных.

При помощи графика вы сможете отслеживать ежедневные изменения. Если вы построите график данных за длительный период, вы увидите утренний пиковый сдвиг с изменяющейся продолжительностью дня.

Хороший способ проверить достоверность ваших данных: попросите знакомых или друзей поблизости, чтобы они снимали данные на тех же частотах. Это поможет отделить локальный шум в вашей среде от сигналов геофизического характера. На графике ниже все станции находятся в пределах 5 км друг от друга, и все три станции наверху имеют осцилляторы с функцией GPS. (Изображение предоставлено: Wim PA0SLT)

Вы также увидите множество региональных вариаций. Вот график данных, взятых во время Фестиваля частотных измерений. Вы можете прочитать об анализе данных здесь.

Bli med på
Arctic Formørkelsesfestival

Alternate language options:
Engelsk: English
French: Français
 

Introduksjon

Kontaktinformasjon:

Kristina Collins: [email protected]

Forskningsspørsmål

• Denne formørkelsen krysser nordlysovalen. Hvilke kombinerte effekter observerer vi fra nordlyset og formørkelsen når vi observerer dopplerforskyvninger?
• Hvilke egenskaper av ionosfæren er vi i stand til å måle ved å observere variasjonen i disse HF-formeringsbanene?
• Hvilken effekt vil formørkelsen ha på disse stiene?
• Hvordan sammenligner forskjellige teknikker for å måle høyden på ionosfæren?
• Er det en frivillig interesse i å samle inn data i regionene nær den totale formørkelsen?

Ønsker

• Jobber med borgerforskere over hele verden
• Mål dopplerforskyvninger forårsaket av effekten av romvær på ionosfæren
• Avgrens eksperimentelle prosedyrer for fremtidige formørkelseseksperimenter
• Utvikle digital signalbehandling for RWM

Tidene

• Start: 07 June 2021, 0000 UTC
• Slutt: 12 June 2021,  2359 UTC

Fyrtårnen

Vi vil bruke den russiske tidsstandardstasjonen RWM ved 9.996 MHz. Hvis du ikke kan motta den på stasjonen din, kan du prøve 10 MHz WWV eller en annen stasjon fra denne listen. Eksperimenter med radioen din for å se hvilke stasjoner som er enklest å motta.

Hvordan delta

1) Registrer deg for adresselisten: https://groups.google.com/g/eclipse-festival

2) Følg disse instruksjonene: hamsci.org/doppler-instructions-nb
Bruk Audacity, ikke fldigi.

3) Send inn data her: https://cwru.app.box.com/f/4c75fe21d8f744d980b61916704abd1f

Prøvekjøring

Det vil være en valgfri øvelsesøkt 30. mai for å velge de beste stasjonene for eksperimentet. For å delta, lytt til RWM (4,996 MHz, 9,996 MHz) og WWV (5 MHz, 10 MHz) på radioen din og fullfør undersøkelsen nedenfor. Det er best å ta opp på omtrent samme tid på dagen som formørkelsen (8 am UTC). Hvis mulig, kan du ta et kort opptak med Audacity og laste det opp her.

Interested in translating pages for HamSCI? Email [email protected]. 

Español

https://hamsci.org/december-2020-eclipse-festival-frequency-measurement-es 

Translator: Matt KE8NZR

Français

À propos de HamSCI: https://hamsci.org/about-hamsci-fr
Comment collecter des données sur l'effet Doppler avec votre récepteur radio décamétrique (HF): https://hamsci.org/doppler-instructions-fr
Festival de mesure de fréquence pour l'éclipse de juin 2021: https://hamsci.org/june-2021-eclipse-festival-frequency-measurement-fr
Festival de mesure de fréquence pour l'éclipse de décembre 2021: https://hamsci.org/december-2021-eclipse-festival-frequency-measurement-fr

Translator: Yannick F4IQE

Nederlandse taal

Hulp radioamateurs gevraagd: meet Doppler-verschuiving tijdens eclips: https://www.veron.nl/nieuws/doppler-verschuiving-eclips/

Translator: Erwin PE1CUP

Norsk

Hvordan samle Doppler-data med din HF-radio: https://hamsci.org/doppler-instructions-nb
Juni 2021 Formørkelsesfestival: https://hamsci.org/june-2021-eclipse-festival-frequency-measurement-nb

Translator: Kristina KD8OXT (Send meg en e-post hvis du ser feil ordene. Jeg lærer fremdeles!)

Portugués

Dezembro de 2020 Eclipse Festival of Frequency Measurement: https://hamsci.org/december-2020-eclipse-festival-frequency-measurement-pt

Translator: Noilson Caio - Darkwaves

русский

Эффект Допплера: https://www.hamsci.org/doppler-instructions-ru

Translator: Saule Anafinova

中文

6月21日 日全（偏）食高频频率变化测量: https://hamsci.org/june-2020-eclipse-festival-frequency-measurement-cn

French translation of https://hamsci.org/about-hamsci

Motivation

Doppler-skift

Radiosignaler hjelper oss med å se endringer i ionosfæren. Mange tidsstandardstasjoner har presise bærefrekvenser. Når den virtuelle høyden på ionosfæren stiger og faller, blir frekvensen av HF-signaler påvirket av doppler skift. Med en presis lokaloscillator, som en GPSDO, kan du måle bevegelsen til refleksjonspunktet.

Målinger

Det er to måter å samle inn data fra lokasjonen din. Du kan ta opp en .CSV-fil for langsiktig datainnsamling, eller ta opp lyd for korte kampanjer (som Eclipse Festival). 

Du vil trenge:

• En radio og antenne som kan motta signaler fra tidsstandardstasjoner
• En datamaskin
• Et lydkort grensesnitt, som dette, for å koble datamaskinen til radioen
• Et GPS-disciplined oscillator (GPSDO), som dette

Det er mulig å samle inn data uten GPSDO, men målingene dine blir mye bedre med en. Metoden for å koble GPSDO til radioen din vil avhenge av hvilken type radio du har.

Velg en tidstandardstasjon

Du vil ta opp en stasjon som kan høres fra stasjonen din. Eksemplene nedenfor bruker 10 MHz. Tidsstandardstasjoner: here.

Africa :
Det er ingen HF-tidstasjoner i denne regionen. Bruk RWM eller LOL, PPE. 

Asia :
* BPM, China, Shaanxi, Pucheng (sentrale Kina)
2.50 MHz, 5.0 MHz, 10 MHz, 15 MHz (Kraft ukjent)

* HLA, South Korea, Daejeon
5.0 MHz (2 kW)

Europe :
* RWM, Russia, Moscow, Taldom (øst for Europa)
4.996 MHz (10kW), 9.996 MHz (10kW), 14.996 MHz (10kW)

North-America :
* WWV, United States, Colorado, Fort Collins (sentrale USA)
2.50 MHz (2.5 kW), 5.0 MHz (10 kW), 10.0 MHz (10 kW), 15.0 MHz (10 kW), 20 MHz (2,5kW), 25 MHz (2,5kW)

* CHU, Canada, Ontario, Ottawa (sørøst Canada )
3.33 MHz (3 kW), 7.85 MHz (10 kW), 14.67 MHz (3kW)

Oceania :
Det er ingen HF-tidstasjoner i denne regionen.
Bruk WWVH i Hawaii eller BPM i Kina

Pacific Ocean
* WWVH, United States, Hawaii, Kekaha (Pacific)
2.50 MHz (5 kW), 5.0 MHz (10 kW), 10.0 MHz (10 kW), 15.0 MHz (10 kW)

South America
* LOL, Argentina, Buenos Aires
10 MHz (2 kW)

* PPE, Brazil, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro
10.0 MHz (1 kW)

* YVTO, Venezuela, Caracas
5.0 MHz (1 kW)

For å velge den beste stasjonen:

1) Bruk nærmeste sender på kontinentet
2) bruk frekvensen med mest effekt (i kW) hvis du kan
3) Vurder følgende:

For kontinentale og nasjonale avstander:
- Om natten: 3MHz til 9 MHz.
- På dagtid: 5 MHz til 16 MHz.

På regionale avstander:
- Om natten: 0.3 MHz til 5 MHz band i Europa, 2 MHz til 6 MHz band i tropene,
- På dagtid: 0.3 MHz til 8 MHz band i Europa, 4 MHz til 12 MHz band i tropene.

Tilnærming #1: Samle .CSV med fldigi

• Last ned fldigi, installer den, bekreft at den fungerer som den skal. Finn "Frequency Analysis" -modulen i rullegardinmenyen "Op Mode". 
• Still inn radioen din (i AM-modus) til en tidstasjon som du enkelt kan måle.
• Sett mottakermodus til USB (øvre sidebånd) og sett til en frekvens på 1 kHz under bæresignalet. For 10 MHz, sett til 9.999 MHz (9999.000 kHz - se bilde) og lytt etter 1000 Hz-tonen.
• I fldigi, sørg for at den innstilte frekvensen i øvre venstre hjørne er den samme som radiofrekvensen. For å endre det, klikk på den øverste halvdelen av et siffer for å øke det eller den nederste halvdelen for å redusere det.
• Se etter 1000 Hz-linjen på fossen. Klikk på markøren der eller bruk offsetfrekvensboksen nederst på fldigi-skjermen. Du må sette nummeret i boksen nederst på skjermen til nøyaktig 1000. (Hvis fldigi ikke tar denne inngangen riktig, kan du prøve å starte opptaket og deretter sette til 1000.)
• I fldigi, klikk "Frequency Analysis" -modulen i rullegardinmenyen "Op Mode".
• Se etter "writing CSV file" (skriv CSV-fil) på bunnlinjen til fldigi, til venstre. Hvis du har et rent signal og bare ser ett bæresignal, bør du se en fin tomt på slutten av dagen. Hvis du ser flere operatørsignaler, må du kanskje ta opp lyd i stedet.
• La nå programmet være i fred. Mens du samler inn data, la radioen være i fred og sørg for at datamaskinen ikke er slått av med en automatisk oppdatering.
• Når du er ferdig med innspillingen, lukker du programmet. Filen "analysis.csv" må være i katalogen / fldigi / temp /. Alternativt kan de være under "/fldigi.files/analysis". I MacOS er de i den skjulte katalogen ~ / .fldigi / analyse - for å finne dem, må du skjule filene ved hjelp av CMD + SHIFT +. i Finder. På slutten av datainnsamlingsperioden, bør du ha en analyse - *. CSV-filer for hver dag med dataopptak. Gi disse filene nytt navn ved å legge til navnet ditt eller kallesignalet: for eksempel, Analysis_200620 - W8EDU.csv. Ikke rediger innholdet i filene.

Tilnærming #2: Samle lyddata med Audacity

Merk: Denne tilnærmingen er for kortvarig datainnsamling, for eksempel formørkelse festivaler. For langsiktig datainnsamling, se Tilnærming 1# ovenfor.

3) Sett opp Audacity metadata. 

Last ned dette XML template and make a note of the directory it downloads to: EclipseTags.xml

Under Edit>Metadata, klikk "Load" og velg filen, og rediger den etter behov. (Du kan også legge til metadata manuelt ved å bruke listen nedenfor.)

 

 

In Audacity, klikk på Edit > Metadata og fyll ut følgende metadatafelt:

• Under Artist Name, set kallesignalet ditt. (Hvis du er kortbølge-lytter, legg navnet ditt eller SWL kallesignal.)
• Under Album Title, set begivenhet - e.g., "June 2021 Eclipse."
• Under Year, 2020.
• Under Genre, sett modell av radioen din.

Add følgende metadatafelten: 

• Email Address (e-posten din)
• Rig (radioen)
• Antenna
• Sound Card
• Frequency
• AGC (on or off)
• Latitude (Bruk desimaler, ikke minutter og sekunder!)
• Longitude 
• Elevation (m)
• Time zone (e.g. UTC-05:00)
• Grid Square
• Country (Landet din)

VIKTIG: Hvis du har flere radioer under ett kallesignal, kan du legge til bindestrek og nummer. For eksempel, hvis stasjon W8EDU kjører datainnsamling samtidig på en Flex-radio og en Icom-radio, bør de merke den ene som W8EDU-1 og den andre som W8EDU-2, inkludert en kommentar i metadataene for hver stasjon som forklarer at operatøren kjørte flere stasjoner, og sørg for at metadataene er riktige og fullstendige. Dette vil gjøre det mye lettere å sortere gjennom dataene fra eksperimentet i løpet av analysen.

Klikk "Save" og lagre XML filen, og trykk klikk "Set Default." 

Merker boxen "Don't show this when exporting audio," og trykk klikk "OK." 

 

 

4) Angi preferanser.

Klikk (Edit > Preferences > Recording). Fjern merket "Play other tracks while recording" og merket "Record on a new track" og "Detect dropouts." 

Under "Name newly recorded tracks," skriv inn kallesignalet ditt, deretter et enkelt understrek, og deretter bokstaven som tilsvarer tidssonen din i denne listen: [https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_military_time_zones]

For eksempel er stasjonen W8EDU i Eastern Standard Time (UTC - 05:00), som tilsvarer bokstaven R, så det riktige tilpassede spornavnet er "W8EDU_R_". (Hvis du er i en brøkstidssone, bruk bokstaven J.)

 

Legg til den lokale oscillatorfrekvensen til radioen. For eksempel, hvis W8EDU er satt til 9,999 MHz for å lytte etter 10 MHz WWV, bør det egendefinerte spornavnet være "W8EDU_R_9999kHz_". Hvis W8EDU er satt til 9,995 MHz for å observere RWM ved 9,996 MHz, skal det tilpassede spornavnet ("Custom Track Name") stå "W8EDU_R_9995kHz_". Denne instruksjonen er lagt til Eclipse Festival i juni 2021, og vises for øyeblikket ikke på skjermbildene nedenfor.

 

Merket boxen "System Date" og "System Time". Når du er ferdig, skal vinduet se slik ut:

 

Under "Quality," sett "Default Sample Format" til 16 bits. Sett "Default Sample Rate" til 8000 Hz.  

 

Gå til "Devices" i Preferences menyen øg sørg for at du spiller inn fra radioen din, ikke til datamaskinens mikrofon eller annen kilde. 

 

Når du er ferdig, klikker OK.

 

5) Angi opptaksinnstillinger og test.

Sett optaket til Mono (1 kanal) på nedtrekksmenyen midt på øverste vertkøylinje.

 

Forsikre deg om at prosjektfrekvensen er satt til 8000 Hz fra rullegardinmenyen nederst til venstre på skjermen.

 

Sett inn lydinngangen til lydkortet som er koblet til radioen. Enhetsnavnene vil variere. Du må kanskje eksperimentere for å forsikre deg om at kilden du refererer til er riktig.

 

Trykk på Record knappen ⬤; vil du se det første sporet starte opptaket, med riktig spornavn og tidsstempel. Hvis spornavnet er feil, kan du prøve å starte datamaskinen på nytt og spille inn på nytt.

Trykk på stop ⏹️, og trykk på record ⬤ igjen. Denne gangen skal du se et annet spor vises. Navnet på hvert spor tilsvarer starttiden.

 

Se "Diskplass igjen for opptak" nederst på skjermen og sørg for at du har nok plass. Du må stoppe og starte data annenhver dag i løpet av eksperimentet. Anslaget er kanskje ikke helt nøyaktig. Sjekk Audacitys dokumentasjon om opptakslengde her. 

 

6) Lagre prosjektet.

Stop ⏹️ opptaket før du fortsetter.

Lagre prosjektet (File > Save). Dette vil la datamaskinen huske innstillingene dine. Det kan hende du ser et vindu som spør om du vil lagre prosjektet, selv om det ikke er noe opptak i det: klikk OK.

 

7) Bekreft filer.

Lag en mappe for å lagre filene i henhold til følgende konvensjon: "<Callsign> _Eclipse_Dec2020". For eksempel: W8EDU_Eclipse_Dec2020. (Hvis du kjører datainnsamling på flere radioer samtidig, bruk bindestrekningsidentifikatoren beskrevet i trinn 3.)

 

Klikk på File > Export > Export Multiple. Velg mappen. Under "Name Files", merket "Using Label/Track Name".

 

Klikk på "Export." Du vil se en dialogboks som bekrefter at hvert spor er lagret i sin egen WAV-fil. (Merk: Hvis filene dine er for store til å eksporteres, kan du se FAQ nedenfor.) . 

Når dette er gjort, kan du slette testsporene dine ved å klikke på X øverst til venstre i sporet.

 

Når du åpner katalogen, bør du se artistdataene og albummetadataene. Bekreft at filnavnene dine er i riktig format: "W8EDU_R_9999kHz_2020-10-23_22-36-18.wav", for eksempel. 

 

Du bør registrere dataene dine på en stasjon som har minst 10 GB ledig plass. Hvis du bruker Windows, naviger til datakatalogen og aktiver komprimering: Properties -> General -> Advanced  -> Compress (Egenskaper -> Generelt -> Avansert -> Komprimer) innhold for å spare diskplass. (Se skjermbildet nedenfor).

 

 

8) Valgfritt: Kalibrer lydutgang

Vi er interessert i å samle amplitude data der det er mulig; du kan lese mer om det her. Hvis radioen har en automatisk forsterkningskontrollkrets (AGC) som kan deaktiveres, og en egen RF-forsterkningskontroll, kan du også samle amplitudedata. Det er ikke nok å bare slå av AGC; du må sette RF-forsterkningen til et passende nivå. Ellers vil lydnivået være nesten et konstant nivå uavhengig av signalstyrken, og dataene kan bli kompromittert. Når AGC er slått AV, må mottakerens RF-forsterkningskontroll stilles inn slik at lydnivået produserer målbare amplituder som aldri går i full skala, kutt eller begrenser. Dette vil kreve foreløpig testing for å sikre at maksimal signalstyrke ikke overstiger lydkortinngangen. Hvis radioen din ikke oppfyller disse kravene, kan du hoppe til trinn 9 nedenfor.

 

Her er metoden for å sette opp radioen:

• Med AGC aktivert, sett opp radioen til å produsere 1000 Hz-tonen i USB-modus ved å sette radioen 1 kHz under bærerfrekvensen (f.eks. 9999 MHz for en 10 MHz bærer).
• Still inn mottakerens volumkontroll for et behagelig lyttenivå ved hjelp av radioens normale høyttaler eller hodetelefoner. Det skal være høyt nok til å være over mottakerstøy uten signal, men ikke så mye at det forårsaker forvrengning.
• Still inn opptaksnivået i Audacity for å få omtrent 1/4 - 1/2 fullskala opptaksnivå, eller på nivået som etterlater omtrent 6 dB til 10 dB under full skala.
• Slå av AGC.
• Bruk RF-forsterkningskontrollen til å stille lydutgangen til samme nivå som når AGC er slått på.
• Lag et dagslangt opptak og undersøk posten. Hvis nivåene når full skala når som helst under opptak, må du redusere RF-forsterkningskontrollen og prøve på nytt. Du trenger nok RF-forsterkning for å få målbare signalnivåer selv under den svakeste delen av dagen, men ikke så mye at amplituden til den sterkeste delen av dagen er mettet i full skala.
• Når RF-forsterkningen er satt, må den ikke endres mens du registrerer formørkelsesdata.
• Når du sender inn dataene, laster du opp et dokument som sier at du har utført denne prosedyren.

9) Alt klart!

Du er klar! Hvis du når som helst trenger å starte datainnsamlingen igjen, trykker du på stoppopptaksknappen og gjentar trinn 7 ovenfor.

Når du er klar, bør oppsettet ditt se slik ut:

Analyzer dataene dine

Du kan plotte dataene dine over tid for å se geofysiske trender. Hvis du mottar et klart signal, bør soloppgangen vises dydelig i frekvensdatene dine.

Du vil se variasjon fra dag til dag. Hvis du plotter data over lang tid, vil du se morgenskiftet endres med lengden på dagen.

En god måte å kontrollere troverdigheten til dataene dine: Be nære venner om å ta data på de samme frekvensene. Dette vil bidra til å skille lokal støy i miljøet ditt fra geofysiske signaler. I plottet nedenfor er alle stasjonene innen 5 km fra hverandre, og de tre stasjonene på toppen har alle GPSDO-er. (Bildekreditt: Wim PA0SLT)

Du vil også se mye regional variasjon. Her er en oversikt over data tatt under den opprinnelige WWV Centennial Festival of Frequency Measurement. Du kan lese om analysen av dataene her.

Ofte stilte spørsmål (FAQ)

French translation of https://hamsci.org/december-2021-eclipse-festival-frequency-measurement

Appel à toutes les stations: rejoignez-nous pour
Le Festival de l'éclipse antarctique de décembre 2021

du 01 décembre 2021 00:00 au 10 décembre 2021 23:59 UTC

Introduction

Informations de contact:

Kristina Collins: [email protected]

Questions de recherche

• Comment les chemins de propagation des stations de signaux horaires par ondes courtes varient-ils au cours d'une journée civile?
• Quelles propriétés de l'ionosphère pouvons-nous mesurer en observant la variation de ces chemins de propagation d'ondes radios décamétriques (HF)?
• Quel effet aura l'éclipse annulaire sur ces chemins de propagation?
• Comment se comparent les différentes techniques de mesure pour comprendre la variation de chemin?
• Y a-t-il un intérêt volontaire à collecter des données dans les régions proches de la totalité pour cette éclipse?

Objectifs

• Promouvoir la bonne volonté internationale en travaillant avec des scientifiques citoyens du monde entier
• Mesurer les décalages Doppler causés par les effets de la météorologie de l'espace sur l'ionosphère.

Horaires

• Début pour l'enregistrement des données : le mercredi 01 décembre 2021 à 00:00 UTC
• Fin pour l'enregistrement des données : le vendredi 10 décembre 2021 à  23:59 UTC

Veuillez commencer les mesures avant l'heure de début de la journée et les terminer après l'heure de fin, si possible.

Comment participer

1) Inscrivez-vous sur la liste de diffusion du Festival de l'Eclipse : https://groups.google.com/g/eclipse-festival

2) Collectez des données selon les instructions sur cette page : hamsci.org/doppler-instructions-fr

3)Soumettez vos données ici : https://cwru.app.box.com/f/3300f6a225af40a4b70f653583c9e361

Plus d'informations sur le projet HamSCI :https://hamsci.org/about-hamsci-fr

French translation of https://hamsci.org/june-2021-eclipse-festival-frequency-measurement

Appel à toutes les stations: rejoignez-nous pour
Le Festival de l'éclipse arctique de juin 2021

du 07 juin 2021 00:00 au 12 juin 2021 23:59 UTC

Introduction

Informations de contact:

Kristina Collins: [email protected]

Questions de recherche

• Cette éclipse traverse l'ovale auroral. Lors de l'observation du décalage Doppler, quels effets combinés observons-nous à partir de l'aurore et de l'éclipse?
• Quelles propriétés de l'ionosphère pouvons-nous mesurer en observant la variation de ces chemins de propagation d'ondes radios décamétriques (HF)?
• Quel effet aura l'éclipse annulaire sur ces chemins de propagation?
• Comment se comparent les différentes techniques de mesure pour comprendre la variation de chemin?
• Y a-t-il un intérêt volontaire à collecter des données dans les régions proches de la totalité pour cette éclipse?
• Affiner les procédures expérimentales pour les futures expériences d'éclipse
• Développer le traitement numérique du signal pour la station russe de signaux horaires RWM

Objectifs

• Promouvoir la bonne volonté internationale en travaillant avec des scientifiques citoyens du monde entier
• Mesurer les décalages Doppler causés par les effets de la météorologie de l'espace sur l'ionosphère.

Horaires

• Début pour l'enregistrement des données : le lundi 07 juin 2021 à 00:00 UTC
• Fin pour l'enregistrement des données : le samedi 12 juin 2021 à  23:59 UTC

Veuillez commencer les mesures avant l'heure de début de la journée et les terminer après l'heure de fin, si possible.

Balises

La principale balise de cette expérience sera la station de signaux horaires russe RWM sur 9.996 MHz. Si vous ne parvenez pas à la recevoir sur votre station de réception radio, veuillez essayer la station américaine WWV sur la fréquence de 10,000 MHz ou une autre station de cette liste. Faites des essais avec votre radio pour voir quelles stations sont les plus faciles à recevoir.

Comment participer

1) Inscrivez-vous sur la liste de diffusion du Festival de l'Eclipse : https://groups.google.com/g/eclipse-festival

2) Collectez des données selon les instructions sur cette page : hamsci.org/doppler-instructions-fr

ATTENTION : Utilisez les instructions sur la collecte de données audio avec le logiciel Audacity, et pas avec le logiciel fldigi.

Si vous avez collecté des données pour le festival Eclipse de décembre 2020, la procédure est très similaire, sauf que la fréquence de l'oscillateur local doit être incluse dans le nom de fichier.

3)Soumettez vos données ici : https://cwru.app.box.com/f/4c75fe21d8f744d980b61916704abd1f

Plus d'informations sur le projet HamSCI :https://hamsci.org/about-hamsci-fr

Essai

Il y aura une session pratique facultative le 30 mai pour sélectionner une ou plusieurs stations balises pour l'expérience. Pour participer, veuillez écouter RWM (4,996 MHz, 9,996 MHz) et WWV (5 MHz, 10 MHz) sur votre radio et remplir le sondage ci-dessous. Il est préférable d'enregistrer à peu près à la même heure de la journée que l'éclipse (8 h UTC). Si possible, faites un court enregistrement avec Audacity et téléchargez-le ici.

French translation of https://hamsci.org/doppler-instructions

Décalage de fréquence d’une onde par effet Doppler-Fizeau

Les signaux radio offrent une fenêtre sur la couche atmosphérique changeante de l'ionosphère. Les divers signaux de la station de signaux horaires américaine WWV, réfléchis par l'ionosphère, subissent des changements de longueur de trajet à mesure que le profil de densité électronique ionosphérique change. Il en résulte des changements de la fréquence des signaux radio qui est observée aux points de réception. Ceux-ci sont semblables à la montée et à la baisse de niveau d'un sifflet de train qui passe.

Les signaux de la station de radio américaine WWV se reflètent sur l'ionosphère dans cette illustration. La météorologie de l'espace affecte la distance parcourue par un signal avant de changer de direction, et la station réceptrice le détecte comme un changement de fréquence du signal.

La comparaison du signal radio reçu avec un étalon de fréquence local de précision, tel qu'un oscillateur asservi par GPS, permet à un utilisateur de mesurer ces décalages de fréquence induits par l'ionosphère. Cette mesure est préparée et enregistrée avec un logiciel libre (open source). De nombreux ensembles de données enregistrés simultanément à partir de plusieurs emplacements offrent des informations - lorsque ces ensembles de données sont examinés à la fois individuellement et collectivement - sur l'ionosphère au moment où les données sont prises. Ces informations comprennent les mouvements des perturbations ionosphériques en déplacement et d'autres phénomènes importants à différentes échelles.

Vous pouvez en savoir plus sur le fonctionnement de ces mesures ici.

Collecter des données de l'effet Doppler-Fizeau depuis votre station de réception radio

Il existe deux façons de collecter des données de l'effet Doppler-Fizeau à partir de votre position géographique (QTH). La première consiste à collecter des données au format tableur .CSV à l'aide d'un programme d'analyse de fréquence - c'est le mieux pour la collecte de données à long terme. L'autre consiste à collecter des fichiers audio, ce qui n'est recommandé que pour des expériences à court terme telles que les festivals d'éclipse.

Vous aurez besoin de:

•  Un recepteur radio décamétrique (HF) et une antenne capables de recevoir les signaux de stations radio de signaux horaires
•  Un ordinateur
•  Une interface informatique de type carte son, comme celle-ci, pour connecter votre ordinateur à votre récepteur radio. ( Comment vérifier que votre carte son (adaptateur audio) stéréo externe en USB est adapté à la radio ?)
•  Un oscillateur asservi par GPS (GPSDO), comme celui-ci, pour assurer la précision de vos mesures

 La méthode de connexion du GPSDO à votre récepteur radio dépendra du type de radio dont vous disposez.

Il est possible de collecter des données sans GPSDO, mais vos mesures seront bien meilleures en utilisant un. Bien que vous puissiez voir les tendances dans vos données, vous ne serez pas en mesure de faire une estimation quantitative de la hauteur de la couche. Comme le montre ce graphique de Steve Cerwin WA5FRF, une petite erreur dans la fréquence de votre oscillateur local se traduit par une grande erreur au fil du temps lors de l'estimation de la hauteur de la couche:

Sélection d'une fréquence de balise

Vous voudrez enregistrer une fréquence de balise qui peut être entendue à partir de votre station de réception (récepteur radio). Les exemples sur cette page utilisent la fréquence radio avec un signal horaire de référence à 10 MHz. Vous pouvez trouver une liste des stations de signaux horaires de référence ici.

Stations de signal horaire radio dans le monde avec des transmissions à ondes courtes que vous pouvez utiliser pour les mesures de fréquences pendant le festival de l'Eclipse (Eclipse Festival of Frequency Measurement) :

Afrique :
Aucune station avec des transmissions en ondes courtes.
Pays africains de l'hémisphère nord: utiliser RWM en Russie
Pays africains de l'hémisphère sud: essayez de recevoir l'une des stations de signal horaire d'Amérique du Sud, Sinon, utilisez RWM en Russie

Asie :
* BPM, Chine, Shaanxi, Pucheng (Chine centrale)
2.50 MHz, 5.0 MHz, 10 MHz, 15 MHz (puissance en kW inconnue pour chaque fréquence)

* HLA, Corée du Sud, Daejeon
5.0 MHz (2 kW)

Europe :
* RWM, Russie, Moscou, Taldom (est de l'Europe)
4.996 MHz (10kW), 9.996 MHz (10kW), 14.996 MHz (10kW)

Amérique du nord :
* WWV, États-Unis, Colorado, près de Fort Collins (centre des États-Unis d'Amérique)
2.50 MHz (2.5 kW), 5.0 MHz (10 kW), 10.0 MHz (10 kW), 15.0 MHz (10 kW), 20 MHz (2,5kW), 25 MHz (2,5kW)

* CHU, Canada, Ontario, Ottawa (dans le sud-est du Canada)
3.33 MHz (3 kW), 7.85 MHz (10 kW), 14.67 MHz (3kW)

Océanie :
Aucune station avec des transmissions en ondes courtes.
Utilisez WWVH à Hawaï ou BPM en Chine

Océan Pacifique
* WWVH, États-Unis, Hawaï, Kekaha (au centre de l'océan Pacifique nord)
2.50 MHz (5 kW), 5.0 MHz (10 kW), 10.0 MHz (10 kW), 15.0 MHz (10 kW)

Amérique du sud
* LOL, Argentine, Buenos Aires
10 MHz (2 kW)

* PPE, Brésil, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro
10.0 MHz (1 kW)

* YVTO, Vénézuéla, Caracas
5.0 MHz (1 kW)

Recommandations pour choisir la meilleure station de radio

1) Utilisez l'émetteur le plus proche sur votre continent
2) utilisez la fréquence avec le plus de puissance (en kW) si vous le pouvez
3) pour choisir la fréquence de réception, essayez:

Pour les radiocommunications continentales et nationales, nous pouvons résumer
- la nuit: bandes de 3 MHz à 9 MHz,
- de jour: bandes de 5 MHz à 16 MHz.

Pour les radiocommunications régionales et départementales, nous pouvons résumer
- la nuit: bande 0,3 MHz à 5 MHz en Europe, bande 2 MHz à 6 MHz sous les tropiques,
- de jour: bande 0,3 MHz à 8 MHz en Europe, bande 4 MHz à 12 MHz sous les tropiques.

Informations plus détaillées par bande de fréquence : voir "Propagation en fonction de la fréquence" dans l'article Propagation en haute fréquence sur Wikipedia.

Méthode numéro 1: collecte de données au format tableur .CSV avec le logiciel fldigi

Nous vous demandons d'utiliser spécifiquement le logiciel libre (open-source) fldigi-4.1.13 ou une version ultérieure. Son mode «analyse de fréquence (frequency analysis)» génère quotidiennement des fichiers d'écarts/déviations de fréquence, qui sont automatiquement nommés «analysis_ (date) .csv». Ceux-ci seront créés dans le répertoire /fldigi/temp /, ou .fldigi/temp/, ou quelque chose d'équivalent. Vous devez utiliser une version récente de fldigi, sinon vos données seront écrasées.

• Téléchargez fldigi (ou sur sourceforge), installez-le, vérifiez qu'il fonctionne correctement. Trouvez le module «analyse de fréquence (frequency analysis)» dans le menu déroulant «mode op (op mode)».
• Réglez votre récepteur radio (en mode modulation d'amplitude (AM)) sur la fréquence de 10 MHz d'une station de signaux horaires et déterminez ce que vous pouvez facilement mesurer.
• Réglez le mode de votre récepteur radio sur USB ou BLS (bande latérale supérieure) et syntonisez une fréquence de 1 kHz en dessous de la porteuse. Pour 10 MHz, réglez sur 9,999 MHz (9999 000 kHz - voir l'image) et écoutez la tonalité de 1000 Hz.  
• Dans fldigi, assurez-vous que la fréquence syntonisée dans le coin supérieur gauche est la même que la fréquence de votre récepteur radio. Pour la changer, cliquez sur la moitié supérieure d'un chiffre pour l'augmenter ou sur la moitié inférieure pour le diminuer.
• Recherchez la ligne 1000 Hz sur la cascade (waterfall) de fldigi. Cliquez à cet endroit pour mettre le curseur ou utilisez la case de fréquence de décalage en bas de l'écran de fldigi. Vous devez définir le nombre dans la case en bas de l'écran à exactement la valeur de 1000. (Si fldigi ne prend pas cette entrée correctement, essayez de démarrer l'enregistrement puis de régler sur 1000.)
• Dans fldigi, sélectionnez le menu "Mode Op (Op Mode)" et sélectionnez le mode "Analyse de Freq (Freq Analysis)".
• Recherchez «écriture de fichier CSV (writing CSV file)» sur la ligne inférieure de fldigi, vers la gauche. Si vous avez un signal propre et ne voyez qu'une seule porteuse, vous devriez voir une belle intrigue à la fin de la journée. Si vous voyez plusieurs porteuses, des informations Doppler plus détaillées peuvent être nécessaires.
• Maintenant, laissez fldigi tranquille. Lors de la collecte de données, laissez votre radio tranquille et assurez-vous que votre ordinateur n'est pas éteint par une mise à jour automatique.
• À la fin de votre période d'enregistrement, fermez fldigi. Le fichier "analysis.csv" doit se trouver dans votre répertoire /fldigi/temp/. Alternativement, ils peuvent être sous "/fldigi.files/analysis". Sous MacOS, ils se trouvent dans le répertoire caché ~/.fldigi/analysis - pour les trouver, vous devez afficher les fichiers en utilisant CMD + SHIFT + . dans Finder. À la fin de la période de collecte des données, vous devriez avoir un fichiers analysis-*.csv pour chaque jour d'enregistrement des données. Veuillez renommer ces fichiers en ajoutant votre nom ou indicatif d'appel: par exemple, analysis_200620 - W8EDU.csv. Ne modifiez pas le contenu des fichiers.

Méthode numéro 2: collecte de données au format audio avec le logiciel Audacity

Remarque: Cette méthode est pour la collecte de données à court terme, comme pendant les festivals d'éclipse. Pour la collecte de données à long terme, nous vous recommandons d'utiliser le logiciel fldigi suivant la procédure décrite ci-dessus.

1) Connectez votre récepteur radio à la carte son de votre ordinateur.
Si vous contrôlez votre récepteur radio via les logiciels fldigi ou flrig, vous devez déjà savoir le faire. Les instructions varient selon les récepteurs radio. Si vous avez besoin d'une carte son USB, nous vous recommandons celle-ci: https://www.amazon.fr/gp/product/B00IRVQ0F8/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title_o03_s00

2) Téléchargez Audacity.
Audacity est un logiciel libre (open source) réputé pour l'enregistrement audio. Vous pouvez le télécharger ici: https://www.audacityteam.org/download/
Si vous l'utilisez dans une langue autre que l'anglais, vous pouvez la choisir en utilisant le menu Edit > Preferences > Interface (dans le panneau gauche de la nouvelle fenêtre) > dans la section "Display", pour le champ "Language", sélectionnez "Français" dans la liste déroulante à la place de "English".

3) Configurez les métadonnées Audacity.
Téléchargez ce modèle XML et notez le répertoire dans lequel le téléchargement dépose le fichier: EclipseTags.xml
Sous le menu "Edition > Métadonnées..." (en anglais menu "Edit>Metadata..."), cliquez sur le bouton "Charger" et sélectionnez le fichier puis cliquez sur le bouton "Ouvrir", puis modifiez-le pour l'adapter à votre station. (Vous pouvez également ajouter des métadonnées manuellement en utilisant la liste ci-dessous.)

Dans Audacity, aller dans Modifier> Métadonnées (Edit>Metadata) et remplissez les champs de métadonnées suivants:

ATTENTION : NE PAS MODIFIER LES TEXTES DE LA COLONNE "BALISE" AFIN DE PERMETTRE LE TRAITEMENT AUTOMATISE DES DONNEES PAR LA SUITE

• Pour le champ Artist Name (Nom de l'artiste), mettez votre indicatif radio. (Si vous êtes un auditeur d'ondes courtes et non un amateur, veuillez utiliser votre nom ou votre indicatif SWL.)
• Pour le champ Album Title (Titre de l'album), indiquez le nom de l'événement en anglais, par exemple "June 2021 Eclipse" pour l'"Eclipse de juin 2021".
• Pour le champ Year (Année), mettre 2021 ou l'année en cours.
• Pour le champ Genre, mettez votre modèle de récepteur radio.

Ajoutez et remplissez les champs de métadonnées suivants en anglais.

• Email Address (Adresse de courriel)
• Rig (Plate-forme) : nom de la marque et du modèle de récepteur radio
• Antenna (Antenne) : nom du type en anglais, (voir liste de nom de différentes antennes en anglais ici : https://en.wikipedia.org/wiki/Antenna_types )
• Sound Card (Carte son) : nom de la marque et du modèle de carte son
• Frequency (en Mhz) (Fréquence)
• AGC (Controle automatique de gain (CAG)) (ON (activé) ou OFF (désactivé))
• Latitude (veuillez utiliser des décimales, pas des minutes et des secondes!) (vous pouvez utilisez ce site  https://www.coordonnees-gps.fr/ et zoomer jusqu'à votre localisation, puis noter la valeur de la latitude dans la partie "DD (degrés décimaux)")
• Longitude (veuillez utiliser des décimales, pas des minutes et des secondes!) (vous pouvez utilisez ce site  https://www.coordonnees-gps.fr/ et zoomer jusqu'à votre localisation, puis noter la valeur de la longitude dans la partie "DD (degrés décimaux)")
• Elevation (en mètres) (Altitude)
• Time zone (Fuseau horaire (exemple de format: UTC-05: 00)) (Pour trouver le fuseau horaire correspondant à votre localisation, vous pouvez utiliser ce site Internet puis zoomer sur la carte : https://24timezones.com/carte-fuseaux-horaires ou celui-ci puis sélectionnez votre continent puis pays : https://www.horlogeparlante.com/ )
• Grid Square (Position sur la grille géographique) (vous pouvez utilisez le site suivant qui vous donnera votre position sur la carte : https://dxcluster.ha8tks.hu/hamgeocoding/ )
• Country (Pays) : mettre le nom du pays en anglais, (voir liste de correspondances entre le nom en anglais et en français de l'ensembles de pays ici : https://wallstreetenglish.fr/fiches-anglais/voyage/liste-pays-monde-en-anglais )

IMPORTANT: Si vous avez plusieurs récepteurs radios qui collectent des données simultanément sous un seul indicatif, ajoutez un trait d'union et un numéro de station pour chaque station dans tous les cas ailleurs où  vous allez devoir utiliser aussi l'indicatif. Par exemple, si la station W8EDU effectue la collecte de données simultanément sur un récepteur radio Flex et un récepteur radio Icom, ces données doivent être étiquetées l'une comme W8EDU-1 et l'autre comme W8EDU-2. Veuillez inclure un commentaire dans les métadonnées de chaque station expliquant que l'opérateur a recueilli des données à partir de plusieurs stations et assurez-vous que les métadonnées sont correctes et complètes. Cela rendra beaucoup plus facile le tri des données de l'expérience scientifique pendant la phase d'analyse.

Appuyez sur le bouton "Sauvegarder" puis le bouton "Enregistrer" et enregistrez le fichier XML, puis appuyez sur le bouton "Réglages par défaut".
Cochez la case "Ne plus montrer cet avertissement pendant un export audio", puis cliquez sur "Valider".
   

4) Paramétrage des préférences d'enregistrement.
Ouvrez l'onglet Enregistrement dans le menu Préférences (menu Edition> Préférences... > Enregistrement (dans le panneau gauche)). Dans la section "Options", décochez l'option "Doublage : Lire les autres pistes pendant l'enregistrement d'une nouvelle (overclub)" et cochez "Enregistrer sur une nouvelle piste" et "Détecter les désynchronisations".
Dans la section "Nommer les pistes nouvellement enregistrées", cochez l'option "Nom de la piste personnalisé", entrez votre indicatif dans le champ en face de ""Nom de la piste personnalisé"", puis un seul trait de soulignement, puis la lettre correspondant à votre fuseau horaire dans cette liste: [https://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_des_zones_horaires_militaires]
Par exemple, la station W8EDU est en heure normale de l'Est américain (EST - Eastern Standard Time) (UTC - 05:00), ce qui correspond à la lettre R, donc la valeur correcte dans le champ "Nom de la piste personnalisé" commencera avec "W8EDU_R_". (Si vous êtes dans un fuseau horaire fractionnaire, utilisez la lettre J; cela marquera votre jeu de données pour un traitement manuel en fonction de votre emplacement.)

Ajoutez la fréquence de l'oscillateur local de votre récepteur radio. Par exemple, si la station de réception W8EDU est réglé sur la fréquence 9,999 MHz pour écouter la station de signaux horaires américaine WWV à 10 MHz , le champ de nom de piste personnalisé doit indiquer "W8EDU_R_9999kHz_". Si la station de réception W8EDU est réglé sur 9,995 MHz pour écouter la station de signaux horaires russe RWM à 9,996 MHz, le champ de nom de piste personnalisé doit indiquer "W8EDU_R_9995kHz_". Cette instruction a été ajoutée pour le festival de l'Eclipse de juin 2021 et n'apparaît pas actuellement dans les captures d'écran ci-dessous. 

Assurez-vous que les cases "Date système" et "Heure système" sont également cochées. Lorsque vous avez terminé, la fenêtre devrait ressembler à ceci:

Sous "Qualité" dans le panneau gauche, définissez "Format d'échantillonnage par défaut" sur 16 bits. Réglez "fréquence d'échantillonnage par défaut" à 8000 Hz (sauf si votre récepteur requiert une fréquence plus élevée, comme décrit à l'étape 2 ci-dessus).
 
Allez dans "Périphériques" dans le menu Préférences et assurez-vous que vous enregistrez à partir de votre récepteur radio, par opposition au microphone de votre ordinateur ou d'une autre source.
 
Une fois terminé, cliquez sur OK.

5) Définissez les paramètres d'enregistrement et effectuez un test d'enregistrement.
Réglez votre enregistrement sur Mono (1 canal) dans le menu déroulant au milieu de la barre d'outils supérieure.
 
Assurez-vous que la fréquence de votre projet est réglée sur 8000 Hz dans le menu déroulant dans le coin inférieur gauche de l'écran.
 
Réglez votre entrée audio sur la carte son connectée à votre récepteur radio. Les noms des appareils varieront. Vous devrez peut-être faire des essais pour vous assurer que la source à partir de laquelle vous enregistrez est la bonne.
 
Appuyez sur le bouton d'enregistrement ⬤; vous devriez voir la première piste commencer l'enregistrement, avec le nom de piste et l'horodatage corrects. Si le nom de la piste n'est pas correct, essayez de redémarrer votre ordinateur et d'enregistrer à nouveau.
Appuyez sur stop ⏹️, puis enregistrez ⬤ à nouveau. Cette fois, vous devriez voir apparaître une deuxième piste. Le nom de chaque piste correspondra à son heure de début.

Notez l'"Espace disque restant pour l'enregistrement" en bas de votre écran. Une semaine d'enregistrement dure 168 heures, vous devrez donc peut-être suspendre et redémarrer la collecte de données pendant l'expérience. L'estimation peut également ne pas être entièrement exacte. Consultez la documentation d'Audacity sur la durée d'enregistrement ici.

6) Enregistrez le projet.
Assurez-vous d'arrêter ⏹️ l'enregistrement avant de continuer.
Enregistrez le projet (Fich1ier> Enregistrer). Cela permettra à l'ordinateur de conserver vos paramètres. Vous pouvez voir une fenêtre vous demandant si vous souhaitez enregistrer le projet même s'il ne contient aucune piste: cliquez sur OK.

7) Assurez-vous que vos fichiers WAV sont correctement enregistrés.
Créez un répertoire dans lequel enregistrer vos fichiers selon la convention suivante: "<Indicatif>_Eclipse_Dec2020". Par exemple: W8EDU_Eclipse_Dec2020. (Si vous exécutez la collecte de données simultanément sur plusieurs rcepteurs radios, utilisez l'indincatif avec trait d'union décrit à l'étape 3.)
 
Allez dans le menu "Fichier> Exporter> Export multiple...". Sélectionnez le répertoire dans lequel vous souhaitez enregistrer vos fichiers. Sous "Renommer le fichier", assurez-vous que l'option "Selon le marqueur ou le nom de la piste" est sélectionnée.
 
Cliquez sur "Exporter". Vous devriez avoir une boîte de dialogue confirmant que chaque piste a été enregistrée dans son propre fichier WAV. (Remarque: si vos fichiers sont trop volumineux pour être exportés, consultez la FAQ ci-dessous.)

Lorsque cela est fait, vous pouvez supprimer vos pistes de test en cliquant sur le X dans le coin supérieur gauche de la piste.
 

Lorsque vous ouvrez le répertoire, vous devriez voir les métadonnées de l'artiste et de l'album. Confirmez que vos noms de fichiers sont au format correct: "W8EDU_R_9.999MHz_2020-10-23_22-36-18.wav"., Par exemple.
 
Vous devriez enregistrer vos données sur un lecteur disposant d'au moins 10 Go d'espace libre. Si vous exécutez MS Windows, allez dans votre répertoire de données et activez la compression: Propriétés -> Général -> Avancé -> Compresser le contenu pour économiser de l'espace disque. (Voir la capture d'écran ci-dessous).

8) Facultatif: étalonnez la sortie audio pour l'enregistrement de fichier .WAV
Nous sommes intéressés à collecter des données d'amplitude lorsque cela est possible; vous pouvez en savoir plus ici. Si votre radio dispose d'un circuit de contrôle automatique de gain (AGC ou CAG) qui peut être désactivé et d'un contrôle de gain RF séparé, vous pouvez aussi collecter des données d'amplitude. Cependant, il ne suffit pas d'éteindre l'AGC ou CAG; vous devez régler le gain RF à un niveau approprié. Sinon, le niveau audio sera presque constant quelle que soit la force du signal, et les données pourraient être compromises. Une fois que l'AGC ou CAG est désactivé, la commande de gain RF du récepteur doit être réglée de sorte que le niveau audio donne des amplitudes mesurables qui ne vont jamais au maximum de l'échelle (ou à pleine échelle/niveau maximum), s'écrêtent ou se limitent. Cela nécessitera des tests préliminaires pour être sûr que la force maximale du signal ne saturera pas l'entrée de la carte son. Si votre récepteur radio ne répond pas à ces exigences, passez à l'étape 9 ci-dessous.

Voici une méthode pour configurer le récepteur:

• Avec l'AGC ou CAG activé, configurez le récepteur radio pour produire la tonalité de 1000 Hz en mode USB en réglant le récepteur radio à 1 kHz en dessous de la fréquence porteuse (par exemple, 9,999 MHz pour une porteuse de 10 MHz).
• Réglez la commande de volume du récepteur pour un niveau d’écoute confortable à l’aide du haut-parleur normal ou des écouteurs de la radio. Il doit être suffisamment fort pour être au-dessus du bruit du récepteur sans signal, mais pas au point de provoquer une distorsion.
• Réglez le niveau d'enregistrement dans Audacity pour obtenir un niveau d'enregistrement à environ 1/4-1/2 de la pleine échelle (niveau maximum), ou à un niveau qui laisse environ 6 dB à 10 dB de marge sous la pleine échelle.
• Désactivez l'AGC ou CAG du récepteur radio.
• Utilisez la commande de gain RF pour régler la sortie audio au même niveau qu'avec l'AGC ou CAG activé.
• Faites un enregistrement d'une journée et examinez l'enregistrement. Si les niveaux atteignent la pleine échelle à tout moment pendant l'enregistrement, réduisez la commande de gain RF et réessayez. L'idée est d'avoir un gain RF suffisant pour obtenir des niveaux de signal mesurables même pendant la partie de la journée où ils sont les plus faibles, mais pas au point que l'amplitude du signal atteint au moment de la journée où il est le plus fort ou il se stabilise à pleine échelle (niveau maximum).
• Une fois le gain RF est réglé, il ne doit pas être modifié pendant l'enregistrement des données lors de l'éclipse.

Lorsque vous soumettez votre collecte de données ci-dessous, assurez-vous de confirmer que vous avez bien exécuté cette procédure.

9) Tout est prêt!
Vous devriez maintenant être prêt à collecter des données! Si vous devez redémarrer la collecte de données à tout moment, appuyez sur le bouton Arrêter l'enregistrement et répétez l'étape 7 ci-dessus.
Une fois que vous êtes prêt, votre configuration devrait ressembler à ceci:

Analysez vos données

Vous pouvez faire le tracé de vos données au fil du temps pour voir les tendances géophysiques. Si vous recevez un signal clair, le lever du soleil devrait apparaître clairement dans vos données de fréquence.

Vous verrez des variations au jour le jour. Si vous faites le tracé des données sur une longue période, vous verrez le décalage de la pointe du matin avec l'évolution de la durée de la journée.

Un bon moyen de vérifier la fidélité de vos données: recrutez des amis à proximité de votre domicile ou site pour prendre des données sur les mêmes fréquences. Cela aidera à séparer le bruit local de votre environnement des signaux de nature géophysique. Dans le graphique ci-dessous, toutes les stations sont à moins de 5 km l'une de l'autre et les trois stations du haut ont toutes des GPSDO. (Crédit de l'image: Wim PA0SLT)

Vous verrez également beaucoup de variations régionales. Voici un graphique des données prises lors du premier "Festival of Frequency Measurement" (Festival de mesure de fréquence). Vous pouvez en savoir plus sur l'analyse des données ici.

Foire Aux Questions (FAQ) / Questions fréquemment posées

Q: Pour quel usage ces données seront-elles utilisées?
R: Ces données seront analysées par les membres de l'organisation HamSCI. Les données et les résultats seront rendus publics, comme nous l'avons fait pour le premier "Festival of Frequency Measurement" (Festival de mesure de fréquence).
 
Q: Si j'ai du mal à faire fonctionner la collecte de données, pouvez-vous m'aider?
R: Oui. Envoyez un courriel à [email protected] et nous vous aiderons à configurer votre récepteur radio.
 
Q: Puis-je utiliser un programme autre qu'Audacity pour effectuer mes mesures?
R: Oui, mais nous ne pouvons pas fournir d'assistance pour d'autres programmes. Cependant, nous aimons aussi Spectrum Lab.

Q: Comment puis-je vérifier les métadonnées de mes fichiers WAV?
R: La plupart des outils de métadonnées n'afficheront pas les champs non standard que nous avons ajoutés, mais vous pouvez utiliser mediainfo si vous souhaitez les voir. Il a également une belle interface en ligne de commande.
 
Q: Pouvez-vous toujours utiliser mes données si je ne peux pas enregistrer pendant toute la période?
R: Plus de données, c'est toujours mieux, mais si vous devez reprendre votre radio pour une partie de l'événement (par exemple, pour gérer un réseau de trafic) ou subir une interruption de données, alors nous sommes toujours intéressés par vos données. Assurez-vous simplement d'arrêter l'enregistrement avant de refaire le réglage en fréquence de votre récepteur radio. Et de revenir à 9,999 MHz avant de le redémarrer lorsque vous êtes prêt à reprendre la collecte de données et de nous laisser une note d'information lorsque vous la soumettrez.
 
Q: Accepterez-vous d'autres formats de données?
R: Oui, bien que nous ne puissions pas garantir que nous pourrons les utiliser.
 
Q: Je peux collecter des données pour l'expérience, mais ma connexion Internet est si lente que je ne pourrai pas vous les déposer sur le serveur. Puis-je les soumettre d'une autre manière?
R: Oui! Envoyez-moi un courriel à [email protected] et je vous enverrai une clé USB.

Q: Audacity m'indique que mon enregistrement est trop volumineux pour être exporté sous forme de fichier WAV. Pourquoi cela se produit-il et que puis-je faire ?
R: Les fichiers WAV sont limités à 4 Go parce que la taille du fichier est indiquée dans l'en-tête par un entier 32 bits non signé. Audacity vous donnera une autre chance d'exporter. Sélectionnez "Autres fichiers non compressés", puis sous "En-tête", sélectionnez "WAV (NIST/Sphere)". Cela utilisera un format d'en-tête différent, mais vos données doivent être les mêmes et peuvent être déposées sur le serveur tant qu'elles sont d'une taille inférieure à 32 Go.
 

Q: Je suis en mesure de configurer une station pour collecter des données sur le long terme. Cela vous intéresserait-il ?
R: Oui! Envoyez un courriel à [email protected] pour en discuter davantage.

This page is an archival copy of the GRAPE 1 PSWS page from the 2019-2022 era.  We suggest you visit the latest HamSCI PSWS pages for current information

The original Grape 1 WWV Doppler received was designed and components available between 2019 and late 2022.  It has since been superseded by a new version with greater frequency range and better performance.  See the Grape 1 page for complete details.

For complete information on how to build and operate the Grape V1.11, please refer to this paper: https://doi.org/10.1016/j.ohx.2022.e00289 

For information on how to access, visualize and interpret data collected by Grape V1.11 Doppler receivers, please refer to this preprint: https://doi.org/10.5194/essd-2022-303

The following is archival information:  This web page may be used by those who built the grape1 receivers who need help with details of construction and use of the Grape 1. In order to get an answer to a particular question, please email your question to Jim at [email protected] (at a later date we will have a question submission form on this page).  A good introduction may be downloaded at Intro Gen 1 Grape_Ver_1.1.pdf.  The presentation may be previewed below.  We encourage you to download this and read it now.  Then see below for the lists of parts you will need.

Year 2022 Active Grape Stations

Getting Started

We want you to have a good time building and enjoying your Grape 1 receiver, and we need your valuable contributions to the project, but we also need to let you know of certain considerations when you are contemplating your build.

The Purpose

The receiver is a special-purpose receiver designed to record certain data you will measure from your location and submit to the HamSCI organization. This data will provide useful guidance for the scientists and engineers leading the project, and will help guide future stages of the project.

It has been said that the sound of progress is not “Eureka,” but rather is, “That’s funny; why did it do that?” Research is often a “messier” process than it is portrayed in books. When you start a research project, you don’t have all the answers to the questions you have posed – else why would you need to do research? This leads at times to going in a certain direction, only to find out that you hadn’t chosen the optimum direction for investigation, so you back out and partially redirect your efforts. You sometimes discover that the answers you want are available, but you need equipment that is more sensitive, has higher resolution, needs a better signal-to-noise ratio, or whatever. Or sometimes you discover that you were asking questions that were not quite the ones you should be asking in order to accomplish your goal. In this project, we benefit from a lot of previous research on the ionosphere, and we are plowing forward to get answers to remaining questions, such as how the ionosphere interacts with electromagnetic forces from outside of the earth (“space weather”).

What Is It?

Grape 1 is a step leading to the Grape 2, a more capable receiver, and eventually to the Tangerine SDR, a general purpose SDR with added capabilities that make it useful for this research. It will eventually be a modular SDR, with whatever capabilities prove useful. Grape is NOT a general purpose software defined receiver (SDR). It will not allow you to listen on the bands, because it is designed for specific data collection applications.

The Grape 1 is incomplete without a GPSDO (GPS Disciplined Oscillator) that can tune to the frequencies of 2.499, 4.999, and 9.999 MHz, each 1 kHz below a frequency used by radio stations WWV and WWVB, as well as several other time standard stations around the world. The Grape can also be used to tune to CHU, the Canadian standards stations. It needs a Raspberry PI processor with certain support circuits and special-purpose software, which software will be provided. Elsewhere on this web site you’ll find a list of what is needed.

The GPSDO acts as a very stable local oscillator (LO) for the receiver, with WWV (or another station on the same frequency, or CHU on its frequencies) as the carrier. The 1 kHz IF signal that results from mixing the LO and carrier is filtered and either recorded or further processed to yield a signal that contains propagation data of interest. For example, we can see in very small variations in the LO frequency, the effect of Doppler shift as the ionosphere goes up and down with the time of the day. Note that we cannot measure the ionospheres’s height, but only the change in height.

The part of the Grape 1 that must be assembled is the mixer and filter. The printed circuit board (PCB) you assemble supplies an analog audio signal for the Raspberry PI computer, which records the desired data and/or sends it to a server that acts as a repository for the data. It is then analyzed by project scientists to glean data needed to define certain reactions of the ionosphere.

The Mixer-Filter Board

The board that must be assembled uses very tiny surface mounted components in order to keep it small. The PCB itself is purchased from OSH Park, a custom PCB house, and the parts that go on it are purchased from Digikey or another component vendor. Other parts such as the Raspberry PI and sound interface can be purchased from Amazon or another vendor. You should know that the board, though small, is very dense and the components are VERY small. It is possible to assemble the PCB by hand, but it is somewhat tedious. Assembly requires patience and persistence. It is not a project for a beginner. You will need a good bit of soldering skill, and access to the right tools for working with surface mount components. These tools include a soldering iron with a very small tip, preferably temperature controlled, small diameter wire solder, a lighted magnifier or a low powered microscope, and several pair of tweezers.

Assembly directions are and will continue to be sparse and will assume prior experience and skill. There are no step-by-step assembly instructions. We have organized this help group to help guide you as you have questions. The members of the group are all volunteers with a good bit of experience, but we have never seen this project before either, because the whole project is new. You will be able to email your questions related to the assembly of the mixer/filter board, and using the completed project. We will answer you by email. Please allow a reasonable amount of time for an answer, as we are all volunteers ourselves, with the usual responsibilities and pressures, doing this as a labor of love. Unfortunately we are not able to diagnose problems with your PCB, and we are not able to repair PCBs that don’t work.

As we accumulate knowledge of the questions people have, we will assemble that knowledge into an FAQ section, which will be posted here, of course without any identifying information as to who raised the question.

Building the Board

First some hints for building the board, then the parts lists

 - Use a pair of tweezers to hold the parts, and don't squeeze them too much, as holding it tightly will just give the part more energy to fly off when (not if) it slips out of your tweezers.

 - The easiest way to solder parts on the PCB is to put solder on one pad then mount the part, soldering that lead first, followed by soldering other pins.

 - We found it helpful to do your assembly in a large cookie sheet with low sides; the parts have a way of escaping from your tweezers, and the cookie sheet prevented the loss of many a part.

 - You will need a very small tip on your soldering iron, and the soldering iron is preferably temperature controlled.  We used the Hakko FX888D-23BY Digital Soldering Station and we like the Hakko T18-BR02 tip, but other irons and tips are just as good.  Of course other places also sell these.  Keep the tip VERY clean.

 - The mixer IC can be put on the board two ways, the right way and the wrong way, rotated 180 degrees.  There is a small white circle on the PCB near pin 1.  The package may only identify the orientation by a slight slant on the edge of the package.  It should be oriented with the slant toward the outside of the PCB.  Looking from the top of the IC, the pin numbers progress counter-clockwise (clockwise if you look from the bottom of the IC), and pin 1 is on the side with the slant.

The following has already been made available to participants, but is presented here as a service for any new builders.

The parts list, with Digikey part numbers is below.  John, N8OBJ, was kind enough to prepare a list for you.  Of course you don't have to buy your parts from Digikey, just make sure that the parts have the same electrical and mechanical specifications.  We STRONGLY suggest purchasing extra parts, as they have a habit of jumping from your tweezers and sometimes never being seen again.

You will need some other things of course, and John has prepared a list of them too.

Schematic

PCB Top

PCB Bottom

Submit Data Here

Please upload your .CSV and (optionally) .PNG files here at your leisure. Real-time uploading is in development. 

Grape Datasets

Data can be found at www.doi.org/10.5281/zenodo.6622111. For visualization tools, please refer to https://essd.copernicus.org/preprints/essd-2022-303/.

We are still organizing our data storage systems, but here are some long-term datasets to consult. Please contact [email protected] if you would like to use these data in a publication. 

"Seedless Grape" de AC0G

Goal:  Contribute HamSCI WWV frequency deviation data without a Grape radio. 

 

HamSCI provides an RPi image customized for data collection, initial processing, and transmission to central repository.

A grapeless ham provides an antenna, radio, adequate frequency discipline, and radio control software with internet connection.

 

My version implemented as follows:

Antenna:  longwire

Computer: Pi400 using Grape RPi image with modified fldigi (prepared by John Gibbons)

Radio: RSPdx (RSPduo works, too.)

Frequency discipline: Leo Bodnar GPSDO

Radio controller software:  CubicSDR

Radio API: v3 from SDRPlay

 

Steps:

Follow Mr. Gibbons' instructions for configuring his RPi image and to register your setup with HamSCI as a recognized grape node.

Configure the GPSDO for the RSPdx and connect the two.

Install SDRPlay API (drivers) for the RSPdx.

Build CubicSDR and configure audio out to default audio device.

Configure fldigi to take audio input via pulseaudio and configure pulseaudio to monitor the CubicSDR output.

Configure fldigi frequency settings per Mr. Gibbons' instructions.

Configure CubicSDR to use RSPdx, USB and select the correct antenna port.

Tune the radio with CubicSDR per Mr. Gibbons’ specifications to analyze desired WWV station.

Adjust fldigi audio to baseline during day-time (i.e., at minimum ionospheric variability).

Start collecting and contributing data!

 

Here’s a typical plot:

You will notice a sawtooth pattern in the power tracing which captures the effect of periodic 0.2w local WSPR transmissions.

 

This page is under construction.

The concept of the HamSCI Radiosport League was developed during the HamSCI 2021 workshop. 

Projects to Date

Solar Eclipse QSO Party, Golden Ears Project, Festival of Frequency Measurement

Contesting for Science Guidelines

Calling all stations: Join us for
The December 2021 Antarctic Eclipse Festival

Introduction

Contact information:

Kristina Collins: [email protected]

Objectives

• Promote international goodwill by working with citizen scientists around the globe
• Develop and test new software for data recording and analysis
• Measure Doppler shifts caused by space weather's effects on the ionosphere

Research Questions

• What traveling ionospheric disturbances are produced by the eclipse, and can they be measured by citizen scientists?
• What conjugate effects are produced by the eclipse, and can they be measured by citizen scientists?

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Software Projects

If you would like to help test an existing project, look at the project list below and contact the lead for a project that looks interesting. Project leads are responsible for maintaining a list of software testers.

If you would like to develop a project, email [email protected] with the subject line "Eclipse Festival Software Project." Include the following information:

1. Project name
2. Names, callsigns, and ORCIDs of development team
3. Names, callsigns, and ORCIDs of testing team, if applicable
4. Brief description and current status
5. Project URL (i.e., a Github link)
6. Contact information for the project lead developer, for participants interested in helping with testing. 

Project List

A list of software projects will go here. 

SNASH (SNASH Nimbly Archives Sound Headers)

Project Description: A Fall 2021 senior project at CWRU to replace Audacity for metadata recording. 
Development Team: Zachary Kadish , Martin Bui, Daniel Warner, Shivvanandh Mohan
Testing Team: TBD
Current Status: In development; will be seeking testers shortly. 
Project URL: www.hamsci.org/snash

SDR Recording with GNU Radio

Project Description: A GNU Radio flowgraph for measuring Doppler with your SDR.
Development Team: Marcus Leech
Current Status: Available for use. (If you record I/Q data, please post it to Zenodo or upload it below in a zipped file with a text document describing your setup.)
Project URL: https://github.com/ccera-astro/wwv_doppler
Contact Information: https://chat.gnuradio.org/#/room/#wwv:gnuradio.org

Live Audio Carrier Detection with GNU Radio

Project Description: A GNU Radio flowgraph for measuring Doppler from audio using the PLL Detection function, as a flexible alternative to fldigi.
Developers and Testers: K0ZEL, KD8OXT, PE1MJA
Current Status: Testing existing code. Next steps: CSV logging, sideband detection. 
Project URL: https://zenodo.org/record/5725910
Contact Information: https://chat.gnuradio.org/#/room/#wwv:gnuradio.org

WWV/H Test Signal Analysis

Project Description: A special test signal is being transmitted on WWV/H to characterize the transmitters. The current version of the signal will run through January 30. 
Development Team: WWV/H Scientific Modulation Working Group
Current Status: Looking for ways to compare signal recordings (https://zenodo.org/record/5715673) to the ground truth (https://zenodo.org/record/5602094), and to develop citizen science experiments using the test recording.
Project URL: https://hamsci.org/wwv 
Contact Information: [email protected] or https://chat.gnuradio.org/#/room/#wwv:gnuradio.org

hamsci-202112-freqdata

Project Description: This repository contains a brief analysis result and the scripts (of shell, R, awk, etc.) used to obtain the frequency/amplitude data from the daily recorded output of Grape 1 (and any receiver applicable with 8kHz WAV file). I've been developing this set of scripts since the last year's December 2020 Festival. You need to specify the WAV filename, starting time (in UNIX/POSIX epoch), and pitch difference in ppm (which can be measured by how much *actual* time was spent for 86400*8000 samples of the WAV file (supposed to be one day if the recording timing has no error).
Development Team: Kenji Rikitake, JJ1BDX
Current Status: So far successfully made analysis of the data during 1 to 6 December 2021. The results are given in the own graphs and fldigi-compatible daily analysis data, as well as the text value files of frequency and amplitude information.
Project URL: https://github.com/jj1bdx/hamsci-202112-freqdata
Contact Information: Please use GitHub issues at https://github.com/jj1bdx/hamsci-202112-freqdata.

Software Tools

If you are interested in working on a software project, these tools will be of use to you:

GNU Radio

GNU Radio is a free, open-source platform for digital signal processing. It will be used in several of the software projects. 

Installation Guides: https://wiki.gnuradio.org/index.php/InstallingGR
Tutorials: https://wiki.gnuradio.org/index.php/Tutorials 
Chat Channels: chat.gnuradio.org
 

Zenodo

Zenodo is a FAIR Data repository which can be used to store referenceable files. Eclipse Festival participants are encouraged to submit datasets to Zenodo and include them in the HamSCI community page there, so that they may be easily listed and referenced later.

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Regular Data Collection

Times

• Data recording starts: 01 December 2021, 0000 UTC
• Data recording ends: 10 December 2021,  2359 UTC

How to Participate

1) Sign up on the Eclipse Festival mailing list: https://groups.google.com/g/eclipse-festival

2) Collect data according to the instructions on this page: hamsci.org/doppler-instructions

3) Upload your data to Zenodo or submit it via the link below.

4) Fill out the exit survey at the bottom of this page.

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Frequently Asked Questions

Why this shift in focus?
While previous Eclipse Festivals have focused on crowdsourced data collection, the goal is to move to a truly co-designed citizen science model. Also, themes are fun.

Can I still collect data using audio or fldigi as I have in the past?
Yes! Follow the instructions from previous events, and upload your data here. Make sure to follow the filename convention! Your data cannot be analyzed if it isn't possible to tell who took it and when. If you have an unusual data format or a folder containing notes, send a zipped folder with a text file describing your station. Also, consider posting your data or work to zenodo.org and submitting a text document linking to the DOI number. 

Can software projects continue beyond the duration of the Eclipse Festival?
Yes, althoiugh this page will be closed and the list of software projects compiled on January 30th.