Jahresrückblick 2015

Projekt „Optische Pulsarsuche“

Leider mußten wir bei den Eignungstests für unser Nebenprojekt „Optische Pulsarsuche“ feststellen, dass mit der Montierung unseres 60cm Hauptinstruments die erforderliche Genauigkeit im Bogensekundenbereich nicht realisierbar ist. Da es sich hierbei um ein KO-Kriterium handelt, werden wir das Projekt Optische Pulsarsuche auf unbestimmte Zeit pausieren.

 

Detektorverstärker für mobiles Radioteleskop

Das im Jahresrückblick 2013 angedachte mobile Radioteleskop nahm in diesem Jahr konkrete Formen an (Siehe auch Beitrag Fortschritte am mobilen Radioteleskop). Für die Verarbeitung des LNB-Signals wurde ein Detektorverstärker konzipiert, welcher neben der Speisung des LNBs für die Verarbeitung und Weiterleitung des Empfangssignals verantwortlich ist. Bis zur Sommerpause war bis auf eine HF-Subplatine so gut wie alles fertig gebaut.

Innenaufbau Detektorverstärker 1 ohne HF-Subplatine.

Innenaufbau Detektorverstärker 1 ohne HF-Subplatine.

 

Kooperation mit Hildesheimer Gesellschaft für Astronomie

Zum Jahresende wurden wir von einem Sternfreund der HiGA (Hildesheimer Gesellschaft für Astronomie) in Bezug auf unsere neue Steuersoftware  kontaktiert. Sehr schnell konnten wir feststellen, dass es für beide Seiten von Vorteil sein wird den Kontakt aufrecht zu erhalten und auszubauen. Denn es gibt einige Punkt in denen wir uns gegenseitig gut ergänzen und unterstützen können.
Als erstes Resultat  der Zusammenarbeit wurde die neue Steuersoftware um ein Plugin erweitert, welches die Nutzung des Radiometerbausatzes RAL10KIT des italienischen Anbieters RadioAstroLab (www.radioastrolab.com) ermöglicht.

Screendump microRAL-Plugin

Screendump microRAL-Plugin

 

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Jahresrückblick 2013

Im voraussichtlich letzten Blogartikel (des Jahres 2013) blicken wir noch einmal zurück auf den Werdegang des Radioteleskop-Projekts im Jahr 2013.

Neubeginn und Zielstellung

Die Auswertung der bisherigen Ergebnisse hatte uns gezeigt, daß die bisher erreichte Genauigkeit für anspruchsvolle und wiederholbare Messungen nicht ausreicht. Da die vorhandene Konstruktion prinzipbedingte Mängel aufweist die nur schwer zu beheben sind, haben wir uns entschieden noch einmal von vorn zu beginnen und die Teleskophardware komplett neu zu konstruieren. Wir haben uns das Ziel gesetzt eine Positioniergenauigkeit von 0,1 Grad zu erreichen. Auch für die Steuerungssoftware wurde die Latte sprichwörtlich höhergelegt. Die Zahl der Messungen pro Sekunde wurde von 10 auf mindestens 8000 erhöht.

Variante „Kettengetriebe“

Der erste Ansatz für einen Antrieb der Teleskopachsen war die Kraftübertragung per Kettenantrieb. Anfängliche Unklarheiten inwieweit ein Kettenantrieb mit der geforderten Positioniergenauigkeit von 0,1 Grad vereinbar ist, wurden nach ausgiebigen Berechnungen durch Sternfreund Martin geklärt. Die Genauigkeit kann erreicht werden, wenn man für die Kettenräder eine Mindestzahnzahl einhält und das Übersetzungsverhältnis einen bestimmten Wert nicht übersteigt.
Die Kettenantrieb-Variante wurde nach ausgiebigen Erörterungen zurückgestellt, da nicht geklärt werden konnte wie die Kettenspannung in einem großen Temperaturbereich aufrecht erhalten werden kann ohne Einbuße bei der Positionier-genauigkeit hinnehmen zu müssen.

Testaufbau-Kettenantrieb

Windkraftberechnungen

Neben der Auswahl der geeigneten Antriebstechnik mußte auch geklärt werden, mit welchen Windlasten die neue Antennenanlage klarkommt. Neben der Belastung im Meßbetrieb unter normalen Windbedingungen müssen auch extreme Belastungen bei orkanartigen Windböen einkalkuliert werden. Hier hat wieder Sternfreund Martin mit seinen Berechnungen aufgezeigt, welche Materialien wie ausgelegt werden müssen damit uns nichts „wegknickt“.

Schrittmotorsteuerung mit Arduino

Von Anfang an war klar, dass nur mit Schrittmotoren die geforderte Genauigkeit erreicht werden kann. Es zeigte sich, dass sich die Arduino-Plattform zur Lösung dieser Problemstellung sehr gut eignet. Nach eingehender Recherche wurde mit der AccelStepper-Library eine Programmbibliothek gefunden mit der eine komfortable und leicht zu programmierende Motorsteuerung realisierbar ist. Mitte des Jahres waren wir soweit Schrittmotoren für die Getriebe-Tests mit der eigenen Software ansteuern zu können.

Variante „Standardgetriebe“

Nach dem die Kettenantriebsvariante ausgeschieden ist, mußten andere Wege gefunden werden das neue Teleskop anzutreiben. Sternfreund Detlef setzte sich mit diversen Getriebeherstellern und Vertriebskanälen in Verbindung mit dem Anliegen, Getriebe zu finnden die unsere Anforderungen erfüllen und bezahlbar bleiben.
Ein Getriebe wurde netterweise von einem Vertrieb für Tests zur Verfügung gestellt (Siehe Foto unten). Wir adaptierten einen Schrittmotor und bauten eine Testeinrichtung um mit einem Laser unter verschiedenen Lastbedingungen das Getriebespiel zu testen. Leider stellte sich heraus, dass das Getriebespiel bei einem Richtungswechsel viel zu groß ist (mehrere Grad).
Ob die Variante „Standardgetriebe“ zum Ziel führen wird bzw. innerhalb des gesetzten Budgets in Frage kommt, ist leider fraglich 😦

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Mobil-Variante

Neben dem Bau eines neuen ortsfesten Teleskops gab es immer wieder Überlegungen zu einer mobilen Version. Eine größere Standardmontierung sollte durchaus in der Lage sein einen 1m-Offsetspiegel zu tragen. Um hierfür den Beweis zu erstellen, hat sich Sternfreund Detlef bereit erklärt seine nagelneue AZ-EQ6 zur Verfügung zu stellen (Siehe Foto).

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Neue Steuersoftware

Wie oben schon angesprochen, war es erforderlich die Steuersoftware komplett neu zu schreiben. Die neue Steuersoftware wurde wieder komplett in LabVIEW 6.1 erstellt und ist mit dem aktuellen Versionsstand in der Lage per ASCOM-Anbindung kommerzielle Montierungen wie die AZ-EQ6 anzusteuern. Zum Glück stellte sich heraus, dass hierfür der Celestron-ASCOM-Treiber genutzt werden kann. Aber auch für die Ansteuerung einer Eigenbaumontierung ist die Software schon gewappnet. Nachfolgender Screendump zeigt die Steuersoftware in der Entwicklungsumgebung inklusive einer Anbindung der Software Skychart (Cartes du Ciel) mit der die Position astronomischer Zielobjekte berechnet und bei Meßvorgängen einbezogen werden kann.

(C) 2013 D. Lausecker, Berlin

Screendump BHB-Radioteleskop Steuersoftware (Stand 31.12.2013)

Zustandsbericht zur Sommerpause 2013

Seit dem Verfassen des letzten Blogeintrags im Januar hat sich einiges getan. Da der „hauptamtliche“ Blogschreiber mit der Programmierarbeit an der neuen Software beschäftigt war, mußte der Blog etwas warten. Die bevorstehende Sommerpause soll Anlaß sein, einen kleinen Zwischenbericht zum Stand unseres Projekts abzuliefern.

Antriebstechnik

Die angestrebte Genauigkeit von 0,1 Grad und die erforderliche Dynamik von Nachführtempo bis Positioniertempo (10°/sec) macht eine Ansteueuerung mit Schrittmotoren erforderlich.  Wir haben uns entschieden hierfür ein Arduino-Board einzusetzen. Der Arduino ist ein 8-Bit Mikroprozessor der in C programmiert werden kann. Über kostengünstige Treiberbausteine wie den A4988 lassen sich Schrittmotoren, die zum Glück auch nicht zu teuer sind, komfortabel ansteuern. Zum Glück haben wir auch eine Arduino-Treiberbibliothek gefunden (AccelStepper), mit der die Schrittmotoren so angesteuert werden können, wie wir es brauchen.
Obwohl wir schon auf geeignete Hard- und Softwarekomponente zugreifen konnten, war der eigene Programmieraufwand nicht unerheblich. Die Arbeit hat sich aber gelohnt, denn gegenüber der ersten Montierung, welche mit Gleichstrommotoren angetrieben wird, ist die neue Schrittmotorsteuerung ein enormer Zugewinn an Präzision. Kleine Meilensteine haben wir auf Video festgehalten und als Youtube-Filmchen hochgeladen.

Siehe First FindHome

Steuersoftware

Die Entwickung der neuen Steuersoftware ist in den letzten Monaten gut vorangekommen. Sie ist zwar noch nicht komplett, aber für Tests der neuen Montierung schon einsatzbereit.

Screendump BHBR2-Steuersoftware

Screendump BHBR2-Steuersoftware

Zukunftspläne

Bei der Arbeit mit der Software haben wir viel dazu gelernt und nützliche Zusatzfunktionen implementiert. Mittlerweile ist aber ein Punkt erreicht, an dem es erforderlich geworden ist „aufzuräumen“. Vielleicht läßt sich hierbei auch die Standfestigkeit der Software weiter verbessern.

Nach Umsetzung der Aufräumarbeiten ist geplant folgende Teilprojekte einzubinden:

ASCOM-Schnittstelle

Neben der vorhandenen Eigenbaumontierung soll es auch möglich sein per ASCOM-Schnittstelle  Standardmontierungen anzusteuern.

BHBRduino

Basierend auf der Mikrokontrollerplattform Arduino und einer Ethernetshield genannten Zusatzplatine wurde ein Steuerungsmodul namens „BHBRduino“ entwickelt. Dieses Steuerungsmodul enthält weiterhin einen 18-Bit A/D-Wandler (MCP3421) mit dem es möglich sein wird, die Signalspannung hochgenau zu messen. Dank Ethernetshield können die Meßwerte per Netzwerkverbindung abgerufen werden. Somit können wir die Empfangsspannung in direkter Nähe der Antenne messen.

Ein XY-Scan – (fast) wie er sein sollte

Die im letzten Blog-Artikel erwähnten Positionierprobleme waren „hausgemacht“. Nicht ein Programmierfehler war schuld, sondern die Protokollierfunktion welche eigentlich beim Entdecken von Unregelmäßigkeiten helfen sollte war der Verursacher der Störungen. Je länger das Programm lief, umso mehr Protokolldaten fielen an. Ab einer bestimmten Datenmenge kam es gerade in zeitkritischen Programmphasen zu Verzögerungen. Nach dem Ausschalten der Prokollierfunktion, funktionierten auch längere XY-Scans so wie erwartet, wie man an dem folgenden Diagramm sehen kann:

Auf dem Diagramm kann man sehr gut die Position der verschiedenen Satelliten im Azimutbereich von 161° bis 200° erkennen. Desweiteren kann man sehr gut erkennen, daß im rechten Teil eine Baumkrone und links, oberhalb der Satelliten, ein anderer Baum den Sichtbereich einschränken.
Schade nur, daß die Azimutachse um ca. 4° daneben liegt. Denn das Maximum bei 168° ist das Signal der Astra-Satelliten, welche in Wirklichkeit aber bei 172° zu finden sind.

Azimut-Fortschritt

Das Anbringen der Azimutskala (Siehe „Unmut über Azimut„) hat sich schon bezahlt gemacht. Denn nach Erfassung und Auswertung der Positionswerte hat sich herausgestellt:

(1.) das der aus den Abmessungen berechnete Drehbereich mit der Wirklichkeit übereinstimmt.

(2.) das beim Erstellen der Umrechnungstabelle von Stangenmotorhub (Level) in Azimutwinkel ein Fehler gemacht wurde.


Wie man an der Grafik erkennen kann, ist die berechnete Kennlinie (blau) quasi ein Spiegelbild zu der mit der Azimutskala gemessenen Kennlinie (rosa). Nach Korrektur der Berechnungssoftware wurde die Umrechnungstabelle erneut berechnet. Die berechnete Kennlinie stimmt jetzt mit dem Verlauf der per Azimutskala ermittelten Kennlinie überein.

Der nächste XY-Scan sollte die Satelliten an der richtigen Position zeigen.