Steeds meer stoorzenders overstemmen de superzwakke radiosignalen uit het heelal, tot verdriet van astronomen. Met Delftse trucs moeten radiotelescopen het sterrengefluister weer door de herrie heen horen.
Delen
/strong>
Niet alleen theaters, restaurants en collegezalen hebben eraan moeten geloven. Ook de radiotelescoop bij Westerbork heeft sinds kort zijn eigen %mobieltjes uit’-bordje, helemaal aan het begin van het pad dat naar de rij enorme schotelantennes leidt. De signalen van de Bens en de Hi’s kunnen het in kaart brengen van radiostralingsbronnen in het heelal danig in de war schoppen. Net zoals televisiezenders en satellieten dat doen.
,,We hebben één keer mobiel gebeld in de buurt van de telescoop. Dat zie je meteen op de schermen binnen”, zegt signaalverwerkingsspecialist dr. Ale-Jan van der Veen. ,,Je apparatuur brandt niet door, nee, maar meten kun je niet meer.” Samen met promovendus Albert-Jan Boonstra zocht Van der Veen naar een remedie voor de storingen. Boonstra werkt ook voor Astron, de beheerder van de radiotelescoop in Westerbork.
Door de korte zendpulsjes van mobiele telefoons in het meetsignaal weg te gooien, blijkt het vervuilde sterrensignaal nog heel aardig te herstellen. Ook kunnen stoorzenders in het signaal gedempt worden door de signalen van verschillende telescopen slim te combineren. De apparatuur draait nu proef met gesimuleerde meetgegevens en metingen uit Westerbork.
Milieuvervuiling
De ontdekking dat sterrenstelsels niet alleen zichtbaar licht, maar ook radiogolven uitzenden, leidde halverwege de vorige eeuw tot een nieuw soort astronomie. Een veelbekeken frequentie is die van 1420 MHz, afkomstig van waterstof. Zichtbare en onzichtbare sterrenstelsels worden gedetailleerd in kaart gebracht met batterijen schotelantennes zoals die in Westerbork.
Zolang andere radiozenders geen roet in het eten gooien, tenminste. Al jaren liggen radio-astronomen in de clinch met satellietenbouwers en tv-zenders, en de laatste tijd ook met mobiele telefoongiganten.
,,De gsm-frequenties, rond de 900 MHz, waren door astronomen al zo goed als opgegeven”, zegt Van der Veen, die zich over de toename van storingsbronnen behoorlijk kan opwinden. ,,Eigenlijk is het een soort milieuvervuiling. Je zendt radiostraling uit, en daardoor kan niemand meer naar de natuur luisteren.”
Eén geluk is wel dat een gsm-telefoon tijdens een gesprek niet continu zendt, maar in pulsen. Van der Veen laat een blauwe grafiek zien. Horizontaal staat de tijd uitgezet, verticaal de frequentie. In de lichtblauwe achtergrond die voor ‘geen signaal’ staat, lichten de gsm-pulsjes rood op. Na elke puls van een halve milliseconde volgen drieënhalve milliseconden stilte. Hetlijkt wel wat op een tralievenster. In de ruimte tussen de tralies is nog prima te meten, bedachten de onderzoekers.
,,Wat we met onze methode doen is het volgende: we verdelen onze meetdata in stukken van een halve milliseconde”, legt promovendus Boonstra uit. ,,Voor ieder stuk kijk je of er een storing in zit, en als dat zo is, gooi je het weg.”
Voor het weggooien van signalen moet achteraf wel gecorrigeerd worden, maar de methode werkt goed. Hij laat een plaatje zien waarin de gsm-pulsen automatisch uit het signaal gesneden zijn. De rode staafjes zijn vervangen door donkerblauwe, waar helemaal niets gemeten wordt. Het sterrensignaal is zo zwak dat het in de grafiek totaal niet te zien is.
Cd-rom
,,Het meeste last hebben we gek genoeg eigenlijk van de hele zwakke storingen van gsm’s”, zegt Boonstra. Een mobiele telefoon op twintig kilometer afstand kan zo zwak zijn, dat hij het detectiesysteem niet opvalt. ,,Dan knip je de storing er niet uit, en dan komt hij dus in je opname terecht.”
Fraaie plaatjes van gsm-vrije sterrenstelsels kan Boonstra nog niet laten zien. Een echt plaatje van astronomische radiobronnen maken kost uren, legt Boonstra uit, in plaats van de paar tienden van seconden die in Boonstra%s grafiek te zien zijn.
,,Voor het testen van ons systeem hebben we veertig cd-roms met signalen met verschillende storingen die opgenomen zijn in Westerbork”, zegt Van der Veen, ,,We hebben de telescoop hier in Delft nou eenmaal niet om de hoek staan.”
De radiotelescoop meet tien miljoen waarden per seconde, en op één cd-rom past vijf seconden meetsignaal uit de ruimte. In totaal beschikken de onderzoekers dus over een paar minuten telescoopsignaal voor tests van het anti-gsm-systeem. In een echte radiotelescoop worden de signalen van in totaal tien seconden lang meten gemiddeld en dan pas opgeslagen op magneetbanden. Alleen op deze manier is de enorme gegevensstroom wat in te dammen. En zo is door stug doormeten de ruis langzaam weg te middelen, om de tienduizend maal zwakkere sterrensignalen tevoorschijn te toveren.
Pas na uren meten ontstaat er een tweedimensionaal plaatje. De radiotelescoop bestaat uit antennes die op één lijn staan. Daardoor kan er ook alleen naar één lijn in de ruimte gekeken worden. Door de trage draaiing van de aarde wordt die lijn na verloop van tijd een vlak. Zo%n lange speelduur haalt de cd-verzameling uit Westerbork bij lange na niet.
Uiteindelijk is daarom het de bedoeling dat het filtersysteem van Boonstra en Van der Veen online werkt in Westerbork, zodat het signaal van gsm-storing gezuiverd wordt nog voordat het in blokken van tien seconden gemiddeld en opgeslagen wordt.
Voorlopig is de programmatuur nog te traag om de gegevensvloedgolf bij te houden. De computer kan slechts één procent van de gegevensstroom van de onderzoekers bijbenen. ,,Dat moet natuurlijk verbeterd worden”, zegt Van der Veen, ,,pas als we aan de dertig procent zitten, dan kunnen we een nacht naar Westerbork om het in het echt uit te proberen. We zijn druk bezig. We denken dat het over een paar maanden lukt.”
Witte vlekken
De andere truc van Van der Veen en Boonstra werkt ook bij continue storingen, zoals een tv-zender. De telescoop bestaat uit verschillende schotelantennes op verschillende plaatsen. Doorde signalen van de verschillende antennes uitgekiend bij elkaar op te tellen, is het mogelijk om storing uit één richting te elimineren. De signalen van de storing doven elkaar dan uit. Het is in wezen dezelfde methode die astronomen gebruiken als ze hun telescoop precies op de hemel richten. Dan worden de signalen zo opgeteld dat radiostralen uit één richting elkaar juist versterken. Spatiële filtering, noemen de signaalverwerkers het.
,,Je moet wel precies weten in welke richting de storing staat”, zegt Van der Veen. Bij een radiotoren is dat niet moeilijk, maar bij een mobieltje werkt het weer niet.
Kijk, zegt Boonstra. Hij laat op zijn computer een plaatje zien van een viertal witte vlekken, gesimuleerde radiobronnen in een klein stukje hemel. ,,En dit is wat je krijgt als je storing toevoegt. En niet eens zo veel”, zegt Van der Veen. Het beeld is onherkenbaar vervormd in wat ruizige vlekken wanneer een continu tv-signaal de gesimuleerde radiotelescoop stoort. ,,Je ziet nou helemaal niets meer”, zegt Boonstra ten overvloede.
Vervolgens laat hij het resultaat zien van de gesimuleerde spatiële filtering die de tv-toren wegfiltert. De sterstelsels hebben iets waziger contouren gekregen en worden omgeven door een vage witte halo. Het is een soort tussenvorm naar het plaatje voor de astronoom, zegt Boonstra. ,,Je kunt corrigeren voor de halo%s, maar je verliest sowieso wat beeldkwaliteit.”
,,Eigenlijk houden astronomen er niet van als je aan hun data knutselt. Ze weten dan niet goed meer hoe ze hun plaatjes moeten maken”, zegt Van der Veen. Toch zullen ze er steeds aan moeten wennen, vermoedt Van der Veen.
Weliswaar hebben de astronomen hun eigen frequentiebanden toegewezen gekregen, maar ook daarbuiten zitten ook interessante signalen voor astronomen. Satellietbouwers en andere gebruikers houden zich daarnaast niet altijd even precies aan hun eigen zendfrequenties. Bovendien is er de voortdurende dreiging dat ze meer willen. Voor geplande nieuwe, gevoeliger radiotelescopen worden storingsfilters dus alleen maar belangrijker.
,,Ik ben wel bezorgd”, zegt Van der Veen, ”Kijk maar naar die umts-veilingen. De economische waarde van die frequentiebanden is gigantisch. En astronomie, daar verdient niemand wat mee.”
Albert-Jan Boonstra: We kunnen nu slechts één procent van de gegevensstroom in Westerbork bijbenen met ons anti-gsm-filter
Cartoon: Matthijs van Baarsel
Steeds meer stoorzenders overstemmen de superzwakke radiosignalen uit het heelal, tot verdriet van astronomen. Met Delftse trucs moeten radiotelescopen het sterrengefluister weer door de herrie heen horen.
Niet alleen theaters, restaurants en collegezalen hebben eraan moeten geloven. Ook de radiotelescoop bij Westerbork heeft sinds kort zijn eigen %mobieltjes uit’-bordje, helemaal aan het begin van het pad dat naar de rij enorme schotelantennes leidt. De signalen van de Bens en de Hi’s kunnen het in kaart brengen van radiostralingsbronnen in het heelal danig in de war schoppen. Net zoals televisiezenders en satellieten dat doen.
,,We hebben één keer mobiel gebeld in de buurt van de telescoop. Dat zie je meteen op de schermen binnen”, zegt signaalverwerkingsspecialist dr. Ale-Jan van der Veen. ,,Je apparatuur brandt niet door, nee, maar meten kun je niet meer.” Samen met promovendus Albert-Jan Boonstra zocht Van der Veen naar een remedie voor de storingen. Boonstra werkt ook voor Astron, de beheerder van de radiotelescoop in Westerbork.
Door de korte zendpulsjes van mobiele telefoons in het meetsignaal weg te gooien, blijkt het vervuilde sterrensignaal nog heel aardig te herstellen. Ook kunnen stoorzenders in het signaal gedempt worden door de signalen van verschillende telescopen slim te combineren. De apparatuur draait nu proef met gesimuleerde meetgegevens en metingen uit Westerbork.
Milieuvervuiling
De ontdekking dat sterrenstelsels niet alleen zichtbaar licht, maar ook radiogolven uitzenden, leidde halverwege de vorige eeuw tot een nieuw soort astronomie. Een veelbekeken frequentie is die van 1420 MHz, afkomstig van waterstof. Zichtbare en onzichtbare sterrenstelsels worden gedetailleerd in kaart gebracht met batterijen schotelantennes zoals die in Westerbork.
Zolang andere radiozenders geen roet in het eten gooien, tenminste. Al jaren liggen radio-astronomen in de clinch met satellietenbouwers en tv-zenders, en de laatste tijd ook met mobiele telefoongiganten.
,,De gsm-frequenties, rond de 900 MHz, waren door astronomen al zo goed als opgegeven”, zegt Van der Veen, die zich over de toename van storingsbronnen behoorlijk kan opwinden. ,,Eigenlijk is het een soort milieuvervuiling. Je zendt radiostraling uit, en daardoor kan niemand meer naar de natuur luisteren.”
Eén geluk is wel dat een gsm-telefoon tijdens een gesprek niet continu zendt, maar in pulsen. Van der Veen laat een blauwe grafiek zien. Horizontaal staat de tijd uitgezet, verticaal de frequentie. In de lichtblauwe achtergrond die voor ‘geen signaal’ staat, lichten de gsm-pulsjes rood op. Na elke puls van een halve milliseconde volgen drieënhalve milliseconden stilte. Hetlijkt wel wat op een tralievenster. In de ruimte tussen de tralies is nog prima te meten, bedachten de onderzoekers.
,,Wat we met onze methode doen is het volgende: we verdelen onze meetdata in stukken van een halve milliseconde”, legt promovendus Boonstra uit. ,,Voor ieder stuk kijk je of er een storing in zit, en als dat zo is, gooi je het weg.”
Voor het weggooien van signalen moet achteraf wel gecorrigeerd worden, maar de methode werkt goed. Hij laat een plaatje zien waarin de gsm-pulsen automatisch uit het signaal gesneden zijn. De rode staafjes zijn vervangen door donkerblauwe, waar helemaal niets gemeten wordt. Het sterrensignaal is zo zwak dat het in de grafiek totaal niet te zien is.
Cd-rom
,,Het meeste last hebben we gek genoeg eigenlijk van de hele zwakke storingen van gsm’s”, zegt Boonstra. Een mobiele telefoon op twintig kilometer afstand kan zo zwak zijn, dat hij het detectiesysteem niet opvalt. ,,Dan knip je de storing er niet uit, en dan komt hij dus in je opname terecht.”
Fraaie plaatjes van gsm-vrije sterrenstelsels kan Boonstra nog niet laten zien. Een echt plaatje van astronomische radiobronnen maken kost uren, legt Boonstra uit, in plaats van de paar tienden van seconden die in Boonstra%s grafiek te zien zijn.
,,Voor het testen van ons systeem hebben we veertig cd-roms met signalen met verschillende storingen die opgenomen zijn in Westerbork”, zegt Van der Veen, ,,We hebben de telescoop hier in Delft nou eenmaal niet om de hoek staan.”
De radiotelescoop meet tien miljoen waarden per seconde, en op één cd-rom past vijf seconden meetsignaal uit de ruimte. In totaal beschikken de onderzoekers dus over een paar minuten telescoopsignaal voor tests van het anti-gsm-systeem. In een echte radiotelescoop worden de signalen van in totaal tien seconden lang meten gemiddeld en dan pas opgeslagen op magneetbanden. Alleen op deze manier is de enorme gegevensstroom wat in te dammen. En zo is door stug doormeten de ruis langzaam weg te middelen, om de tienduizend maal zwakkere sterrensignalen tevoorschijn te toveren.
Pas na uren meten ontstaat er een tweedimensionaal plaatje. De radiotelescoop bestaat uit antennes die op één lijn staan. Daardoor kan er ook alleen naar één lijn in de ruimte gekeken worden. Door de trage draaiing van de aarde wordt die lijn na verloop van tijd een vlak. Zo%n lange speelduur haalt de cd-verzameling uit Westerbork bij lange na niet.
Uiteindelijk is daarom het de bedoeling dat het filtersysteem van Boonstra en Van der Veen online werkt in Westerbork, zodat het signaal van gsm-storing gezuiverd wordt nog voordat het in blokken van tien seconden gemiddeld en opgeslagen wordt.
Voorlopig is de programmatuur nog te traag om de gegevensvloedgolf bij te houden. De computer kan slechts één procent van de gegevensstroom van de onderzoekers bijbenen. ,,Dat moet natuurlijk verbeterd worden”, zegt Van der Veen, ,,pas als we aan de dertig procent zitten, dan kunnen we een nacht naar Westerbork om het in het echt uit te proberen. We zijn druk bezig. We denken dat het over een paar maanden lukt.”
Witte vlekken
De andere truc van Van der Veen en Boonstra werkt ook bij continue storingen, zoals een tv-zender. De telescoop bestaat uit verschillende schotelantennes op verschillende plaatsen. Doorde signalen van de verschillende antennes uitgekiend bij elkaar op te tellen, is het mogelijk om storing uit één richting te elimineren. De signalen van de storing doven elkaar dan uit. Het is in wezen dezelfde methode die astronomen gebruiken als ze hun telescoop precies op de hemel richten. Dan worden de signalen zo opgeteld dat radiostralen uit één richting elkaar juist versterken. Spatiële filtering, noemen de signaalverwerkers het.
,,Je moet wel precies weten in welke richting de storing staat”, zegt Van der Veen. Bij een radiotoren is dat niet moeilijk, maar bij een mobieltje werkt het weer niet.
Kijk, zegt Boonstra. Hij laat op zijn computer een plaatje zien van een viertal witte vlekken, gesimuleerde radiobronnen in een klein stukje hemel. ,,En dit is wat je krijgt als je storing toevoegt. En niet eens zo veel”, zegt Van der Veen. Het beeld is onherkenbaar vervormd in wat ruizige vlekken wanneer een continu tv-signaal de gesimuleerde radiotelescoop stoort. ,,Je ziet nou helemaal niets meer”, zegt Boonstra ten overvloede.
Vervolgens laat hij het resultaat zien van de gesimuleerde spatiële filtering die de tv-toren wegfiltert. De sterstelsels hebben iets waziger contouren gekregen en worden omgeven door een vage witte halo. Het is een soort tussenvorm naar het plaatje voor de astronoom, zegt Boonstra. ,,Je kunt corrigeren voor de halo%s, maar je verliest sowieso wat beeldkwaliteit.”
,,Eigenlijk houden astronomen er niet van als je aan hun data knutselt. Ze weten dan niet goed meer hoe ze hun plaatjes moeten maken”, zegt Van der Veen. Toch zullen ze er steeds aan moeten wennen, vermoedt Van der Veen.
Weliswaar hebben de astronomen hun eigen frequentiebanden toegewezen gekregen, maar ook daarbuiten zitten ook interessante signalen voor astronomen. Satellietbouwers en andere gebruikers houden zich daarnaast niet altijd even precies aan hun eigen zendfrequenties. Bovendien is er de voortdurende dreiging dat ze meer willen. Voor geplande nieuwe, gevoeliger radiotelescopen worden storingsfilters dus alleen maar belangrijker.
,,Ik ben wel bezorgd”, zegt Van der Veen, ”Kijk maar naar die umts-veilingen. De economische waarde van die frequentiebanden is gigantisch. En astronomie, daar verdient niemand wat mee.”
Albert-Jan Boonstra: We kunnen nu slechts één procent van de gegevensstroom in Westerbork bijbenen met ons anti-gsm-filter
Cartoon: Matthijs van Baarsel
Comments are closed.