Пояснення скрінсейвера SETI@home
Аналіз даних
Ця секція скрінсейвера - місце де відображаються всі обчислення. У той час, як дві перші секції встановлюють та не змінюються протягом обчислення одного блоку даних ця секція динамічно оновлюється у відповідності до роботи Вашого комп'ютера над даними. Ця секція містить всю інформацію щодо того, що робить програма над даними у поточний момент і робиться це на протязі всього часу обчислення даних. Спостерігання за цією секцію допоможе Вам зрозуміти, що робить SETI@home з усіма даними.
Що зараз робить скрінсейвер?
Верхній рядок секції пояснює що саме зараз робить скрінсейвер. Він може вказувати на декілька процедур. Нижче надано перелік цих процедур з поясненнями що кожна з них означає.
Scanning Result Header File
(Сканування заглавного файлу результатів)
Коли запускається SETI@home (або коли Ви запускаєте програму вручну) скрінсейвер повинен якось визначити на якому місці блоку даних він перервав обчислення. Щоб знайти цю інформацію він читає файл який знаходиться у вас на жорсткому диску. Після цього скрінсейвер починає працювати з того ж місця на якому зупинився останнього разу залишаючі всі дані на екрані недоторканими.
Connecting To Server
(З'єднання з сервером)
Коли Ви це бачите, скрінсейвер намагається під'єднатись до сервера даних SETI@home.
Receiving Data
(Отримання даних)
Коли Ви бачите цей напис це означає, що сервер даних SETI@home надсилає Вам блок даних. Ми надсилаємо Вам біля 350 кілобайт даних записаних радіотелескопом та близько 1 кБ даних що описують сам блок (час запису даних телескопом, координати джерела сигналу, базову частоту блока даних, і т.п.).
Doing Baseline Smoothing
Коли Ви отримуєте новий блок даних з сервера в Берклі, у ньому змішані сигнали всіх типів. Нас цікавлять лише вузкополосні сигнали. Ми віримо, що саме такі вузкополосні сигнали використовують позаземні цивілізації для свого зв'язку. З іншого боку, широкополосні сигнали більш притаманні до природних процесів у Всесвіті. Щоб позбутися широкополосних шумів, скрінсейвер робить щось нагадуюче "усереднення" даних і це дозволяє позбутися широкополосного шуму та зробити вузкополосні сигнали нижче (або вище) якогось "базового" рівня. До того ж на протязі 107 секунд запису сигнал іноду буває сильнішим а іноді слабкішим. Базове згладжування приводить їх усі до одного рівня. Це найперша річь яку робить програма з даними після того як Ви отримаєте блок даних і зазвичай це робиться лише раз над кожним з блоків. Деякі клієнтськи версії (такі як Mac клієнт) не зберігають зладжені дані у RAM та повинні переобчислювати їх кожного разу коли скрінсейвер запускається. Панель прогресу праворуч дозволяє спостерігати як далеко зайшов комп'ютер виконуючи цю процедуру.
Computing Fast Fourier Transform
(Обчислення швидкого перетворення Фур'є, FFT)
Це коли вся робота зроблена. Дані які Ви отримали від телескопа змінюються за часом, так як лінія на осцилографі, що бігає вгору-вниз у відповідь на Ваш голос, що який транслюється крізь мікрофон. В цьому випадку час спливає вздовж горизонтальної вісі (Х) а сила сигналу вздовж горизонтальної вісі (Y) (сила сигналу - тиск повітря на мікрофон). Необроблений сигнал, що отримує радіотелескоп не дуже корисний для нас. Для нас було б більш корисним бачити чи є постійний та гучний "тон" в межах сигналу. Таким чином, краще було б спростерігати за графіком у якого вздовж горизонтальної вісі Х відкладено частоту а вздовж вертикальної вісі Y - потужність. Будь який пік на цьому графіку буде гучним сигналом зі своєю частотою.
Щоб перетворити дані, що базуються на часі у дані, що базуються на частоті, ми використовуємо взаємну комплексну математичну операцію що має назву швидкого перетворення Фур'є або, за англійською абревіатурою FFT (fast fourier transform). Для того щоб отримати більше інформації про швидке перетворення Фур'є, будь-ласка ознайомтесь з підручником з цифрового оброблення сигналів.
Результатом цього процесу є графік, що знаходиться у найнижчій секції скрінсейвера. Ви маєте знати декілька цікавих речей про FFT. На початку обробки блока даних, ми робимо 15 різних FFT, кожна з них оброблює дані з різною точністю. ми починаємо шукати деталі такі маленькі як інтервал у 0,07 Гц. Є компроміси коли Ви робите цей вид аналізу. Якщо Ви хочете бути дуже точним з визначенням частоти, потрібно більше часу для проведення обчислень. При дозволяючої здатності за частотою у 0.075 Гц, ми повинні продивлятись шматочки данох довжиною у 13,42 секунди. Для повного аналізу нашого блоку даних (107 секунд), необхідно зробити 8 FFT. Коли ми знижуємо дозволяючу здатність за частотою до 0,14 Гц ми отримуємо шматочки даних довжиною 6,7 секунди. Тепер ми маємо нижчу дозволяючу здатність за частотою, але маємо вищу за часом. У цьому випадку кількість FFT подвуюється та для того щоб покрити весь блок даних потрібно 16 FFT. У нашому аналізі ми дивимось у 15 різних дозволяючих здатностях за частотою (0.075, 0.15, 0.3, 0.6, 1.2, 2.5, 5, 10, 20, 40, 75, 150, 300, 600 та 1200 Гц). З кожним зниженням дозволяючої здатності за частотою ми повинні подвоювати кількість FFT щоб покрити наші 107 секунд даних. Загальна кількість здрібнювань є запаморочливою.
І знову панель прогресу дозволяє Вам дізнатись наскількі далеко зайшов комп'ютер при обчисленні кожного з FFT. Також Ви можете дивитись як FFT акумулюються на графіку у нижній секції.
Chirping Data
(Чірпування даних)
Наврядчи планета іншої цивілізації знаходиться у стані спокою відносно Землі. Як Ви знаєте людство існує на планеті, що обертається навколо своєї вісі та навколо Сонця яке, в свою чергу, обертається навколо центра нашої Галактики. Ми можемо припустити, що наші позаземні друзі знаходяться у подібній ситуації.
Таким чином, усі ці рухи впливають на сигнал, що надсилається рухаючимся джерелом та отримується рухаючуюся планетою. Це допплерівський ефект. Ви безперечно знайомі з цим ефектом якщо чули гудок автомобільного клаксона коли автомобіль проїзджає повз Вас. Частота, або висота звуку змінюються коли машина переміщується. Ви можете вийти та спробувати самі. Станьте з одного боку вулиціі і слухайте як друзі проїздять повз вас із гудком. Ви також можете спробувати проїхати вздовж постійного джерела звуку (того ж автомобільного гудка) і також почуєте як змінюється тональність звуку. Це відносна швидкість, це важливо.
Хоча наші позаземні друзі не гудять в нашу сторону, вони до нас надсилають волни (електромагнітні волни). Їх сигнали будуть спотворені внаслідок руху наших двох систем так само як спотворюється сигнал автомобільного гудка. Щоб розплутати це скринсейвер SETI@home аналізує дані багато разів перебираючі різноманітні доплерівськи прискорення. Фактично, скрінсейвер бере необроблені дані і математично "розбирає" визначене доплерівське прискорення або "чірп" ("chirp"). Потім скрінсейвер передає оброблені дані до стандартної процедури FFT (Fast Fourier Transform). Це називається "дечірпуванням" даних. SETI@home намагається робити це у багатьох точках між -50 Гц/сек та +50 Гц/сек. При найкращій дозволяючій здатності за частотою у 0.075 Гц ми перевіряємо 21639 різних величин доплерівського прискорення між -20 Гц/сек та +20 Гц/сек, також у цьому інтервалі перевіряється 5409 різних величин доплерівського прискорення при наступній дозволяючій здатності за частотою (0,15 Гц)! Поза інтервалом -20 Гц/сек - +20 Гц/сек ці дві дозволяючі здатності не перевіряються але перевіряються більш грубі дозволяючі здатності у інтервалі між -50 Гц/сек та +50 Гц/сек загальною кількістю величин доплерівського прискорення 31561!!!
Searching For Gaussians
(Пошук гауссіан)
Як було коротко пояснено у секції про швидке перетворення Фур'є, коли розрізнююча здатність за частотою більш груба, розрізнююча здатність за часом краща. Коли розрізнююча здатність за часом достатньо велика, ми можемо почати пошук чи є серед даних сигнали, що стають більш сильнішими або більш слабкішими протягом 12 секунд коли точка звідки він надходить, проходить крізь поле зору телескопа. Це найкращій тест який може прояснити чи має цей сигнал позаземне походження, ци це просто явище інтерференції від земного джерела. Земний сигнал не буде становитись сильніше або слабкіше протягом 12 секунд які нас цікавлять. Ці перевірки апроксимації кривої дають можливість побачити чи стає сигнал сильніше та слабкіше протягом 12 секунд. Цей тест використовують лише для частотної дозволяючої здатності у 0,59 Гц або вище.
З того моменту, як ми почали шукати такі 12-секундні "гаусіани", Ваші 107 секунд даних перекривають попередній та наступний блоки даних на 15 секунд. Таким чином, ми набуваємо впевненості, що не втратимо важливий сигнах у разі переривання його всередині.
Searching For Pulses / Triplets
(Пошук пульсацій/триплетів)
Ще одною особливістю клієнської версії SETI@home це пошук пульсай у радіосигналах (тобто сигналів, що повторюються). Наші іншопланетні друзі не будуть надсилати до нас спокійний рівний сигнал. Найшвидше, вони надсилатимуть серії пульсації з короткими або довгими інтервалами. Це більш економно з точки зору витрат енергії, якщо ці сигнали надсилаються інтенсивно (до того ж, якщо вони надсилають сигнали інтенсивно, то хто знає які ці сигнали!) Цей тест (як і тест для гаусіан) використовують лише для частотної дозволяючої здатності у 0,59 Гц або вище.
Це останнє, що можна побачити у першій лінії панелі аналізу даних.
Doppler Drift Rate
(Доплерівський зсув частоти)
Другий рядок панелі аналізу даних містить поточний доплерівський зсув частоти ("Doppler drift rate"). Перші тести які проводиться з даними проводиться при зсуву частоти у 0 Гц/сек. Сигнали, що не мають прискорення частоти більш всього схожі на сигнали джерел радіочастотної інтерференції (RFI) з передавачів, що знаходяться на Землі. Між зсувами у -10 Гц/сек. та +10 Гц/сек. ми перевіряємо всі 15 частотних дозволяючих здатностей з прирістом доплерівського зсуву у 0,002 Гц/сек між Швидкими перетвореннями Фур'є. Між +-10 та +-50 ми робимо приріст у 0,296 Гц/сек.
Frequency Resolution
(Дозволяюча здатність за частотою)
Другий рядок також розповість вам про поточну частотну дозволяючу здатність (ширина полоси) яка використовується у розрахунках. Ви вже знаете, що більшість часу ми обчислюємо швидке перетворення Фур'є з дозволяючою здатністю за частотою 0.075 Гц. З кожних 4 перетворень ми повинні робити одне з дозволяючою здатністю 0.14 Гц. З кожних 16 перетворень потрібно робити одне з дозволяючою здатністю 0.29 Гц. З кожних 64 перетворень... ну спробуйте порахувати самі. Пам'ятайте, що ми працюємо з 15 різними дозволяючими здатностями (0.075, 0.15, 0.3, 0.6, 1.2, 2.5, 5, 10, 20, 40, 75, 150, 300, 600, та 1200 Гц). Ми продивляємось дві найкращих дозволяючих здатності (0.075 Гц та 0.15 Гц) коли доплерівський частотний зсув більше ніж 10 Гц/с або менше ніж -10 Гц/с.
Analysis Results
(Результати аналізу)
Наступна частина панелі аналізу даних показує проміжні результати про знайдені найкращі гаусіани, пульси та тріплети. Ця частина панелі дублює всі три, але тільки коли є значні результати. Наприклад, якщо немає жодного значного тріплету, Ви не побачите відображеня даних про тріплети.
Best Gaussian
(Найкраща гауссіана)
Якщо сигнал сильніше за середній рівень шуму і також стає сильнішим а потім слабшає згідно вигляду гаусіани коли об'єкт проходить над променем спрямованості телескопа, це дуже цікаво!
Число позначене як "power" ("потужність") вказує нам наскільки сигнал вище відносно обчисленої середньої потужності. Число позначене як "fit" ("відповідність") вказує наскільки зростання та падіння сигналу відповідає ідеальній гауссіані (гауссовії кривій, кривій нормального розподілення). Чим менше число "відповідності" тим краще відповідність. (Це фактично метод хи-квадрат, тобто метод, що визначає наскількі далеко знаходяться дані від ідеальної гауссіани.) Навіть якщо Ви побачите сильний пік та низьке число відповідності, не потрібно дзвонити на телебачення та розповідати всьому світові що Ви знайшли іншопланетян. Будь який сигнал повинен бути перевірений (декількома шляхами) щоб виключити джерела радіочастотної інтерференції (RFI) Оскільки шум іноді може симулювати гауссіани, ми встиновили поріг, щоб подавляти хибні результати. Якщо сигнал сильніше за рівень середнього шуму у 3.2 рази та має відповідність краще (менше) за 10, дані про нього повертаються зі скрінсейвера до сервера у Берклі.
Графік нижче потужності та числа відповідності відображає криву що відповідає аналізу так як він проходить та відображає найкращу гаусіану для цього блоку інформації. Пам'ятайте: Якщо телескоп під час спостереження рухається по небу дуже швидко, або дуже повільно графіки не будуть відображатись.
Червона лінія показує реальні дані - потужність при даній частоті. Цей графік зворотній до фронтальної частини графіку внизу панелі скрінсейвера. Цей графік змінюється кожного разу коли гаусіана переходить до нової частоти. біла лінія вказує найкращу гауссіану для цих даних, тобто те, що знайшов Ваш скрінсейвер.
В кожній точці даних ми випробуємо нову відповідність. ви можете це побачити коли біла лінія дуже швидко змінюється. Якщо аналіз не буде проходити настільки швидко, ви будете бачити гауссіану (вигин білої лінії), що рухається по графіку зліва направо, так ми намагаємось знайти найкращу відповідність у даних.
Best Pulse
(Найкраща пульсація)
Щоб знайти ряд слабких повторюючихся пульсацій, скрінсейвер SETI@home використовує спеціальний тест, що носить назву алгоритму швидкого згортування. Якщо програма знаходить ланцюг пульсацій, що повторюються, вона описує пульсацію зі всією статистикою.
Число, що позначено як "потужність" вказує наскільки пульсація сильніше за середній базову потужність, що була обчислена рашіше. Число позначене як "period" ("період") вказує наскількі пульси знаходяться далеко один від одного (у секундах).Оскільки і радіочастотна інтерференція та випадковий шум можуть симулювати пульсуючий сигнал, ми також встановили поріг чутливості. Цей поріг обчислюється динамічно і залежить від періоду та кількості разів сгорненя даних. (Для математиків це означає інвертовану функцію, відому як "незавершена гамма-функція"). Значення кількісної оцінки (score) пульсу означає відношення амплітуди пульсу до рівня цього порогу. Пільсації з кількісною оцінкою вище за 1 будуть відображатись на скрінсейвері та будуть повернені до Берклі.
Графік нижче значення потужності, періоду та кількісної оцінки відображає аналіз пульсацій так як він проходить, а також відображає найкращу пульсацію у даному блоку даних. Пам'ятайте: якщо не знайдено жодної значної пульсації, не буде відображено жодного графіку.
Так як і описані вище гауссіани, червона лінія вказує фактичні дані - потужність при даній частоті. На відмінність від гаусіани, цей графік не буде відображати усі 107 секунд даних, а лише відобразить два періоди пульсації. Ви будете бачити серед шуму два піка. Права та ліва сторона графіка будут однакові. Відображення двох періодів робить легшим візуальне сприйняття пульсації.
Для більш технічного опису аналізу даних SETI@home дивиться Документацію з обстеження неба SETI@home.
Best Triplet
(Найкращий тріплет)
Програма SETI@home робить ще один аналіз на пульсацію. Він шукає три однаково розташовані імпульси. Щоб зробити це, скрінсейвер аналізує кожну пару імпульсів, що мають потужність вище порогової. Програма шукає ще один імпульс між двома імпульсами. Якщо один такий знайдеться, результати будуть відправлені назад у Беркли.
Якщо тріплет знайдено, панель вказує потужність пульсації (відносно до базового рівня шуму) та час між пільсаціями (період) у секундах.
Графік що розташовано під значенням потужності та періоду може відображувати найкращій знайдений тріплет. Три пульсації будуть позначені короткими жовтими відмітками. Пам'ятайте: якщо не знайдено жодної значної пульсації, на графіку нічого не буде відображено.
![AURA [z]](http://aurahome.ru/pictures/index/knop33.gif){kind=small}