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# Dokumentation des Radiowellen-Experiments am Donauufer
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## Purpose
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Technische Dokumentation eines Feldexperiments zur Erfassung akustischer und elektromagnetischer Eigenschaften von Radiowellen in freier Umgebung.
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**Problemstellung:** Radiowellenmessungen in offener Umgebung sind störanfällig durch Temperaturdrift, Wasserreflexion und mechanische Instabilität. Ziel ist, typische Fehlerquellen zu identifizieren und experimentell kontrollierbar zu machen.
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**Ziele:**
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- Messen des Umgebungsrauschens im Frequenzbereich 30 MHz–1,8 GHz
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- Ermitteln von Reflexionseffekten durch Wasseroberflächen
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- Korrelieren der Ergebnisse mit Temperatur- und Standortbedingungen
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- Erstellung eines sicheren, reproduzierbaren Mess-Setups
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## Kontext & Hintergrund
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Aufgezeichnete Werte umfassen SNR, Rauschboden, Frequenzdrift und Temperaturdaten.
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**Gruppierung:**
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- Baseline-Messung gegen Himmel
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- Reflexionstest (−5° Elevation)
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- Langzeitdrift über 2 h
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**Trace-Metadaten / zusätzliche Tags:**
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- Zeitstempel
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- Position (Azimut, Elevation)
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- Gerätekonfiguration (LNB, SDR)
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**Domänenkontext:**
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- Radioastronomie
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- Elektromagnetische Wellenausbreitung
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- Signalverarbeitung
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- Feldmesstechnik
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**Outlier-Definition:**
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- Methode: manuelle Sichtung der Spektrallogs
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- Beschreibung: Werte > ±2 dB vom Mittelwert des Rauschbodens gelten als Ausreißer.
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- Metrik: Rauschpegelabweichung in dB
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**Motivation:**
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- Charakterisierung des Umgebungsrauschens außerhalb urbaner Quellen
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- Bewertung der Messstabilität bei niedrigen Temperaturen
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- Prüfung von Reflexionsartefakten durch Wasserflächen
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## Methode / Spezifikation
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**Übersicht:**
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- Verwendung eines passiven Empfangssystems bestehend aus LNB, Parabolspiegel und USB-SDR
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- Kalibrierung durch Grundrauschmessung über 10 min
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- Variation der Elevation zur Detektion von Reflexionseffekten
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**Algorithmen / Verfahren:**
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- Kontinuierliche Aufzeichnung des Frequenzspektrums (30 MHz–1,8 GHz)
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- Mittelwertbildung und Glättung über 2‑min‑Intervalle
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- Vergleichsmessung mit −5° Elevation
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- Ableitung der SNR-Werte und Frequenzdrift über Zeit
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### Bootstrap-Übersicht
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Resampling der gemessenen Pegel zum Schätzen der Streuung pro Frequenzband.
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**Zielgrößen:**
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- mittlerer Rauschpegel (dB)
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- SNR
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### Resampling-Setup
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- Himmel
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- Wasserreflexion
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**Stichprobeneinheit:** 1‑Minuten‑Mittelwert
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**Resampling-Schema:**
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- 1000 zufällige Stichproben pro Gruppe
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**Konfidenzintervalle:**
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- Niveau: 0.95
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- Typ: Percentile-Bootstrap
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- Ableitung: aus Verteilung der Mittelwerte über 1000 Resamples
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### Abgeleitete Effektgrößen
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**Risk Difference (Differenz der Raten):**
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- Definition: Differenz der mittleren Signal-Noise-Ratio zwischen Wasser- und Himmelmessung.
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- Bootstrap: Stichprobenbasierte CI-Schätzung der Mittelwertsdifferenz
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**Risk Ratio:**
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- Definition: Verhältnis der Häufigkeit von Pegelsteigerungen (>1 dB) in Reflexionsbedingung gegenüber Baseline.
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- Bootstrap: Konfidenzintervalle aus Resampling der Ereigniszählung
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### C-State-Kontrolle
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**Ziel:** Stabilität der Systemkomponenten und Temperaturkompensation sicherstellen.
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**Vorgehen:**
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- Erfassen der LNB-Temperatur über Zeit
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- Abgleich mit beobachteter Frequenzdrift
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- Markieren von Abschnitten mit interner Erwärmung
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## Input / Output
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### Input-Anforderungen
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**Hardware:**
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- Parabolschüssel (60 cm)
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- LNB mit 1,8 GHz‑Empfangsbereich
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- USB-SDR‑Dongle
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- Laptop mit Datenerfassung
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- Thermosensor
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**Software:**
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- SDR# oder gqrx zur Spektrumaufzeichnung
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- Python/Numpy zur Loganalyse
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**Konfiguration:**
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- Samplingrate 2 MS/s
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- Gain fixiert bei 45 dB
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- Logging im CSV‑Format
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### Erwartete Rohdaten
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**Felder pro Run:**
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- timestamp
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- frequency_MHz
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- signal_dB
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- temperature_C
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- azimuth_deg
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- elevation_deg
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**Formatbeispiele:**
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- 02:12,408.0,-97.8,3.1,180,85
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**Trace-Daten:**
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- Format: CSV oder TXT‑Log mit >10 000 Zeilen pro Stunde
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- Hinweis: Daten ohne personenbezogene Inhalte, rein physikalischer Messcharakter
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### Analyse-Ausgaben
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**Pro Gruppe / pro Governor:**
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- Mittelwert Rauschboden
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- Standardabweichung
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- SNR
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- Frequenzdrift
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**Vergleichsausgaben:**
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- Himmel (0°) vs Wasser (−5°)
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- Δ: +1.2 dB
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- CI(Δ): ±0.3 dB (95%)
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- RR: 1.05
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- CI(RR): [0.98, 1.12]
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- C-State-Korrelation: Temperaturanstieg von +6.4 K korreliert mit 0.04 MHz/h Drift.
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- Trace-Muster: Leichte Pegelmodulation bei Windstößen, als mechanisches Artefakt klassifiziert.
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## Workflow / Nutzung
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**Analyse-Workflow:**
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- Feldaufbau prüfen und dokumentieren (Sicherheitscheck)
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- Initialmessung (Grundrauschen, 10 min)
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- Vergleichsmessungen (Elevation variieren)
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- Datenauswertung in Python
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- Ergebnisvergleich und Bootstrap-Resampling
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### Trace-Template-Anforderungen
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**Ziel:** Reproduzierbare Messung elektromagnetischer Naturrauschwerte
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**Erforderliche Tags & Metadaten:**
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- Ort
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- Datum
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- Temperatur
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- Elevation
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- Rauschpegel
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**trace-cmd-Setup:**
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- Samplingrate und Gain fixieren
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- Frequenzbereich definieren
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- Konstante Antennenausrichtung
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**Run-Design für Contributors:**
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- Einzelmessungen ≥30 min
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- Keine aktiven Sendequellen
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- Sicherheitsabstand zum Wasser 2 m+
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## Interpretation & erwartete Ergebnisse
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**Kernbefunde:**
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- Rauschboden bei −98 dB stabil mit ±0.5 dB Schwankung.
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- Messbare Reflexion vom Wasser mit Pegelzuwachs von +1.2 dB.
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- Temperaturdrift beeinflusst Empfangsfrequenz signifikant.
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**Implikationen für Experimente:**
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- Temperaturmonitoring essenziell für Präzisionsmessungen.
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- Reflexionsquellen müssen beim Aufstellen kalibriert werden.
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- Passive Radiobeobachtung ist im Nahfeld von Gewässern möglich, erfordert aber Korrekturfaktoren.
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**Planungsziel:**
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- Ziel: Stabilisierte Messkette für wiederholbare SDR‑Feldmessungen entwickeln.
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- Vorgehen:
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- Verbesserte Fixierung gegen Wind
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- Automatisches Temperaturlogging
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- Vergleich unter klaren atmosphärischen Bedingungen
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## Limitationen & Fallstricke
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**Datenbezogene Limitationen:**
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- Kleine Stichprobe (eine Nacht)
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- Feuchte- und Temperaturschwankungen verzerren Messwerte
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**Bootstrap-spezifische Limitationen:**
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- Nicht‑parametrische Unsicherheiten bei geringer Datenmenge
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- Bootstrap-spreizung kann Schätzfehler unterschätzen
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**Kausalität & Generalisierbarkeit:**
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- Keine kausale Trennung von atmosphärischer Dämpfung und Gerätedrift möglich
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- Ergebnisse nur lokal übertragbar
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**Praktische Fallstricke:**
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- Windvibrationen führen zu Resonanzartefakten
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- Akku‑Kapazität begrenzt Laufzeit bei niedriger Temperatur
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- Kondensation am LNB kann Dämpfung erhöhen
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## Nächste Schritte & Erweiterungen
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**Geplante Experimente:**
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- Wiederholung bei klarer Witterung im Frühjahr
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- Vergleichsmessung auf höherem Gelände ohne Wasserreflexion
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**Analyseziele:**
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- Automatische Driftkorrektur entwickeln
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- Langzeitverlauf über mehrere Nächte auswerten
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**Regression & Modellierung:**
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- Temperatur vs. Frequenzdrift lineare Regression
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- Modellierung des Rauschpegels nach Umgebungsparametern
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**Community-Beiträge:**
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- Offene Datenveröffentlichung der Logs
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- Bereitstellung von Mess-Templates und Sicherheitschecklisten
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