Jord-måne-jord kommunikation

Earth–Moon–Earth Communication ( EME ) , även känd som Moon Bounce , är en radiokommunikationsteknik som bygger på utbredning av radiovågor från en jordbaserad sändare riktad via reflektion från månens yta tillbaka till en jordbaserad sändare. mottagare .

Historia

Användningen av månen som en passiv kommunikationssatellit föreslogs av WJ Bray vid British General Post Office 1940. Man beräknade att med den tillgängliga mikrovågsöverföringseffekten och lågbrusmottagare skulle det vara möjligt att stråla mikrovågssignaler upp från Jorden och reflektera dem från månen. Man trodde att åtminstone en röstkanal skulle vara möjlig.

Radarreflektioner från månen mottogs och kändes igen som sådana 1943 under tyska experiment med radiomätutrustning, som rapporterats av Dr. Ing. W. Stepp i tidningen Der Seewart . Stepp noterade en "störning", som "uppstod, hade en varaktighet på flera impulser och större impulsstyrka än de starkaste närliggande målen. Den uppträdde inte förrän cirka två sekunder efter att sändaren slagits på och försvann (pulserande) i motsvarande grad senare efter stängde av den. Men resten av ekobilden dök upp och försvann när sändaren slogs på/av. "Störningen" inträffade bara när antennen var riktad mot öster, och den försvann omedelbart efter en större riktningsändring , men dök upp igen bara cirka två sekunder efter att ha roterat tillbaka till den ursprungliga riktningen. Tydligen hade vi upptäckt den stigande månen bakom molnen med utrustningen. Det förklarade det gradvisa försvinnandet av impulserna genom att den reflekterande kroppen långsamt rörde sig ut ur den starkt fokuserade, horisontellt riktad stråle, när den stiger över horisonten."

Det var dock inte förrän i slutet av andra världskriget som tekniker speciellt avsedda för syftet att studsa radarvågor från månen för att visa deras potentiella användning inom försvar, kommunikation och radarastronomi utvecklades. Det första framgångsrika försöket utfördes i Fort Monmouth , New Jersey, den 10 januari 1946, av en grupp med kodnamn Project Diana , ledd av John H. DeWitt . Den följdes mindre än en månad senare, den 6 februari 1946, av ett andra framgångsrikt försök, av en ungersk grupp ledd av Zoltán Bay . Communication Moon Relay- projektet som följde ledde till mer praktiska användningsområden, inklusive en teletyplänk mellan marinbasen i Pearl Harbor , Hawaii och United States Navy- högkvarter i Washington, DC. Dagarna före kommunikationssatelliter , en länk fri från jonosfärernas nycker spridningen var revolutionerande.

Utvecklingen av kommunikationssatelliter på 1960-talet gjorde denna teknik föråldrad. Men radioamatörer tog upp EME-kommunikation som en hobby; den första amatörradio- moonbounce-kommunikationen ägde rum 1953, och amatörer över hela världen använder fortfarande tekniken.

Aktuell EME-kommunikation

EME SSB Transmission
En enda sidbandskontakt mellan IZ1BPN i Italien och PI9CAM vid Dwingeloo Radio Observatory, som mottagits från PI9CAM:s plats. PI9CAM:s transmission växlas upp i tonhöjd något för att kompensera för att IZ1BPN:s transmission växlas ner av Dopplereffekten . I slutet av PI9CAMs sändning kan du höra ekot av hans signal som återvänder från månen med en lägre tonhöjd på grund av Dopplereffekten.
Problem med att spela upp den här filen? Se mediahjälp .

Amatörradiooperatörer (skinka) använder EME för tvåvägskommunikation . EME innebär betydande utmaningar för amatöroperatörer som är intresserade av svag signalkommunikation. EME tillhandahåller den längsta kommunikationsvägen som två stationer på jorden kan använda.

Amatörfrekvensband från 50 MHz till 47 GHz har använts framgångsrikt, men de flesta EME-kommunikationer är på 2 meter , 70-centimeters eller 23-centimetersbanden . Vanliga moduleringslägen är kontinuerliga vågor med morsekod, digital ( JT65 ) och när länkbudgetarna tillåter, röst.

De senaste framstegen inom digital signalbehandling har gjort det möjligt för EME-kontakter, visserligen med låg datahastighet, att ske med effekter i storleksordningen 100 watt och en enda Yagi–Uda-antenn .

World Moon Bounce Day, 29 juni 2009, skapades av Echoes of Apollo och firades över hela världen som en händelse som föregick 40- årsdagen av Apollo 11 -månlandningen. En höjdpunkt under firandet var en intervju via månen med Apollo 8 -astronauten Bill Anders , som också ingick i reservteamet för Apollo 11. University of Tasmania i Australien med sin 26-meters (85') skål kunde studsa en datasignal från månens yta som togs emot av en stor skål i Nederländerna, Dwingeloo Radio Observatory . Datasignalen löstes framgångsrikt tillbaka till data som satte ett världsrekord för den lägsta effektdatasignalen som returnerades från månen med en sändningseffekt på 3 milliwatt, ungefär 1 000:e av effekten hos en ficklampa . Den andra World Moon Bounce Day var den 17 april 2010, vilket sammanföll med 40-årsdagen av avslutandet av Apollo 13-uppdraget.

I oktober 2009 föreslog mediekonstnären Daniela de Paulis till CAMRAS radioamatörförening baserad på Dwingeloo Radio Observatory att använda Moon Bounce för en live-bildöverföring. Som ett resultat av hennes förslag gjorde CAMRAS radiooperatör Jan van Muijlwijk och radiooperatör Daniel Gautchi i december 2009 den första bildöverföringen via månen med hjälp av programvaran MMSSTV med öppen källkod. De Paulis kallade den innovativa tekniken "Visual Moonbounce" och sedan 2010 har hon använt den i flera av sina konstprojekt, inklusive liveframträdandet som heter OPTICKS, under vilket digitala bilder skickas till månen och tillbaka i realtid och projiceras live .

Ekofördröjning och tidsspridning

Radiovågor fortplantar sig i vakuum med ljusets hastighet c , exakt 299 792 458 m/s. Utbredningstiden till månen och tillbaka varierar från 2,4 till 2,7 sekunder, med ett genomsnitt på 2,56 sekunder (medelavståndet från jorden till månen är 384 400 km).

Månen är nästan sfärisk och dess radie motsvarar cirka 5,8 millisekunders vågrörelsetid. De bakre delarna av ett eko, som reflekteras från oregelbundna ytegenskaper nära månskivans kant, fördröjs från framkanten med så mycket som två gånger detta värde.

Det mesta av månens yta verkar relativt slät vid de typiska mikrovågsvåglängder som används för amatör-EME. De flesta amatörer gör EME-kontakter under 6 GHz, och skillnader i månens reflektionsförmåga är något svåra att urskilja över 1 GHz.

Månreflektioner är till sin natur kvasi- spekulära (som de från ett glänsande kullager). Den kraft som är användbar för kommunikation reflekteras mestadels från ett litet område nära mitten av skivan. Den effektiva tidsspridningen för ett eko uppgår till högst 0,1 ms.

Antennpolarisering för EME-stationer måste beakta att reflektion från en slät yta bevarar linjär polarisering men omvänder känslan av cirkulära polarisationer .

Vid kortare våglängder verkar månens yta alltmer sträv, så reflektioner vid 10 GHz och över innehåller en betydande diffus komponent såväl som en kvasi-spekulär komponent. Den diffusa komponenten är depolariserad och kan ses som en källa till lågnivåsystembrus. Betydande delar av den diffusa komponenten kommer från områden längre ut mot månkanten. Mediantidsspridningen kan då vara så mycket som flera millisekunder . I alla praktiska fall är emellertid tidsspridningen tillräckligt liten för att den inte orsakar signifikant utsmetning av CW -nyckel eller intersymbolinterferens i de långsamt nycklade moduleringar som vanligtvis används för digital EME. Den spridda komponenten kan uppträda som betydande brus vid högre meddelandedatahastigheter.

EME-tidsspridning har en mycket betydande effekt. Signalkomponenter som reflekteras från olika delar av månens yta färdas olika långt och anländer till jorden med slumpmässiga fasförhållanden. Eftersom den relativa geometrin för den sändande stationen, den mottagande stationen och den reflekterande månytan ändras, adderas och ibland avbryter signalkomponenter, beroende på deras fasförhållande , och skapar stora amplitudfluktuationer i den mottagna signalen. Dessa "libration fading" amplitudvariationer är väl korrelerade över koherensbandbredden ( typiskt några kHz). Libreringsfädningskomponenterna är relaterade till tidsspridningen av reflekterade signaler .

Modulationstyper och frekvenser för EME

VHF

UHF

Mikrovågsugn

Andra faktorer som påverkar EME-kommunikation

Dopplereffekten vid 144 MHz-bandet är 300 Hz vid månens uppgång eller månnedgång. Dopplerförskjutningen går till runt noll när månen är ovanför. Vid andra frekvenser kommer andra dopplerförskjutningar att finnas. Vid månuppgång kommer returnerade signaler att förskjutas cirka 300 Hz högre i frekvens. När månen korsar himlen till en punkt rakt söderut eller rakt norrut närmar sig dopplereffekten noll. Vid månnedgång förskjuts de 300 Hz lägre. Dopplereffekter orsakar många problem när man ställer in och låser sig på signaler från månen.

Polarisationseffekter kan minska styrkan på mottagna signaler. En komponent är den geometriska inriktningen av sändnings- och mottagningsantennerna. Många antenner producerar ett föredraget polarisationsplan. Antenner för sändande och mottagande stationer kanske inte är inriktade från en observatörs perspektiv på månen. Denna komponent är fixerad genom inriktningen av antennerna och stationer kan inkludera en möjlighet att rotera antenner för att justera polarisation. En annan komponent är Faraday-rotation på jorden-månen-jord-banan. Polariseringsplanet för radiovågor roterar när de passerar genom joniserade lager av jordens atmosfär. Denna effekt är mer uttalad vid lägre VHF-frekvenser och blir mindre signifikant vid 1296 MHz och uppåt. En del av förlusten av polarisationsmissanpassning kan minskas genom att använda en större antennuppsättning (fler Yagi-element eller en större skål).

Galleri

  • An array of 8 Yagi antennas for 144 MHz EME at EA6VQ, Balearic Islands, Spain

    En uppsättning av 8 Yagi-antenner för 144 MHz EME vid EA6VQ, Balearerna, Spanien

  • A part of 144 MHz EME antenna array at WA6PY in California, USA

    En del av 144 MHz EME antennuppsättning vid WA6PY i Kalifornien, USA

  • A dish antenna for microwave EME work at WA6PY, California, USA

    En parabolantenn för mikrovågs-EME-arbete på WA6PY, Kalifornien, USA

  • A dish antenna for UHF EME at I2FZX, Milan, Italy

    En parabolantenn för UHF EME på I2FZX, Milano, Italien

  • Amateur Radio antenna array used for Earth–Moon–Earth communication on 144 MHz. Location Kilafors in Middle Sweden.

    Amatörradioantennmatris som används för jord-måne-jord-kommunikation på 144 MHz. Läge Kilafors i Mellansverige.

  • Amateur Radio antenna array used for Earth–Moon–Earth communication on 144 MHz. Location Jäder, Middle Sweden.

    Amatörradioantennmatris som används för jord-måne-jord-kommunikation på 144 MHz. Plats Jäder, Mellansverige.

  • Amateur Radio antenna array used for Earth–Moon–Earth communication on 144 MHz. Location Staffanstorp, South Sweden.

    Amatörradioantennmatris som används för jord-måne-jord-kommunikation på 144 MHz. Plats Staffanstorp, Sydsverige.

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Earth–Moon–Earth_communication&oldid=1139067821 "