Was verursacht "Nord-Süd-Mehrdeutigkeit", wenn das Doppler-Radar einen Äquator auf der Planetenoberfläche abbildet?

Es ist eine großartige Frage!

Die Delay-Doppler-Bildgebung ist eine Technik zur Erzeugung einer Art Bild, das die Topographie eines rotierenden Körpers darstellt, normalerweise wenn er so weit entfernt ist, dass es keine Möglichkeit gibt, das Objekt mit herkömmlicher Bildgebung, Radar oder Optik aufzulösen.

Ein starkes Radarsignal wird von der Erde zu einem Asteroiden oder Planeten gesendet, und das reflektierte Signal, das zur Erde zurückkehrt, wird aufgezeichnet und analysiert. Die „Spezialsoße“, die das Funktionieren der Technik ermöglicht, ist die Pseudozufallssequenz, die in die Modulation des ausgehenden Signals codiert ist. Unter Verwendung von Korrelationstechniken kann man reflektierte Komponenten aus einer Reihe unterschiedlicher Verzögerungen aufgrund unterschiedlicher Entfernungen zu jedem Teil des Planeten und unterschiedlicher Dopplerverschiebungen aufgrund unterschiedlicher projizierter (radialer) Geschwindigkeiten jedes Teils des Planeten extrahieren.

Die Rohdaten sind ziemlich chaotisch, aber nachdem Sie den Körper aufgezeichnet haben, der sich um einen beträchtlichen Bruchteil einer vollen Umdrehung dreht, können Sie mithilfe von Modellen ein rekonstruiertes Bild der Topographie des Planeten wiederherstellen.

Der schwierige Teil ist, dass Sie zwar durch die Doppler-Verschiebung eine Ost-West- Unterscheidung erhalten, da sich eine Seite auf Sie zubewegt, während sich die andere von Ihnen wegbewegt (vorausgesetzt, die Rotationsachse ist "oben-unten"), es jedoch keine einfache Möglichkeit gibt, den Unterschied zwischen ihnen zu erkennen zwei Halbkugeln im reflektierten Signal.

Somit bedeutet die Nord-Süd- Mehrdeutigkeit, dass es keinen zeitlichen Unterschied zwischen einem Signal gibt, das von der oberen Hemisphäre und der unteren reflektiert wird. Sagen wir bei 50 Grad Nord und 50 Grad Süd. Die Signale hätten BEIDE die gleiche Verzögerung (da sie gleich weit entfernt sind) und die gleiche Dopplerverschiebung (da sie beide mit der gleichen Geschwindigkeit rotieren).

Denken Sie daran, dass für ein kugelähnliches Objekt mit Radius R, dessen Achse senkrecht zu uns steht, die projizierte Sichtliniengeschwindigkeit (Radialgeschwindigkeit) wie folgt ist:

Wo$T$ist der Zeitraum,$\phi$ist der Breitengrad und$\lambda$ist der Längengrad. Es ist symmetrisch um den Äquator (Cosinus-Verhalten), aber es variiert monoton von Ost nach West (Sinus).

Es gibt jedoch Lösungen dafür, wenn das Objekt groß genug ist. Wenn Sie eine riesige Schüssel haben und das Objekt eine Winkelgröße im gleichen Maßstab wie die Strahlbreite Ihrer Schüssel hat, können Sie Daten aufzeichnen, indem der Strahl zuerst eine Hemisphäre stärker beleuchtet, dann die andere. Das liefert einige zusätzliche Informationen, und mit Subtraktion und ausreichender Modellierung kann man die Nord-Süd-Mehrdeutigkeit überwinden.

Ist die Rotationsachse des Körpers natürlich schräg auf uns zu oder von uns weg orientiert, dann ist die Symmetrie gebrochen und die Mehrdeutigkeit lässt sich teilweise auch auflösen.

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Hinweis: Diese beiden Bilder müssen nicht unbedingt die gleiche Ausrichtung haben.