Wie kann man anhand dieses SDR-Spektrogramms wissen, dass Chang'e-4 in "Locked to the Queqiao" war?

Zum Beispiel http://www.svengrahn.pp.se/trackind/Selene/Selene.html

Der Grund für die Frequenzsprünge - eine Hypothese Warum springt die Frequenz plötzlich kurz vor dem Signalverlust? Die Geschwindigkeit relativ zur Erde, wenn die Sonde hinter dem Mond verschwindet, beträgt etwa 1,54 km/s. Am Äquator beträgt die Umfangsgeschwindigkeit natürlich ca. 0,45 km/s, aber bei 59 N und 70 Grad Mondhöhe lassen wir diesen Effekt zunächst außer Acht. Wenn also der Selene-Sender nicht mit einem Uplink verbunden wäre, würde der Träger um 11,6 kHz nach unten verschoben. Wenn der Downlink auf einen festfrequenten Uplink eingerastet wäre, würde sich die Frequenz um weitere 10,7 kHz nach unten verschieben (man muss das Turnaround-Verhältnis 240/221 berücksichtigen), wobei wiederum der Einfluss der Erdrotation vernachlässigt wird. So, kurz vor LOS wird die Aufwärtsstrecke abgeschaltet und der Selene-Transponder kehrt zu seiner freilaufenden Sendefrequenz zurück und die Abwärtsverschiebung der Aufwärtsstrecke verschwindet. Deshalb springt die Frequenz um 10-13 kHz nach oben. Ich denke, die Tatsache, dass es nicht immer über + 11 kHz liegt, hängt möglicherweise damit zusammen, welche Antenne den Uplink bereitstellt und wo sie sich in Bezug auf den Mond befindet.

Aber warum sehen wir keine ähnlich großen Sprünge in der Nähe von AOS? Er beobachtete Frequenzsprünge, die viel kleiner sind, oft nur wenige kHz. Ich denke, dass die Uplink-Sendefrequenz so angepasst wird, dass die Downlink-Frequenz nicht sehr stark springt. Dies vereinfacht die Erfassung des Empfängers am Boden.

Ein vollständiger Doppler-Zyklus während eines Durchgangs über den Mond Im Wasserfallbild unten habe ich alle Interferenzen herausgeschnitten (während sie noch in der Spektrumanzeige sichtbar sind) und jedes Pixel, an dem der Träger sichtbar war, von Hand bearbeitet, indem ich es gelb gemacht habe. Wenn die Anzeige so langsam läuft (12 Sekunden zwischen den Aktualisierungen) und das Signal sehr nahe an der Lautstärke schwankt, fängt die Anzeige den Träger ziemlich selten. Übersicht und Signalklarheit stimmen also nicht ganz überein, wenn das Signal so schwach ist. Jedenfalls ist der 13-kHz-Frequenzsprung kurz vor dem Signalverlust deutlich zu sehen.

TL;DR: Die Handlung zeigt, dass Chang'e 4 nicht an eine externe Quelle gebunden ist, sondern seine eigene integrierte Uhr zum Senden von Daten verwendet.

Um dies zu beantworten, können wir den Relaissatelliten Queqiao ignorieren und annehmen, dass wir eine direkte Verbindung zwischen der Erde Chang'e-4 haben. Wir behandeln Queqiao nur als eine Art passiven Spiegel für das Signal.

Die Sinusform wird durch den Doppler-Effekt erzeugt, wenn sich der Satellit im Orbit um den Mond befindet. Die Umlaufgeschwindigkeit beträgt etwa 1,5 km/s. Das ist die Geschwindigkeit, mit der er sich uns nähert, wenn er sichtbar wird, und die Geschwindigkeit, mit der er sich von uns entfernt, kurz bevor er hinter dem Mond verschwindet.

Die Gesamtgeschwindigkeitsänderung ist daher$\Delta v =$3 km/s, was sich in eine Dopplerverschiebung von umwandelt

Viele Raumsonden arbeiten in einem Modus, in dem sie ein Signal von der Erde empfangen und genau die Frequenz des empfangenen Signals verwenden, um ihre Daten zurückzusenden. Wenn diese kein Signal empfangen, verwenden sie ihre eigene integrierte Uhr, um das Signal zu erzeugen. Da zwei getrennte Uhren niemals genau gleich sind, kann der Wechsel zwischen beiden Modi als Frequenzsprung im Spektrum sichtbar sein.

In beiden Modi ist die beobachtete Amplitude der Doppler-Verschiebung unterschiedlich: Wir haben die Verschiebung im Fall des "entriegelten" Senders berechnet - das Raumschiff sendet immer auf der gleichen Frequenz, aber aufgrund seiner Bewegung beobachten wir eine sich ändernde Frequenz. Im "Locked"-Modus würden wir die Dopplerverschiebung doppelt sehen: Sie wird verdoppelt, weil das Raumschiff bereits ein sich änderndes Frequenzsignal von der Erde empfängt und dann diese Verschiebungsfrequenz verwendet, um ein Signal zu senden, das auf dem Weg zurück zu uns erneut Doppler-verschoben ist . Dies ist bei Chang'e 4 eindeutig nicht der Fall.

Diese "doppelte Doppler"-Verschiebung ist zum Beispiel in dieser Aufnahme der Beresheet-Sonde sichtbar , wiederum von Edgar Kaiser @df2mz. Sie können sehen, wie das empfangene Signal zwei getrennten Sinuskurven folgt: Eine mit größerer Amplitude für den "eingeregelten" Betrieb und eine zweite mit halber Amplitude während "entriegelter" Phasen.

Nun haben wir angenommen, dass Queqiao nur ein "passiver Spiegel" für das Signal ist. Dass das nicht stimmt, zeigt ein Hinweis im Diagramm: Zweimal, genau dann, wenn das Signal verschwindet, sehen wir einen plötzlichen Sprung in der Frequenz (die beiden kurzen, weißen Striche). Dies scheint der Wechsel zwischen "Queqiao ist an Chang'es Signal gebunden" und "Queqiao verwendet seine eigene Uhr" zu sein, um Daten zu senden.

Fußnote: Danke an @df2mz für das Gespräch und den Hinweis, dass ich bei meinem ersten Versuch, dies zu schreiben, die falsche Lichtgeschwindigkeit verwendet habe.