فهم تحليل دوبلر – ألغاز في السماء

نقوم في كثير من الأحيان بنشر بيانات عبر الإنترنت تظهر نتائج تحليل دوبلر. يمكن أن تكون المفاهيم مخيفة بعض الشيء عند فهمها، ولكن مع القليل من الشرح يمكن لأي شخص الوصول إليها.

اقرأ أكثر: فهم تحليل دوبلر

ما هو تأثير دوبلر؟

عندما يصدر شيء ما إشعاعًا كهرومغناطيسيًا ويتحرك بالنسبة إلى مراقب، فإن الطول الموجي المرصود للإشعاع المنبعث سيكون مختلفًا. بشكل أساسي، عندما تتحرك الأشياء، تؤثر حركتها على كيفية وصول موجات الإشعاع إلى المراقب. إذا كانت تتحرك باتجاه بعضها البعض فإن قمم الموجات تصل على التوالي في وقت مبكر مما يقلل الطول الموجي الملاحظ. إذا كانت الأجسام تتحرك بعيدا عن بعضها البعض يحدث العكس ويزداد الطول الموجي.

فكيف ينطبق هذا على مراقبة الأقمار الصناعية؟ تخيل أنك في محطة قطار كبيرة جدًا بها عدد لا نهائي من المسارات القادمة والمغادرة من المحطة في كل الاتجاهات. الشرق والغرب والشمال والجنوب وحتى في السماء وأسفل في الأرض. تخيل أيضًا أنك تستمع إلى صفارات كل هذه القطارات التي تمر عبر المحطة. البعض يتحرك بسرعة والبعض الآخر بطيء وكلها تسير في اتجاهات مختلفة. نظرًا لأن الجميع تقريبًا قد اختبروا درجة صوت صفارات الإنذار، فسوف تتغير بناءً على التغير في سرعة القطار أثناء مروره بالقرب منك. إذا كنت منتبهًا حقًا، فسوف تلاحظ أن درجة حرارة جميع القطارات القادمة والذهاب مختلفة اعتمادًا على توجهها إليك، وسرعتها، وحتى إذا قررت التجول في المحطة والتحرك بنفسك.

باستخدام هذه المعرفة، يمكن للمرء استخدام تأثير دوبلر لرسم مسارات القطار أثناء مروره وتحديد أي منها خاصة إذا كان يتبع جداول زمنية ويسير على مسارات محددة مسبقًا. وهذا ما نقوم به لتتبع الأقمار الصناعية بتأثير دوبلر. بدلاً من الصفارات، تحتوي الأقمار الصناعية على أجهزة إرسال لاسلكية. بدلًا من المسارات، لديهم مدارات يتم حبسهم فيها بواسطة قوة الجاذبية. هذه المدارات دورية ويمكن التنبؤ بها. لذلك، إذا كنت تعرف كيفية حركتك ولاحظت البيانات من جهاز إرسال الراديو الخاص بالقمر الصناعي، فيمكنك مقارنة ذلك بعدد كبير من التخمينات حول المدار الموجود فيه والعثور على التطابقات التي تناسب المدار بشكل أفضل. إذا كانت لديك قائمة بالأقمار الصناعية المعروفة في مدارات معروفة، فيمكنك مقارنة تلك القائمة بالبيانات التي تجمعها للعثور على أفضل تطابق أيضًا.

كل ما يجري هو مراقبة منتظمة للتغير في تردد البث الراديوي للقمر الصناعي ومن ثم مقارنتها بعدد كبير أو تخمينات مدروسة للعثور على أفضل تخمين مناسب للبيانات.

فهم مؤامرات تحليل دوبلر

يقدم ما يلي عرضًا موجزًا ​​لتوجيه القارئ حول ما يعرضه التردد الراديوي لأدوات الأقمار الصناعية (STRF) الخاص بـ Cees Bassa نتيجة لتحليل دوبلر للإشارة. يجب أن يوفر هذا للقارئ سياقًا كافيًا لفهم العرض في ضوء تعليقاتنا السابقة.

توفر مخططات دوبلر المذكورة أعلاه بيانات تردد دوبلر الأولية (المحور y الأيسر) ومعدل المدى الناتج (سرعة خط البصر) على المحور y الأيمن. المحور السيني هو الوقت في التاريخ اليولياني المعدل (MJD).

التردد أمر بديهي لأنه البيانات التي نجمعها باستخدام الراديو والهوائي الخاص بنا من القمر الصناعي. معدل النطاق أكثر منفرجة قليلاً. يمكن أيضًا وصف معدل المدى بشكل أفضل على أنه خط سرعة الرؤية بين شيئين. أي السرعة الناتجة في ذلك الوقت لشيئين يتحركان بالنسبة لبعضهما البعض. يخبرنا تردد دوبلر مباشرة عن سرعة خط البصر هذا وهو ما يستخدم فعليًا لمقارنة النماذج المدارية بها.

يعد التاريخ اليولياني المعدل (MJD) نظامًا زمنيًا سهل الاستخدام من الناحية الحسابية يسمح بحساب الوقت المتتالي بسهولة استنادًا إلى حقبة محددة (تاريخ البدء) للنظام. يستخدم MJD كثيرًا في علم الفلك والملاحة الفضائية.

داخل المؤامرة يتم تحديد الخطوط البيضاء (النقاط) بيانات دوبلر. الخط الرمادي هو منحنى دوبلر المتوقع عندما يكون الجسم تحت أفق المراقب. تظهر مقاطع الخط الأحمر عندما يكون الجسم فوق أفق المراقب.

تعرض كتلة عنصر الخطين العناصر المدارية “القالبة” الحالية التي يتم تصميمها. إذا كنت تريد معرفة المزيد، راجع مقالتي عن الديناميكيات المدارية الأساسية. يمكن للمستخدم استخدام مدارات القالب والمدارات القديمة لتحديث وتغيير الإعدادات أيضًا بناءً على المعرفة والحدس.

تسمح كتلة العناصر المجهزة للمستخدم بتحديد العناصر التي يجب تركيبها لتناسب البيانات بشكل أفضل. يتيح الاختيار الدقيق لهذه الفهم للديناميكيات المدارية للمستخدم العثور على أفضل ملاءمة صحيحة لمجموعة البيانات.

تسمح كتلة مسار السماء للمستخدم بتصور مسار القمر الصناعي عبر سماء المراقب أثناء أوقات وجود البيانات. وهذا مفيد عند المقارنة بمصادر البيانات الأخرى مثل موضع الهوائي وما إلى ذلك.

توفر كتلة نتائج التحليل الملخص الأساسي لتحليل دوبلر الحالي. القياسات هي العدد الإجمالي لعينات دوبلر في التحليل. التردد هو التردد المنبعث من المركبة الفضائية المقاس بمجرد حساب دوبلر. rms هو خطأ مربع جذر متوسط ​​البيانات مقارنة بالنموذج. TCA هو وقت الاقتراب الأقرب إلى محطة الرصد التي تجري التحليل. الاسم ورقم COSPAR لمحطة الرصد هو التالي. يعني RED 8049 أن بيانات محطة المراقبة 8049 موجودة. إذا ساهمت محطة أخرى أيضًا ببيانات، فسيتم استخدام رقمها ولون مختلف لتمثيل ذلك.

لفهم مدى جودة أو سوء التحليل، انظر إلى رقم rms. كلما كان ذلك أفضل.

ما مدى دقة تحليل الدوبلر؟

ويعتمد تحليل دوبلر الدقيق على قيام الراصد بتسجيل عينات ترددية دقيقة للغاية لإشارة القمر الصناعي المرصودة. ولذلك، مطلوب استخدام ساعة دقيقة للغاية للتوقيت. في حالتي أستخدم مذبذب GPS المشار إليه لأداء هذه الوظيفة. وهذا يؤدي إلى المصدر الآخر للخطأ، وهو المركبة الفضائية نفسها. لا تحتوي معظم المركبات الفضائية الموجودة في مدار الأرض والمدار القمري عادةً على مذبذبات راديوية فائقة الثبات. والسبب هو أنهم لا يحتاجون إلى ذلك عادةً لأن محطات التحكم ستستخدم طرقًا أخرى لتحديد المدى ومعدل المدى للمركبة الفضائية مثل دوبلر ثنائي الاتجاه الذي يستخدم جهاز إرسال واستقبال على المركبة الفضائية وبالتالي يلغي مذبذب المركبة الفضائية كمصدر للإشارة. خطأ. ومع ذلك، في حالتنا نحن نقتصر على دوبلر أحادي الاتجاه ويجب أن نتعامل مع الأخطاء. إذا كنت تريد معرفة المزيد، فاقرأ نطاق NASA JPL وملاحظات تتبع دوبلر.