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Laserentfernungsmessung Erde Mond

124 Beiträge ▪ Schlüsselwörter: Laserentfernungsmessung Erde Mond ▪ Abonnieren: Feed E-Mail

Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 14:52
Hi,

@Holzer2.0
Du vermutest gut, siehe dazu auch: http://www.fesg.bv.tum.de/91872--~fesg~forschung~llr.html (Archiv-Version vom 07.01.2014)

Da werden die Probleme erklärt und auch, wie man mit einer Handvoll Photonen solche Messungen macht.
So sieht das aus:
lbeam

Leseprobe für Linkphobiker:
Ein einzelner Sendepuls enthält etwa 1018 Photonen, die sich auf dem Hin- und Rückweg durch die refraktive, dispersive und turbulente Atmosphäre bewegen. Die Laufzeit eines Laserpulses beträgt bei einer mittleren Mondentfernung etwa 2.55 Sekunden, sie kann auf 10-10 Sekunden genau gemessen werden, unter günstigen Bedingungen sogar um einen Faktor 3 besser.

Die heute eingesetzten Nd:YAG-Festkörperlaser werden mit einer Pulsfolgefrequenz von 10 Hz betrieben, so daß während der Laufzeit eines Pulses von 2.55 Sekunden rund 25 Pulse unterwegs sind. Das macht eine ausgeklügelte Sende/Empfangsumschaltung auf der Bodenstation erforderlich, die das Feuern des Lasers mit den Zeitpunkten für den Empfang der Echos entsprechend synchronisieren und verhindern muß, daß Teile des Sendesignals die sensiblen Detektoren erreichen.

Die hohe Sendeenergie ist nötig, weil wegen der nicht zu vermeidenden sendeseitigen Strahlaufweitung die Photonen auf eine Fläche von rund 70 km2 auf der Mondoberfläche verteilt werden. Dieser ausgeleuchteten Fläche steht die geringe wirksame Reflektorfläche von ca. 1 m2 gegenüber. Auf dem Rückweg vom Mond wird die reflektierte Energie geometrisch ähnlich ungünstig verteilt. Von der auf der Erde ausgeleuchteten Fläche wird nur der durch die Apertur des Empfangsteleskops (typische Öffnungen 0.75 - 1.5 m) definierte Bruchteil für die Detektion nutzbar.

Da die Nd:YAG-Festkörperlaser einen Laserübergang im nahen Infrarot bei lambda1 = 1.064 µm haben und herkömmliche Photomultipler in diesem Bereich nicht empfindlich sind, muß durch einen optischen Kristall mit nichtlinearen Eigenschaften eine Frequenzverdoppelung vorgenommen werden. Damit liegt die Arbeitswellenlänge bei lambda2 = 0.532 µm, was einem leuchtenden Grün entspricht (s. Abbildung 1).
-TR


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 14:58
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Die Lichter der Großstätte fallen genauso auf dem Spiegel, da gibs keine Richtung.
Aber sie werden in Richtung der Großstädte zurückreflektiert.


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 14:59
@Primpfmümpf

Eine sinvolle Signalprozessierung gehört natürlich schon dazu. Eine erster Anfang bei einer Frequenz von 10 Hz ist schoneinmal ein Tiefpassfilter höherer Ordnung damit hochfrequentes Rauschen unterdrückt wird.

Bzw. könnte man bei einem bekannten Ausgangssignal einen Lock-in Verstärker benutzten der einen extrem schmalbandigen Bandpassfilter darstellt so dass praktisch nur Empfangssignale verstärkt werden die eine Frequenz von 10 Hz haben. Somit können schon viele Störsignale ausgefiltert werden.

Wikipedia: Lock-in-Verstärker

Mit einem Lock-in können extrem schwache Signal selbst aus tiefem Rauschen herausgefiltert werden.

Schnöde Systemtheorie ;)


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 15:04
@mojorisin
@Primpfmümpf

Wie die Messung erfolgt, die Probleme die auftreten und wie man sie in den Griff bekommt werden alle im Link von @Total_Recall dargestellt.


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 15:07
@mojorisin

die 10 Herz sind nur die Frequenzen der impulse, also 10 stück pro sekunde.

Unzwar von frequentierten Licht. Jeder Impuls hat nochmal die Lichtfrequenzen, wie z.B grünes Licht mit 612,5–522,5 Thz. So wenn nun viel mehr gelbes Störungslicht(Städte) dabei ist, auch wenn dieses nur eine Frequenz von 522,5–513,5 THz hat, so überlagern sich diese "gelben" frequenzen und addieren sich, so, dass der Frequenzbereich des Grünen Lichts ein unfilterbarer Frequenzwert bleibt.


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 15:12
@Primpfmümpf

Lese den Link!
Da steht z.B. das das Laserlicht mit einem Filter mit einer Bandbreite von 0.1nm herausgefiltert wird! Somit kommt da praktisch nur das Licht mit der Wellenlänge des Lasers an.


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 15:13
welchen link? @abc997


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 15:14
Dieser Link: http://www.fesg.bv.tum.de/91872--~fesg~forschung~llr.html (Archiv-Version vom 07.01.2014)


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 15:21
@Primpfmümpf
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:die 10 Herz sind nur die Frequenzen der impulse, also 10 stück pro sekunde.
Richtig und diese Information kann genutzt werden um zu ermitteln ob Photonen von dem Augangssignal stammen oder nicht. ZUmindest grob gesagt. Natürlich ist die Signalauswertung bei einem derart schwachen Signal noch weitaus aufwändiger aber eben nicht unmöglich.

Aber im Prinzip wird schon so eine Art Lock in Prinzip benutzt in dem man in bestimmten Zeit und Frequenzfenstern sucht. (Pulsmodulierung) Dann werden noch optische Filter eingesetzt die nur Photonen der bestimmten WEllenlänge durchlassen (Frequenz der Photonen selber)

Wikipedia: Lunar Laser Ranging#Auswertung der LLR-Messung


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 15:29
@mojorisin

10 Herz, also 10 Impulse. Was ist das schon?

Jede Halogenlampe pulsiert mit 50hz/60hz, so ungefair. Jeglicher Laserimpuls der Anlage geht unter den addierten Implulsen der städte beleuchtung unter. Genauso sieht das bei den Lichtfrequenzen aus. Da ist es egal ob der Laser rot, grün oder blau ist. Es kommt nur ein oder zwei Photone zurück die bestimmt nicht rot, grün oder blau sind. Laut wikipedia nur 0,7 Photone.
Ja welche Farbe hat eigendlich so ein Photon?


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 15:33
@Primpfmümpf
Die von der "umliegender" Beleuchtung erzeugten Photonen sind aber kontinuirlich da... das heist, dass diese auch dann auf dem Detektor gemessen werden, auch wenn der Laser nicht eingeschaltet ist... Das ist in anderen Experimenten als Offset bekannt.
Wird der Laser eingeschaltet, adieren sich zu dem "Offset" oder "Dunkelrauschen" genannt die Laserpulse.

Ob das Photon vom Laser kommt oder von der Umgebenden Beleuchtung, ist nicht relevant und kann auch nicht unterschieden werden... Photonen sind "gleich".


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 15:36
@kubrin.m

Ist dein letzter Satz nicht ein Wiederspruch zum ersten Abschnitt von dir?

Wenn deiner Meinung nach die Photonen der umliegenen Beleuchtung kontinuierlich(also ohne Frequenz?) strahlen und sich somit von der Frequenz der Laserimpulse unterscheiden, wie kann dann laut letzten Satz irelevant sein ob das Photon von der umliegenen Beleuchtung oder vom Laser kommt?


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 15:39
@kubrin.m

sorry jetzt hab ich das erst gerallt

Aber es sind doch mit allen Frequenzen zusammen eine Frequenz von mehreren Milliarden Terraherz. Wie kann man dann noch die paar Terraherz des grünen Lasers als dazu addiert messen können?


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 15:44
@Primpfmümpf
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Wenn deiner Meinung nach die Photonen der umliegenen Beleuchtung kontinuierlich(also ohne Frequenz?) strahlen
Ich glaube da liegt ein Verständnisprobem vor.
Wenn man einen grünen Laserpointer hat dann sagen wir mal haben die Photonen eine Wellenlänge von ~550nm --> Frequenz von 545 THz = 545 * 10^12 Hz.

Trotzdem kanns du deinen grünen Laserpointer z.B. mit 1 Hz pulsen sprich ein und Ausschalten.

Wenn du nun diesen gepulsten Laserpointer auf einen Detektor hälst kannst du ein gepulstes Signal sehen. Wenn allerdings die Intensität sehr schwach ist siehst du eventuell nichts auf dem Detektor. Nun kannst du aber einen Bandpass hinter den Detektor schalten der alle Frequenzen oberhalb und unterhalb von deiner pulsfrequenz abschneidet. Dann kannst du das Lasersignal wider sehen.
Das ist das (sehr grobe) Prinzip eines Lock-in Verstärker.

Das ganze hat aber mit der Frequenz von Photonen nichts zu tun.


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 15:46
Hi,
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Wie kann man dann noch die paar Terraherz des grünen Lasers als dazu addiert messen können?
Das Licht ist moduliert. Wenn du mit einer Taschenlampe am Tage jemandem Morse-Zeichen gibst, dann kann er die auch sehen.
-TR


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 15:47
@mojorisin
Zitat von mojorisinmojorisin schrieb:Nun kannst du aber einen Bandpass hinter den Detektor schalten der alle Frequenzen oberhalb und unterhalb von deiner pulsfrequenz abschneidet.
Meinst du mit "aller Frequenzen" die Störfrequenzen der Umgebungsbeleuchtung?

Wenn ja, wie soll man diese störfrequenzen aus der Laserfrequenz rauscutten?


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 15:49
@Total_Recall
Zitat von Total_RecallTotal_Recall schrieb:Das Licht ist moduliert
Ja jedes oder?


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 15:49
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb: Es kommt nur ein oder zwei Photone zurück die bestimmt nicht rot, grün oder blau sind. Laut wikipedia nur 0,7 Photone.
Ja welche Farbe hat eigendlich so ein Photon?
Die Farbe mit der es weggeschickt wurde natürlich.


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 15:51
@abc997

Ein Photon kann keine Farbe haben weil es von nichts reflektiert werden kann.


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Laserentfernungsmessung Erde Mond

02.10.2012 um 15:52
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Ein Photon kann keine Farbe haben weil es von nichts reflektiert werden kann.
-.-


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