对RF19M3探空火箭实验的质疑
warmonkey2012/03/12喷气推进 IP:广东
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/36626
A TEST OF THE GRAVITATIONAL BLUESHIFT USING AN AIRBORNE CLOCK
集体讨论后,我们一直对这个实验,存在以下疑问:

1.
论文标题说是引力蓝移,但是相对论效应只谈到了引力红移,也就是靠近大质量物体时,时间会变慢。那引力蓝移是什么?
以上描述中,“变慢”则是发生引力红移,“没有变慢”->没有引力红移->没有重力场。
实际上是不存在引力蓝移的,因为没有“负”的重力场。

2.
1028_671713184163494b73007587322af.png
楼主的图和实验数据,说明发射机使用的是大约64MHz的点频CW发射机,消除多普勒频偏后,剩余1.2E-6 Hz的频偏,考虑为引力红移。
这个频偏是在2E-14量级
但是,lz的地面时钟源,新品大约是1E-11/day的长期稳定度。而且依照lz之前的描述,这个模块是二手的。
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/rb_osc_XXXXXXXXXXml

OCXO时钟源为恒温晶体,我这里恰好也有一个一样的。厂家资料是1E-12稳定度
晶体会受到加速度影响,改变自身的频率,这个问题撇开不谈。
两个时钟源都有偏差,就算只考虑偏差最大的地面时钟源,1E-11的误差,会干扰到2E-14量级的引力红移频差。
这个在实验中是如何解决的?

3.实验中需要消除多普勒频偏。但是多普勒频偏的测量,是以精确测定速度矢量为基础的。
如果速度有误,多普勒频差的计算值就会出错。而红移频差 = 测量频差 - 多普勒频差。
多普勒频差(比率) = 物体远离测量站的速度 / 光速
如果要测到多普勒频差1E-13精度,则需要测速精度3E-5
dopp.png
alt.png
根据楼主数据图推断,速度在20-30m/s左右,高度最高点1800m,下落历时600秒
速度矢量误差有两个来源:加速度计误差,位置误差
两者严格来说是联系在一起的,但为了简化问题,先考虑加速度计误差。

3-1:
30m/s * 3E-5 = 1mm/s
目前市场上能购买到的最好的MEMS加速度计,单只售价大约5k RMB,
零点误差是1mg左右,也就是1E-2 m/s^2量级。积分1秒即产生5mm/s速度误差。
假设测量需要保持20秒准确速度读数(实际上是600秒持续测量的时间),
需要使用0.01mg精度的加速度计,MEMS达不到这个性能。

实验使用的惯导单元是ADIS16365,抛开厂家校正问题和MEMS的性能问题不谈,
16bit的数据输出位数,+-18g量程,分辨率3.33mg,显然无法满足测速精度需要。
也就测不出准确的多普勒频偏,进而测不出引力红移。
请问这个问题,是如何解决的?

3-2:
实验使用的是GPS定位,由于GPS信号加扰,LZ的接收机又是L1单段工作(tomtom蓝牙GPS模块),
双段接收机(Holux生产)只能达到0.5m精度,单段一般只有10m精度,刷新率10Hz以下。
位移矢量的侧向误差:0.5m / 1800m  = 3E-5
假设速度测量绝对精确,物体远离基站的速度 = 物体移动速度 (点乘)(基站到发射塔矢量+火箭位移矢量)
那么最后原理基站的速度误差,同样可以达到3E-5量级,足以掩盖引力红移引起的频差。
请问这个误差是如何修正的呢?

4.
鉴频系统问题:采样的时钟,还有采样的噪声,DDS时钟源的相位噪声,都会影响结果。
这些随机是如何消除,从而达到1E-14的频率测量精度的?

5.
飞行器在高空有扰动,惯导/GPS/CW发射机位置也不是严格的重合。
运动过程中的动态误差,是否有观测到,如何消除?
这些误差是有偏向的,不是白噪声特性,不能用简单的平均方法解决。
时间不够,暂且不能给出定量分析,先提出来,后面慢慢补。

希望93能对这些问题,进行解答,以消除大家心中的疑惑。
+10  科创币    jrcsh    2012/03/12 扯扯更健康
+10  科创币    hsldlee    2012/03/13 专业大发去了
+25  科创币    悲剧阿三    2012/03/25 唔……
来自:航空航天 / 喷气推进
17
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~~空空如也
精密制造
12年10个月前 IP:未同步
376217
只有高手才看得懂其中的奥妙哦,我等白菜只能围观。
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wzh19940105
12年10个月前 IP:未同步
376224
一样不要吵起来。心平气和
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虎哥
12年10个月前 IP:未同步
376235
建议楼主普及一下引力红移的理论预测方法,才好与实验数据进行比较。我不是学物理的,临时翻书,算得1000米高差上,频率增量是10E13分之一的量级。当频率很高的时候(例如1000MHz),频率增量约10E-4Hz量级。也就是要在1GHz这样的频率上测量万分之一赫兹的差别。这是个什么概念呢,也就是经过10000秒(67分钟),才能产生1个周期的差异。假设鉴相1度的误差为1%,达到1%的测试精度至少需要28秒的连续测量,而这样高的鉴相精度是安捷伦最顶级的矢量分析仪器尚难企及的高度。当然我可能算错了,只是好奇问问而已。
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精密制造
12年10个月前 IP:未同步
376245
回 3楼(虎哥) 的帖子
是的,即便是忽略了时钟源的漂移,DDS合成的噪声扰动引起的频偏,要单纯实现10E-n级别的鉴频是很不容易的,况且原帖并未采用高频载波。
如果用FFT的方式软鉴频,那么要分辨率到Hz级别的话,必须FFT计算的点数和采样点数相同。110K的采样频率,10E-13的分辨率,抛开实时性不说,估计地球上还没有这种计算机能“实时”计算吧。
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ltl
12年10个月前 IP:未同步
376270
Re:回 3楼(虎哥) 的帖子
引用第4楼精密制造于2012-03-13 08:12发表的 回 3楼(虎哥) 的帖子 :
是的,即便是忽略了时钟源的漂移,DDS合成的噪声扰动引起的频偏,要单纯实现10E-n级别的鉴频是很不容易的,况且原帖并未采用高频载波。
如果用FFT的方式软鉴频,那么要分辨率到Hz级别的话,必须FFT计算的点数和采样点数相同。110K的采样频率,10E-13的分辨率,抛开实时性不说,估计地球上还没有这种计算机能算吧。

这个还是有的……而且很多……随便哪台超算都能……
而且像FFT这种分治算法是可以大规模并行计算的,也就是说,买显卡去吧……
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warmonkey作者
12年10个月前 IP:未同步
376276
注意统一下科学记数法简写,10的负13次方 = 1E-13

FFT关键在于最大相关,细分搜索并非做不到,因为可以搞局部搜索,而不必对整个频域去进行FFT
问题在于,如何克服扰动?哪怕只有一个采样点偏大一个LSB,对于24bit 110ksps来说,仍然是不可接受的误差。
假设采集到的信号长度10秒,NCO输出幅度为2^24采样率110ksps,被测信号幅度2^24-1,采样率相同。
1/(2^24*110E+3*10) = 2.7E-14,已经足以掩盖2E-14量级的红移
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专打贾君鹏
12年10个月前 IP:未同步
376277
我是在十万个为什么上第一次看到引力红移的……是两个物体之间距离远离的时候,在他们之间传播的电磁波频率会降低……
那么引力蓝移现象应该就是反过来吧……两个物体接近的时候,他们之间传播的电磁波频率会升高?

。。我就知道这点。。
-1
科创币
warmonkey
2012-03-13
我说你什么好 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BC%95%E5%8A%9B%E6%99%82%E9%96%93%E8%86%A8%E8%84%B9
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精密制造
12年10个月前 IP:未同步
376281
引用第6楼warmonkey于2012-03-13 10:54发表的  :
注意统一下科学记数法简写,10的负13次方 = 1E-13

FFT关键在于最大相关,细分搜索并非做不到,因为可以搞局部搜索,问题在于,如何克服扰动?哪怕只有一个采样点偏大一个LSB,对于24bit 110ksps来说,仍然是不可接受的误差。
假设采集到的信号长度10秒,NCO输出幅度为2^24采样率110ksps,被测信号幅度2^24-1,采样率相同。
.......

采样的点数直接决定分辨率,“而不必对整个频域去进行FFT"纠正一下,是对时域做FFT不是对频域
局部抽样FFT是可以,但是不能完全反应整个包络的抖动,110KHz,接近30s的采样,如果只抽取1024点,神马也看不出。。
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warmonkey作者
12年10个月前 IP:未同步
376291
准确说是DFT,用最原始的方法,使用定义去计算
也就是直接把已知频率的正弦和余弦信号与输入逐点相乘,然后分别积分,两者平方相加再开放
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xsens
12年10个月前 IP:未同步
376944
建议坛友重复该实验
说"引力蓝移"也是合理的,在火箭远离地球时,发射机频率升高。
个人觉得名词不是问题,重点是实验内容。
测速精度1mm/s几乎不可能做到,除非你有一整个测控网。
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虎哥
12年10个月前 IP:未同步
379144
请航天局尽快拿出结论。这个成果上次我已经对中科院的一堆专家讲了,还盛赞了93一番,人家很感兴趣,如果我满口跑火车,脸就丢大了。
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mmjjddqq
12年9个月前 IP:未同步
391814
没看懂,坐等高手
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okingkoom
12年8个月前 IP:未同步
392109
支持楼主的观点。
看那个频偏,连多少分之1Hz的误差,居然就从不考虑系统本身误差,这要是在学术界,直接会被骂死。
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好酷
12年7个月前 IP:未同步
412624
引用第3楼虎哥于2012-03-13 01:25发表的  :
建议楼主普及一下引力红移的理论预测方法,才好与实验数据进行比较。我不是学物理的,临时翻书,算得1000米高差上,频率增量是10E13分之一的量级。当频率很高的时候(例如1000MHz),频率增量约10E-4Hz量级。也就是要在1GHz这样的频率上测量万分之一赫兹的差别。这是个什么概念呢,也就是经过10000秒(67分钟),才能产生1个周期的差异。假设鉴相1度的误差为1%,达到1%的测试精度至少需要28秒的连续测量,而这样高的鉴相精度是安捷伦最顶级的矢量分析仪器尚难企及的高度。当然我可能算错了,只是好奇问问而已。


疑惑ing。如果这样,警察叔叔的测速仪该怎么测量40公里就超速的车辆?
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虎哥
12年7个月前 IP:未同步
412654
回 14楼(好酷) 的帖子
老兄详细讲讲测试微小频率差别的方法?貌似看到过能在短时间内显示结果的12位甚至16位频率计,如何快速测量得到的一直没弄明白。当然雷达用的多普勒频移可是一个很大的量,移动车辆还可以造成反射波的相移,也是很大的量,与引力造成的频率移动还是很有不同的。
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虎哥
11年5个月前 IP:未同步
561508
引用第14楼好酷于2012-06-27 00:04发表的:


疑惑ing。如果这样,警察叔叔的测速仪该怎么测量40公里就超速的车辆?



警察的多普勒频移法,频率差别是Hz到百Hz量级,可以轻松测量。

当年我们没有掌握高分辨率鉴相的技术,自从chaily94520的这个帖子发表以后XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/59447,鉴相分辨率能够做到万分之一度甚至更高,在不考虑抖动的情况下,也许可以进行测试。不过楼主质疑的文章中并未采用类似方法。
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