Please use this identifier to cite or link to this item:
https://hdl.handle.net/10216/135370| Author(s): | Bernardo Sequeira Moreira |
| Title: | Precision Clock for Moon Bouncing |
| Issue Date: | 2021-07-16 |
| Abstract: | Earth-Moon-Earth communications, also known as moon bouncing, consist on transmitting a signal to the Moon and receiving its echo. Although not used for communications anymore, it still poses an interesting challenge to overcome due to the large distance that separates both bodies. Similarly to that practice is the one of doing radar on the moon's surface. To do so, an high phase coherence between the transmitted and the received signal is needed in order to correlate both to make an image. This is accomplished by using a very stable clock reference. The goal of this thesis is to create a stable and precise time reference, usable for moon bouncing, while being of lower cost compared to alternatives in the market. A GPS Disciplined Oscillator (GPSDO) will be developed to achieve that goal. It consists on a local Oscillator (in this case an OCXO) enslaved to the Pulse Per Second (PPS) signal of a GPS thus taking advantage of both the short term stability of the first and the long term stability of the latter. Its working principle is very similar to that of a Phase Locked Loop (PLL) differing mainly on the loop filter where the GPSDO uses a microcontroller to run an algorithm that adjusts the local oscillator based on readings from its inputs. Firstly, a block diagram based on a common PLL will be established and later improved to meet the required resolution and applications. The components will be selected taking into account the strict time restrictions and the system will be assembled. A PID algorithm will then be developed to control the loop. Finally, the system will be tested and compared with the expected result and other time references. The author's objective in this thesis is to achieve a short-term frequency stability of 0.0218 PPB, which corresponds to the variation of a quarter of the carrier period (of frequency 2,45GHz) during the time it takes for the signal to go both ways between the Earth and the moon. |
| Description: | As comunicações Earth-Moon-Earth, também conhecidas como moon bouncing, consistem em transmitir um sinal para a Lua e receber seu eco. Embora já não sejam usadas para comunicações, ainda representam um desafio interessante a ser superado devido à grande distância que separa os dois corpos. Uma prática semelhante é a de fazer radar na superfície da Lua. Para fazer isso, uma alta coerência de fase entre o sinal transmitido e o sinal recebido é necessária para correlacionar ambos e formar uma imagem. Isso é feito usando uma referência de relógio muito estável. O objetivo desta tese é criar uma referência de tempo estável e precisa, utilizável para moon bouncing, sendo ao mesmo tempo de menor custo em comparação com as alternativas do mercado. Um GPS Disciplined Oscillator (GPSDO) será desenvolvido para atingir esse objetivo. Consiste num Oscilador local (neste caso um OCXO) escravizado ao Pulso Por Segundo (PPS) de um GPS aproveitando assim a estabilidade de curto prazo do primeiro e a estabilidade de longo prazo do último. O seu princípio de funcionamento é muito semelhante ao de uma Phase Locked Loop (PLL) diferindo principalmente no filtro do loop onde o GPSDO usa um microcontrolador para executar um algoritmo que ajusta o oscilador local com base nas leituras de suas entradas. Primeiramente, um diagrama de blocos baseado numa PLL comum será estabelecido e posteriormente melhorado para atender à resolução e aplicações exigidas. Os componentes serão selecionados tendo em consideração as rígidas restrições de tempo e o sistema será montado. Um algoritmo PID será então desenvolvido para controlar o loop. Finalmente, o sistema será testado e comparado com o resultado esperado e outras referências de tempo. O objetivo do autor nesta tese é alcançar uma estabilidade de frequência de curto prazo de 0,0218 PPB, que corresponde à variação de um quarto do período da portadora ( de frequência 2,45GHz) durante o tempo que o sinal leva para ir nos dois sentidos entre a Terra e a lua. |
| Subject: | Engenharia electrotécnica, electrónica e informática Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering |
| Scientific areas: | Ciências da engenharia e tecnologias::Engenharia electrotécnica, electrónica e informática Engineering and technology::Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering |
| DOI: | 10.34626/ay4n-6124 |
| TID identifier: | 202818179 |
| URI: | https://hdl.handle.net/10216/135370 |
| Document Type: | Dissertação |
| Rights: | openAccess |
| Appears in Collections: | FEUP - Dissertação |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| 486129.pdf | Precision Clock for Moon Bouncing | 9.07 MB | Adobe PDF | ![]() View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
