Лазерный мир

Б. А. Борисов, С. И. Донченко, А. С. Жабин, В. В. Мурашкин,Н. Н. Пархоменко, Ю. А. Рой, [М. А. Садовников], А. Л. Соколов, Е. В. Титов, В. Д. Шаргородский // Фотоника, 5, 2023

Измерительные системы лазерной дальнометрии, входящие в систему определения координатно-временных данных, предназначены для решения множества прикладных и фундаментальных задач. Для достижения высоких точностных характеристик глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС разработаны радио-лазерные станции нового поколения «Точка» и их модификации. В статье описаны методы достижения субмиллиметровой точности лазерных измерений дальности до КА с лазерными ретрорефлекторами и обеспечения субнаносекундной точности верификации бортовых шкал времени с наземными эталонами и шкалами удаленных центров времени.

Радио-лазерные станции нового поколения «Точка» и их модификации созданы для получения следующих координатно-временных данных:

• прецизионных (миллиметровой точности) лазерных измерений двухсторонней наклонной дальности до геодезических КА: Лагеос, Эталон, ГеоИК, Ларес, Блиц и др., оснащенных лазерными ретрорефлекторными системами (РРС) с целью решения задач космической геодезии, в том числе привязки с сантиметровой точностью начала систем координат к центру масс Земли и определения масштаба систем координат в рамках международной программы GGOS.

• прецизионных (миллиметровой точности) двухсторонних дальномерных лазерных измерений до РРС навигационных КА: ГЛОНАСС, Галилео, Бейдоу, GPS и др. с целью расчета высокоточных эфемерид навигационных КА.

• прецизионных определений моментов посылок лазерных импульсов («старт») в шкале времени станции (в шкале подключенного или внешнего эталона частоты и времени) на навигационные КА, оснащенные бортовыми модулями измерений моментов прихода лазерных импульсов (ББКОС) с целью получения нового параметра – «лазерной псевдодальности до КА», для определения расхождений с субнаносекундной точностью бортовых и наземных шкал времени, а также для прецизионной лазерной передачи времени через борт при больших расстояниях между удаленными центрами хранения времени.

• всепогодных псевдодальномерных (беззапросных) измерений радиочастотной системы (БИСКОС), входящей в состав радио-лазерной станции, по кодам и фазе несущей частоты с уменьшенными систематическими погрешностями за счет ее периодической калибровки по одновременным лазерным измерениям псевдодальности ББКОС в периоды достаточной прозрачности атмосферы в направлении на КА.

Создание радио-лазерных станций нового поколения «Точка» и ее последующих аналогов позволило не только достигнуть субмиллиметровой точности измерений дальности до НКА (20000 км), но и обеспечить субнаносекундную точность верификаций бортовых шкал времени и шкал удаленных центров времени.

Начальный этап «Лазерного ГЛОНАССА» Для достижения высоких точностных характеристик глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС, предусмотренных основными показателями Федеральной целевой программы «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС» на период от 2012 до 2020 года было намечено создание лазерных средств нового поколения, реализующих прорывные информационноизмерительные технологии, совокупность которых получила в среде специалистов название «Лазерный ГЛОНАСС». На более раннем этапе (в 1967 году) был создан экспериментальный задел для отработки слежения за КА в оптическом диапазоне в виде сети из трех пунктов: Евпатория, Алма-Ата и Китаб с телескопами диаметром 0,7; 0,5 и 0,5 м, оснащенными высокочувствительными ТВ системами. В период 1980–1985 годов в рамках ОКР были разработаны и проведены испытания 2-х очередей КОС «Сириус» (рис. 1) с двумя телескопами, изготовленными ЛОМО (АЗТ-24 «Э» и «А»), диаметром 1,1 м, предназначенными для траекторного контроля КА по измерениям угловых координат по отраженному солнечному блеску (1 очередь) и по лазерным измерениям дальности до бортовых ретрорефлекторов (2 очередь). Квантово-оптическая система (КОС) «Сириус» была установлена на высокогорном пункте Космических войск на горе Майданак, высотой 2 700м, входящей в часть горной области Памиро-Алай на западе Узбекистана и имеющей один из лучших на Евразийском континенте астроклимат. В октябре 1982 года на телескопе АЗТ-24 «А» КОС «Сириус» была впервые в мире проведена лазерная локация КА высокоорбитальной навигационной системы «ГЛОНАСС», на бортах которых, начиная с № 1, были установлены панели лазерных ретро

Начальный этап «Лазерного ГЛОНАССА» Для достижения высоких точностных характеристик глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС, предусмотренных основными показателями Федеральной целевой программы «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС» на период от 2012 до 2020 года было намечено создание лазерных средств нового поколения, реализующих прорывные информационноизмерительные технологии, совокупность которых получила в среде специалистов названгие «Лазерный ГЛОНАСС». На более раннем этапе (в 1967 году) был создан экспериментальный задел для отработки слежения за КА в оптическом диапазоне в виде сети из трех пунктов: Евпатория, Алма-Ата и Китаб с телескопами диаметром 0,7; 0,5 и 0,5 м, оснащенными высокочувствительными ТВ системами. В период 1980–1985 годов в рамках ОКР были разработаны и проведены испытания 2-х очередей КОС «Сириус» (рис. 1) с двумя телескопами, изготовленными ЛОМО (АЗТ-24 «Э» и «А»), диаметром 1,1 м, предназначенными для траекторного контроля КА по измерениям угловых координат по отраженному солнечному блеску (1 очередь) и по лазерным измерениям дальности до бортовых ретрорефлекторов (2 очередь). Квантово-оптическая система (КОС) «Сириус» была установлена на высокогорном пункте Космических войск на горе Майданак, высотой 2 700м, входящей в часть горной области Памиро-Алай на западе Узбекистана и имеющей один из лучших на Евразийском континенте астроклимат. В октябре 1982 года на телескопе АЗТ-24 «А» КОС «Сириус» была впервые в мире проведена лазерная локация КА высокоорбитальной навигационной системы «ГЛОНАСС», на бортах которых, начиная с № 1, были установлены панели лазерных ретро

Калибровка лазерных измерений

В лазерной станции «Точка» для обеспечения миллиметровой точности собственных лазерных измерений дальности выполняются калибровки дальномерного канала путем использования встроенной эталонной дистанции, обозначенной на рис. 10 буквами АСДБ, в которую переотражается малая часть излучаемого лазерного импульса. Эта дистанция (около одного метра) предварительно измеряется и паспортизуется с погрешностью менее 1 мм, а калибровочные измерения выполняются одновременно с каждым измерением дальности до КА. Отсчет калибровочной дистанции и расстояний до КА по замыслу должен начинаться общим «стартом» и заканчиваться двумя «стопами» в моменты пересечения лазерными импульсами горизонтальной оси вращения телескопа. Поскольку лазерные приемники «старт» и «стоп» находятся на разных удалениях от этой оси вращения, то и калибровочная и космическая дистанции должны быть скорректированы. В связи с тем, что калибровочная дистанция измеряется 1-м «стопом», то аппаратурная (инструментальная) поправка лазерного дальномера (ЛД) точно определяется вычитанием значения задержки времени в эталонной дистанции из калибровочного измерения ЛД с прибавлением вычисленной дополнительной временной задержки света в оптических элементах передающего тракта (выше горизонтальной оси) и в мениске приемного телескопа. Далее аппаратурная поправка вычитается из каждого измерения дальности до КА. При этом остаточная систематическая погрешность калибровки измерений дальности не превышает 1 мм. Величина и стабильность привязки моментов измерений дальности к шкале местного эталона времени контролируется с помощью измерений задержки лазерной метки в волоконном двукратном шлейфе линии передачи сигналов времени и частоты от центрального синхронизатора (ЦС) длиной до 2 км.

Полное содержание на https://www.photonics.su/files/article_pdf/9/article_9510_952.pdf