RU2789346C1 - Method for determining laser radiation intensity on a spherical space object - Google Patents

Method for determining laser radiation intensity on a spherical space object Download PDF

Info

Publication number
RU2789346C1
RU2789346C1 RU2022111284A RU2022111284A RU2789346C1 RU 2789346 C1 RU2789346 C1 RU 2789346C1 RU 2022111284 A RU2022111284 A RU 2022111284A RU 2022111284 A RU2022111284 A RU 2022111284A RU 2789346 C1 RU2789346 C1 RU 2789346C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
space object
laser
radiation
intensity
reflected
Prior art date
Application number
RU2022111284A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Валерьевич Филиппов
Андрей Николаевич Климов
Александр Валентинович Копалкин
Максим Валентинович Ткачёв
Сергей Леонидович Опенов
Андрей Игоревич Корнилов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Application granted granted Critical
Publication of RU2789346C1 publication Critical patent/RU2789346C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measuring technology.
SUBSTANCE: invention relates to the field of measuring technology and relates to a method for determining the intensity of laser radiation on a spherical space object. The method includes laser radiation probing of a diffusely reflecting space object with a phase function that is minimally different from the phase function of a diffusely reflecting ball, the linear dimensions of which do not exceed the diameter of the laser radiation profile on the space object. In this case, the space object is illuminated by the Sun so that between the direction from the space object to the Sun and the direction from the space object to the laser source, a minimum phase angle is provided that does not exceed 10°. In this case, the intensity of the laser and solar radiation reflected from the space object is recorded. According to the results obtained, the intensity of the laser radiation of the source on the space object is calculated.
EFFECT: ensuring the possibility of determining the intensity of laser radiation on space objects located outside the atmosphere, without placing recording equipment and reflectors on them.
3 cl, 3 dwg

Description

Данное изобретение относится к фотонике, в частности, к способу измерения параметров лазерного излучения, и может быть использовано для определения интенсивности зондирующего лазерного излучения на космическом объекте (далее КО), не оснащенном специальными отражателями.This invention relates to photonics, in particular, to a method for measuring the parameters of laser radiation, and can be used to determine the intensity of probing laser radiation on a space object (hereinafter referred to as SC) not equipped with special reflectors.

Важной характеристикой лазерной локационной станции (далее ЛЛС) является интенсивность создаваемого ею лазерного излучения (далее ЛИ) на КО. Знание одной только силы света (мощности и расходимости) зондирующего лазерного излучения недостаточно для определения интенсивности на КО, так как возможны ошибки наведения ЛИ на КО, при прохождении земной атмосферы происходят случайные изменения плотности мощности по сечению пучка, его эффективного диаметра и смещение его центра тяжести относительно оптической оси (искажения волнового фронта).An important characteristic of a laser location station (hereinafter referred to as LLS) is the intensity of the laser radiation generated by it (hereinafter LI) at the CO. Knowing only the light intensity (power and divergence) of the probing laser radiation is not enough to determine the intensity at the SO, since errors in pointing the LI at the SO are possible, when passing through the Earth's atmosphere, random changes in the power density over the beam cross section, its effective diameter and a shift in its center of gravity occur. relative to the optical axis (wavefront distortion).

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа определения интенсивности лазерного излучения на шарообразном космическом объекте, не оснащенном специальными отражателями.The task to be solved by the claimed invention is to create a method for determining the intensity of laser radiation on a spherical space object not equipped with special reflectors.

Из существующего уровня техники аналогичных разработок, направленных на решение данной задачи, не выявлено.From the existing level of technology, similar developments aimed at solving this problem have not been identified.

В результате патентно-информационного поиска был выявлен способ измерения мощности лазерного излучения, распространяющегося в приземной атмосфере на расстоянии - 1 км [1], заключающийся в том, что распространяют вдоль трассы излучение импульсного лазера с угловой расходимостью порядка 10-6 рад, на противоположном конце трассы в лазерный пучок помещают трипель-призму, выполняющую роль уголкового отражателя и возвращающую излучение назад, и регистрируют отраженное от призмы излучение приемником, совмещенным с источником излучения, при этом расчетным путем определяют коэффициент пропускания лазерного излучения атмосферой на основе модели фазовых экранов.As a result of a patent information search, a method was revealed for measuring the power of laser radiation propagating in the surface atmosphere at a distance of -1 km [1], which consists in propagating along the path the radiation of a pulsed laser with an angular divergence of the order of 10 -6 rad, at the opposite end a triple prism is placed in the laser beam, which acts as a corner reflector and returns radiation back, and the radiation reflected from the prism is recorded by a receiver combined with the radiation source, while the transmission coefficient of laser radiation by the atmosphere is calculated by calculation based on the model of phase screens.

Данный способ предназначен лишь для наземных экспериментов, когда трипель-призма расположена на поверхности Земли и неподвижна.This method is intended only for ground-based experiments, when the triple-prism is located on the Earth's surface and is stationary.

Технический результат заявляемого изобретения состоит в обеспечении возможности определения интенсивности лазерного излучения на космических объектах, находящихся за пределами атмосферы, без размещения на них регистрирующей аппаратуры и отражателей.The technical result of the claimed invention consists in making it possible to determine the intensity of laser radiation on space objects located outside the atmosphere, without placing recording equipment and reflectors on them.

Указанный технический результат в способе определения интенсивности лазерного излучения на космическом объекте, достигается тем, что включает зондирование космического объекта лазерным излучением с известной по порядку величины расходимостью и генерируемым лазерным источником, работающим в непрерывном или импульсно-периодическом режиме, при этом выбирают космический объект с фазовой функцией минимально отличающейся от фазовой функции диффузно отражающего шара, при этом все элементы конструкции космического объекта отражают излучение только диффузно, а его линейные размеры не превышают диаметр профиля лазерного излучения на космическом объекте, при этом космический объект освещен Солнцем так, что между направлением с космического объекта на Солнце и направлением с космического объекта на лазерный источник обеспечивается минимальный фазовый угол Ψ, не превышающий 10°, после чего производят регистрацию интенсивности отразившегося от космического объекта лазерного и солнечного излучения, для чего на поверхности Земли на расстоянии L от лазерного источника устанавливают приемную систему, регистрирующую отраженное лазерное излучение и отраженное солнечное излучение, и расчетным путем определяют интенсивность

Figure 00000001
лазерного излучения источника на космическом объекте по формуле:The specified technical result in the method for determining the intensity of laser radiation on a space object is achieved by the fact that it includes probing a space object with laser radiation with a divergence known in order of magnitude and a generated laser source operating in a continuous or repetitively pulsed mode, while choosing a space object with a phase a function that is minimally different from the phase function of a diffusely reflecting ball, while all structural elements of the space object reflect radiation only diffusely, and its linear dimensions do not exceed the diameter of the laser radiation profile on the space object, while the space object is illuminated by the Sun so that between the direction from the space object on the Sun and the direction from the space object to the laser source provides a minimum phase angle Ψ not exceeding 10°, after which the intensity of the laser and solar radiation reflected from the space object is recorded, d For this purpose, on the surface of the Earth at a distance L from the laser source, a receiving system is installed that registers the reflected laser radiation and the reflected solar radiation, and the intensity is determined by calculation
Figure 00000001
laser radiation source on a space object according to the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где

Figure 00000003
- величина спектральной интенсивности солнечного излучения на КО на длине волны ЛИ; Δλ1 - эквивалентная ширина рабочего спектрального диапазона фотоприемника, регистрирующего отраженного ЛИ; Ф - фаза солнечной подсветки КО;
Figure 00000004
- интенсивность отраженного ЛИ на Земле,
Figure 00000005
- интенсивность отраженного солнечного излучения на Земле в спектральном диапазоне работы фотоприемника, регистрирующего отраженное ЛИ.Where
Figure 00000003
- the magnitude of the spectral intensity of solar radiation on the CR at the wavelength of the LI; Δλ 1 - equivalent width of the working spectral range of the photodetector, registering the reflected LI; Ф - phase of solar illumination of KO;
Figure 00000004
is the intensity of the reflected LI on the Earth,
Figure 00000005
- the intensity of the reflected solar radiation on the Earth in the spectral range of the photodetector, which registers the reflected LR.

Кроме этого при работе лазерного источника в непрерывном режиме расстояние L может быть выбрано из условия 100 м≤L≤10 км, а регистрация отраженного солнечного излучения может производится в спектральном диапазоне с центром на длине волне λ2, определяемой исходя из условия

Figure 00000006
In addition, when the laser source is operating in continuous mode, the distance L can be selected from the condition 100 m ≤ L ≤ 10 km, and the registration of reflected solar radiation can be performed in the spectral range centered on the wavelength λ 2 determined based on the condition
Figure 00000006

При работе лазерного источника в импульсно-периодическом режиме расстояние L может быть выбрано из условия 0 м≤L≤10 км, а регистрация отраженного солнечного излучения может производиться в спектральном диапазоне с центром на длине волне λ1, причем для селекции импульсно-периодического лазерного сигнала из смеси с непрерывным сигналом отраженного солнечного излучения используют временную фильтрацию.When the laser source operates in the repetitively pulsed mode, the distance L can be selected from the condition 0 m≤L≤10 km, and the registration of the reflected solar radiation can be performed in the spectral range centered on the wavelength λ 1 , and for the selection of the repetitively repetitive laser signal from a mixture with a continuous signal of reflected solar radiation, temporal filtering is used.

Влияние признаков способа на вышеуказанный технический результат.The influence of the features of the method on the above technical result.

Осуществление зондирования шарообразного КО излучением, генерируемым лазерным источником, работающим в непрерывном или импульсно-периодическом режиме, позволяет доставить излучение на КО и затем определить его интенсивность на КО.Probing a spherical CO with radiation generated by a laser source operating in a continuous or repetitively pulsed mode makes it possible to deliver radiation to the CO and then determine its intensity at the CO.

Освещение КО Солнцем позволяет по отраженному солнечному излучению оценить эквивалентную поверхность рассеяния (далее ЭПР) КО.Illumination of the SO by the Sun makes it possible to estimate the equivalent scattering surface (hereinafter ESR) of the SO from the reflected solar radiation.

Знание расходимости ЛИ по порядку величины позволяет выбрать КО с линейными размерами, заведомо не превышающими диаметра профиля ЛИ на КО, приблизить равномерность лазерной подсветки поверхности КО к равномерности солнечной подсветки. Увеличение равномерности лазерной подсветки при выборе КО, отражающего излучение только диффузно, позволяет рассчитать интенсивность ЛИ на КО по оценке ЭПР КО, выполненной в солнечном излучении. Зондирование КО с фазовой функцией, минимально отличающейся от фазовой функции диффузно отражающего шара, при фазовых углах солнечной подсветки Ψ<10° позволяет оценить ошибку определения интенсивности ЛИ на КО, связанную с фактическим отличием фазы солнечной подсветки выбранного КО от фазы солнечной подсветки диффузного шара.Knowing the LR divergence in order of magnitude makes it possible to choose CRs with linear dimensions that certainly do not exceed the LR profile diameter on the CR, to bring the uniformity of laser illumination of the CR surface closer to the uniformity of solar illumination. An increase in the uniformity of the laser illumination when choosing a SO that reflects radiation only diffusely makes it possible to calculate the LR intensity on the SO based on the EPR estimation of the SO made in solar radiation. Sounding of SO with a phase function that is minimally different from the phase function of a diffusely reflecting ball, at solar illumination phase angles Ψ<10°, makes it possible to estimate the error in determining the LR intensity on the SO associated with the actual difference in the solar illumination phase of the selected SO from the solar illumination phase of the diffuse ball.

На поверхности Земли смещение приемной системы от лазерного источника на расстояние L, определяемого из условий 0 м≤L≤10 км (при импульсно-периодическом ЛИ) и 100 м≤L≤10 км (при непрерывном ЛИ) позволяет исключить влияние помехи обратного рассеяния ЛИ в атмосфере Земли на процесс регистрации отраженного ЛИ.On the Earth's surface, the displacement of the receiving system from the laser source by a distance L, determined from the conditions 0 m≤L≤10 km (with repetitively repetitive LR) and 100 m≤L≤10 km (with continuous LR) makes it possible to eliminate the effect of LR backscatter interference in the Earth's atmosphere on the process of registration of the reflected LR.

Определение интенсивности лазерного излучения на КО расчетным путем позволяет косвенно определить интенсивность на КО без применения измерительного оборудования на КО.Determining the intensity of laser radiation at the CO by calculation allows one to indirectly determine the intensity at the CO without the use of measuring equipment at the CO.

Выбор центра спектрального диапазона фонового фотоприемника с центром на длине волне λ2, определяемой исходя из условия

Figure 00000007
при работе лазерного источника в непрерывном режиме, позволяет минимизировать связанную с неизвестным цветом ошибку пересчета ЭПР КО.The choice of the center of the spectral range of the background photodetector centered on the wavelength λ 2 determined based on the condition
Figure 00000007
when the laser source is operating in a continuous mode, it makes it possible to minimize the EPR conversion error associated with the unknown color.

При работе лазерного источника в импульсно-периодическом режиме применение временной фильтрации лазерного сигнала из смеси с непрерывным сигналом солнечного излучения позволяет упростить конструкцию фокального узла приемной системы, а именно сократить количество фотоприемников с трех до двух.When a laser source operates in a repetitively pulsed mode, the use of time filtering of the laser signal from a mixture with a continuous signal of solar radiation makes it possible to simplify the design of the focal assembly of the receiving system, namely, to reduce the number of photodetectors from three to two.

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа определения интенсивности лазерного излучения, схематично представленного на фигурах 1-3.Consider the implementation of the proposed method for determining the intensity of laser radiation, schematically presented in figures 1-3.

На фиг. 1 представлена схема определения интенсивности.In FIG. 1 shows a scheme for determining the intensity.

На фиг. 2 представлена схема фокального узла при непрерывном ЛИ.In FIG. 2 shows the scheme of the focal node for continuous LI.

На фиг. 3 представлена схема фокального узла при импульсно-периодическом ЛИ.In FIG. 3 shows the scheme of the focal node for repetitively pulsed LI.

Позициями на фигурах 1-3 обозначены: 1 - лазерная локационная станция; 2 - космический объект, наблюдаемый в солнечной подсветке под фазовым углом Ψ; 3 - Солнце; 4 - приемная система; 5 - зеркало; 6 - опорно-поворотное устройство; 7 - объектив; 8 - фокальный узел; 9 - система спектрального разделения; 10 - сигнальный фотоприемник; 11 - фоновый фотоприемник; 12 - фотоприемное устройство визуализации КО.Positions in figures 1-3 are marked: 1 - laser location station; 2 - space object observed in solar illumination at phase angle Ψ; 3 - Sun; 4 - receiving system; 5 - mirror; 6 - turntable; 7 - lens; 8 - focal node; 9 - spectral separation system; 10 - signal photodetector; 11 - background photodetector; 12 - photodetector visualization TO.

ЛЛС (1) представляет собой оптико-электронную систему, подсвечивающую КО лазерным излучением, при этом длина волны лазерного излучения λ1 находится в диапазоне от 500 нм до 900 нм, средняя энергетическая сила света лазерного излучения составляет не менее 400 Вт/угл.сек2.LLS (1) is an optoelectronic system that illuminates the CO with laser radiation, while the wavelength of laser radiation λ 1 is in the range from 500 nm to 900 nm, the average energy intensity of laser radiation is at least 400 W / arcsec 2 .

Космический объект (2) освещается Солнцем (3) и является искусственным спутником Земли, относящимся к категории космического мусора, и находящийся на орбите с высотой от 600 км до 1000 км.The space object (2) is illuminated by the Sun (3) and is an artificial satellite of the Earth, belonging to the category of space debris, and in orbit with an altitude of 600 km to 1000 km.

Приемная система (4) представляет собой оптико-электронную систему регистрации отраженного от КО излучения и состоит из зеркала (5), опорно-поворотного устройства (6), объектива (7) и фокального узла (8).The receiving system (4) is an optical-electronic system for detecting the radiation reflected from the SO and consists of a mirror (5), a turntable (6), an objective (7) and a focal assembly (8).

Зеркало (5) является плоским, имеет диаметр световой апертуры не менее 0,7 м, коэффициент отражения на длине волны А.) не менее 80%.The mirror (5) is flat, has a light aperture diameter of at least 0.7 m, and a reflection coefficient at wavelength A) of at least 80%.

Опорно-поворотное устройство (6) представляет собой моторизированную оправу зеркала (5), позволяющую поворачивать зеркало (5) вокруг горизонтальной и вертикальной оси.The turntable (6) is a motorized mirror frame (5) that allows you to rotate the mirror (5) around the horizontal and vertical axes.

В качестве объектива (7) используется объектив телескопа со световым диаметром входной апертуры не менее 400 мм, относительным отверстием 1:10, коэффициентом пропускания излучения на длине волны λ1 не менее 80%, средним коэффициентом пропускания излучения в диапазоне от 400 нм до 1000 нм не менее 60%.As a lens (7), a telescope lens with a light diameter of the entrance aperture of at least 400 mm, a relative aperture of 1:10, a radiation transmittance at a wavelength of λ 1 of at least 80%, an average radiation transmittance in the range from 400 nm to 1000 nm not less than 60%.

Фокальный узел (8) состоит из системы спектрального разделения (9) и фотоприемников. Система спектрального разделения (9) представляет собой совокупность зеркал с диэлектрическим покрытием, светофильтров, объективов и оптоволоконных жгутов. При непрерывном ЛИ система спектрального разделения (9) распределяет собранное объективом (7) излучение между фотоприемниками (10), (11) и (12). При импульсно- периодическом ЛИ система спектрального разделения (9) распределяет собранное объективом (7) излучение между фото приемниками (10) и (12).The focal assembly (8) consists of a spectral separation system (9) and photodetectors. The spectral separation system (9) is a set of mirrors with a dielectric coating, light filters, lenses and fiber optic bundles. With continuous LI, the spectral separation system (9) distributes the radiation collected by the lens (7) between photodetectors (10), (11) and (12). In case of repetitively pulsed LI, the spectral separation system (9) distributes the radiation collected by the lens (7) between photodetectors (10) and (12).

Система спектрального разделения (9) обеспечивает:The spectral separation system (9) provides:

- для сигнального фотоприемника (10): рабочий спектральный диапазон с эффективной шириной не более Δλ1=3 нм, включающий в себя длину волны λ1; поле зрения в диапазоне 20…40 угл.сек.; общий коэффициент пропускания элементов (5)-(7)-(9) на длине волны λ1 не менее 20%;- for the signal photodetector (10): the working spectral range with an effective width of not more than Δλ 1 =3 nm, including the wavelength λ 1 ; field of view in the range of 20…40 arcsec; total transmittance of elements (5)-(7)-(9) at wavelength λ 1 not less than 20%;

- в случае непрерывного ЛИ для фонового фотоприемника (11) рабочий спектральный диапазон с эффективной шириной не более Δλ2=20 нм, включающий в себя длину волны λ2 и не включающий в себя длину волны λ1; поле зрения в диапазоне 20…40 угл.сек.; общий коэффициент пропускания элементов (5)-(7)-(9) на длине волны λ2 не менее 20%; общий остаточный коэффициент пропускания элементов (5)-(7)-(9) на длине волны λ1 не более 0,01%.- in the case of continuous LI for the background photodetector (11), the operating spectral range with an effective width of not more than Δλ 2 =20 nm, including the wavelength λ 2 and not including the wavelength λ 1 ; field of view in the range of 20…40 arcsec; total transmittance of elements (5)-(7)-(9) at wavelength λ 2 not less than 20%; the total residual transmittance of elements (5)-(7)-(9) at wavelength λ 1 is not more than 0.01%.

- для фотоприемника визуализации КО (12): поле зрения в диапазоне 200..300 угл.сек.; средний по диапазону 400…1000 нм коэффициент пропускания элементов (5)-(7)-(9): не менее 20%; общий остаточный коэффициент пропускания элементов (5)-(7)-(9) на длине волны λ1 не более 0,01%.- for visualization photodetector KO (12): field of view in the range of 200..300 arcsec; average over the range 400…1000 nm transmittance of elements (5)-(7)-(9): not less than 20%; the total residual transmittance of elements (5)-(7)-(9) at wavelength λ 1 is not more than 0.01%.

Сигнальный фотоприемник (10) представляет собой модуль счета фотонов на основе лавинного диода в гейгеровском режиме и обладает следующими характеристиками: диаметр приемной площадки: не менее 100 мкм; эффективность регистрации фотонов на длине волны λ1: не менее 40%; скорость темнового счета: не более 100 с-1; мертвое время: не более 50 не. На сигнальный фотоприемник (10) излучение заводится через оптоволоконный жгут.The signal photodetector (10) is a photon counting module based on an avalanche diode in the Geiger mode and has the following characteristics: diameter of the receiving area: not less than 100 µm; photon detection efficiency at wavelength λ 1 : not less than 40%; dark count rate: no more than 100 s -1 ; dead time: no more than 50 no. The signal photodetector (10) receives radiation through an optical fiber bundle.

Требования к фоновому фотоприемнику (11) совпадают с требованиями к сигнальному фотоприемнику (10).The requirements for the background photodetector (11) coincide with the requirements for the signal photodetector (10).

Фотоприемник визуализации КО (12) представляет собой видеокамеру с разрешением более 0,4 мегапиксель, частотой кадров более 25 с-1 и обнаружительной способностью, позволяющей приемной системе (3) визуализировать звезды спектрального класса G0 со звездной величиной mv<6 при длительности экспозиции не более 40 мс при угле места Солнца не более -15°.The CR visualization photodetector (12) is a video camera with a resolution of more than 0.4 megapixels, a frame rate of more than 25 s -1 and a detectability that allows the receiving system (3) to visualize stars of the spectral type G0 with magnitude m v < 6 at an exposure time of not more than 40 ms at an elevation angle of the Sun not more than -15°.

Выходы фото приемников (10), (11) подключены к входам частотомеров (на фиг. не показаны) типа HAMEG НМ8123, опрашиваемых ЭВМ по последовательному интерфейсу.The outputs of photo receivers (10), (11) are connected to the inputs of frequency counters (not shown in the figure) of the HAMEG HM8123 type, interrogated by the computer via a serial interface.

Способ определения интенсивности лазерного излучения на космическом объекте реализуется следующим образом. Сначала в зависимости от временного характера излучения лазера в составе лазерной локационной станции (1) выбирают удаление L приемной системы (4).The method for determining the intensity of laser radiation on a space object is implemented as follows. First, depending on the temporal nature of the laser radiation as part of the laser location station (1), the removal L of the receiving system (4) is selected.

Потом в зависимости от длины волны лазерного излучения λ1 для системы спектрального разделения (9) фокального узла (8) подбирают оптический элемент, обеспечивающий спектральную селекцию лазерного излучения и задающий ширину и положение рабочего спектрального диапазона для сигнального фотоприемника (10) и с помощью спектрофотометра измеряют спектральную зависимость коэффициента направленного пропускания данного элемента, затем рассчитывают эквивалентную спектральную ширину Δλ1 по формуле (1):Then, depending on the wavelength of laser radiation λ 1 for the spectral separation system (9) of the focal node (8), an optical element is selected that provides spectral selection of laser radiation and sets the width and position of the working spectral range for the signal photodetector (10) and using a spectrophotometer measure spectral dependence of the directional transmittance of a given element, then calculate the equivalent spectral width Δλ 1 using the formula (1):

Figure 00000008
Figure 00000008

где τ(λ) - спектральная зависимость коэффициента направленного пропускания.where τ(λ) is the spectral dependence of the directional transmittance.

Далее оптический элемент монтируют в систему спектрального разделения (9) фокального узла (8).Next, the optical element is mounted in the spectral separation system (9) of the focal node (8).

В случае непрерывного ЛИ для системы спектрального разделения (9) подбирают оптический элемент, задающий положение спектрального рабочего диапазона фонового фотоприемника (11) с центром на длине волне λ2, определяемой исходя из условия (λ12)/λ1≤5%. Далее данный оптический элемент монтируют в систему спектрального разделения (9).In the case of continuous LI for the spectral separation system (9), an optical element is selected that sets the position of the spectral operating range of the background photodetector (11) centered on the wavelength λ 2 determined based on the condition (λ 12 )/λ 1 ≤5% . Next, this optical element is mounted in the spectral separation system (9).

Далее монтируют приемную систему (4) на расстоянии L от лазерной локационной станции (1). При импульсно-периодическом ЛИ расстояние L не должно превышать 10 км, а при непрерывном ЛИ расстояние L определяется из условия 100 м≤L≤10 км.Next, the receiving system (4) is mounted at a distance L from the laser location station (1). With a repetitively pulsed LI, the distance L should not exceed 10 km, and with a continuous LI, the distance L is determined from the condition 100 m≤L≤10 km.

Далее выбирают КО, отражающий излучение только диффузно, с фазовой функцией Ф(Ψ), минимально отличающейся от фазовой функции шара:Next, choose a CO that reflects radiation only diffusely, with a phase function Ф(Ψ) that differs minimally from the phase function of the ball:

Figure 00000009
Figure 00000009

Примерами таких КО являются отработавшие ступени ракет со следующими идентификаторами NORAD: 16910, 26960, 41791. Для определения фазовой функции Ф(Ψ) конкретного КО пользуются открытой базой данных многоканального мониторингового телескопа ММТ9 Казанского (Приволжского) Федерального Университета [3].Examples of such SOs are spent rocket stages with the following NORAD identifiers: 16910, 26960, 41791. To determine the phase function Ф(Ψ) of a particular SO, the open database of the MMT9 multichannel monitoring telescope of the Kazan (Volga region) Federal University is used [3].

Далее заблаговременно выбирают такой интервал времени, на котором фазовый угол Ψ солнечной подсветки КО не превышает 10°, при этом угол места Солнца (3) не превышает -15°, при этом угловой размер КО должен быть меньше расходимости ЛИ, оцененной сверху, при этом дальность КО не должна превышать 2000 км. Угловой размер КО определяется как отношение его линейного размера к дальности.Next, such a time interval is chosen in advance at which the phase angle Ψ of the solar illumination of the SC does not exceed 10°, while the elevation angle of the Sun (3) does not exceed -15°, while the angular size of the SC should be less than the LR divergence estimated from above, while KO range should not exceed 2000 km. The angular size of the SO is defined as the ratio of its linear size to the range.

Потом с помощью лазерной локационной станции (1) подсвечивают космический объект (2) лазерным излучением. Далее с помощью опорно-поворотного устройства (6) и зеркала (5) направляют оптическую ось телескопа (7) на КО, обнаруживают КО в изображении, даваемом фотоприемником визуализации КО (12). Далее удерживают изображение КО внутри поля зрения фотоприемников (10), (11) и фиксируют скорость их счета частотомеров.Then, using a laser location station (1), the space object (2) is illuminated with laser radiation. Further, with the help of a turntable (6) and a mirror (5), the optical axis of the telescope (7) is directed to the CO, the CO is detected in the image given by the CO visualization photodetector (12). Next, the image of the TO is held within the field of view of the photodetectors (10), (11) and the rate of their counting of the frequency meters is recorded.

Потом производят расчет интенсивности лазерного излучения на КО по формуле:Then, the intensity of laser radiation at the CO is calculated according to the formula:

Figure 00000010
Figure 00000010

где

Figure 00000011
- спектральная интенсивность солнечного излучения на КО, определяемая согласно источнику [2]; Ф - фаза, рассчитываемая по формуле (1); отношение
Figure 00000012
в формуле (3) определяется в зависимости от временного характера ЛИ. В случае импульсно-периодического ЛИWhere
Figure 00000011
- spectral intensity of solar radiation on SO, determined according to the source [2]; Ф - phase calculated by formula (1); attitude
Figure 00000012
in formula (3) is determined depending on the temporal nature of the LI. In the case of repetitively pulsed LI

Figure 00000013
Figure 00000013

где

Figure 00000014
и
Figure 00000015
- скорости счета сигнального фотоприемника в фазе одновременной регистрации солнечного и лазерного излучения и в фазе регистрации только солнечного излучения соответственно. Значения
Figure 00000016
и
Figure 00000017
определяются по показаниям частотомера с учетом паспортных счетных характеристик фотоприемника (10).Where
Figure 00000014
And
Figure 00000015
- the count rate of the signal photodetector in the phase of simultaneous detection of solar and laser radiation and in the phase of registration of only solar radiation, respectively. Values
Figure 00000016
And
Figure 00000017
are determined according to the readings of the frequency meter, taking into account the passport counting characteristics of the photodetector (10).

В случае непрерывного излученияIn the case of continuous radiation

Figure 00000018
Figure 00000018

где

Figure 00000019
и
Figure 00000020
- скорости счета сигнального и фонового фотоприемника, определяемые по показаниям частотомеров с учетом паспортных счетных характеристик фотоприемников (10) и (11).Where
Figure 00000019
And
Figure 00000020
- counting rates of the signal and background photodetectors, determined from the readings of frequency meters, taking into account the passport counting characteristics of photodetectors (10) and (11).

Входящий в (5) коэффициент балансировки

Figure 00000021
находят с помощью приемной системы (4) после зондирования КО, для чего дополнительно проводят серию из 10 наблюдений звезд спектрального класса G0 со звездной величиной Mv=3…7 и рассчитывают коэффициент балансировки по формуле:Included in (5) balancing factor
Figure 00000021
are found using the receiving system (4) after sounding the SO, for which a series of 10 observations of stars of the spectral type G0 with magnitude M v = 3 ... 7 is additionally carried out and the balancing coefficient is calculated by the formula:

Figure 00000022
Figure 00000022

где

Figure 00000023
- символ усреднения;
Figure 00000024
Figure 00000025
- скорости счета сигнального фотоприемника (10) и фонового фотоприемника (11), реализуемые при наблюдении звезды с номером j.Where
Figure 00000023
- symbol of averaging;
Figure 00000024
Figure 00000025
are the count rates of the signal photodetector (10) and the background photodetector (11) implemented when observing a star with number j.

К настоящему времени на предприятии проведены расчетно-теоретические исследования, подтверждающие осуществимость представленного способа определения интенсивности.To date, the enterprise has carried out computational and theoretical studies confirming the feasibility of the presented method for determining the intensity.

Список использованных источниковList of sources used

[1] Ковалев А.А., Либерман А.А., Москалюк С.А., Серегин С.В. Измерение коэффициента пропускания лазерного излучения атмосферой на длинной трассе. Измерительная техника №8, 2008. - С. 33-371. A. A. Kovalev, A. A. Lieberman, S. A. Moskalyuk, and S. V. Seregin, Tech. Measurement of the transmittance of laser radiation by the atmosphere over a long path. Measuring equipment No. 8, 2008. - S. 33-37

[2] G. Thuillier, М. Hersé, D. Labs, Т. Foujols, W. Peetermans, D. Gillotay, P.C. Simon and H. Mandel The solar spectral irradiance from 200 to 2400 nm as Measured by the solspec spectrometer from the Atlas and Eureca missions[2] G. Thuillier, M. Hersé, D. Labs, T. Foujols, W. Peetermans, D. Gillotay, P.C. Simon and H. Mandel The solar spectral irradiance from 200 to 2400 nm as Measured by the solspec spectrometer from the Atlas and Eureca missions

[3] Сайт http://mmt.favor2.info/satellites[3] Site http://mmt.favor2.info/satellites

Claims (5)

1. Способ определения интенсивности лазерного излучения на шарообразном космическом объекте, включающий зондирование космического объекта лазерным излучением с известной по порядку величины расходимостью и генерируемым лазерным источником, работающим в непрерывном или импульсно-периодическом режиме, при этом выбирают космический объект с фазовой функцией, минимально отличающейся от фазовой функции диффузно отражающего шара, при этом все элементы конструкции космического объекта отражают излучение только диффузно, а его линейные размеры не превышают диаметр профиля лазерного излучения на космическом объекте, при этом космический объект освещен Солнцем так, что между направлением с космического объекта на Солнце и направлением с космического объекта на лазерный источник обеспечивается минимальный фазовый угол Ψ, не превышающий 10°, после чего производят регистрацию интенсивности отразившегося от космического объекта лазерного и солнечного излучения, для чего на поверхности Земли на расстоянии L от лазерного источника устанавливают приемную систему, регистрирующую отраженное лазерное излучение и отраженное солнечное излучение, и расчетным путем определяют интенсивность
Figure 00000026
лазерного излучения источника на космическом объекте по формуле
1. A method for determining the intensity of laser radiation on a spherical space object, including probing a space object with laser radiation with a divergence known in order of magnitude and a generated laser source operating in a continuous or repetitively pulsed mode, while choosing a space object with a phase function that is minimally different from phase function of a diffusely reflecting ball, while all structural elements of a space object reflect radiation only diffusely, and its linear dimensions do not exceed the diameter of the laser radiation profile on the space object, while the space object is illuminated by the Sun so that between the direction from the space object to the Sun and the direction from a space object to a laser source, a minimum phase angle Ψ is provided that does not exceed 10°, after which the intensity of the laser and solar radiation reflected from the space object is recorded, for which on the Earth's surface at a distance When L from the laser source, a receiving system is installed that registers the reflected laser radiation and the reflected solar radiation, and the intensity is determined by calculation
Figure 00000026
laser radiation source on a space object according to the formula
Figure 00000027
Figure 00000027
где
Figure 00000028
- величина спектральной интенсивности солнечного излучения на КО на длине волны ЛИ; Δλ1 - эквивалентная ширина рабочего спектрального диапазона фотоприемника, регистрирующего отраженное ЛИ; Ф - фаза солнечной подсветки КО;
Figure 00000029
- интенсивность отраженного ЛИ на Земле,
Figure 00000030
- интенсивность отраженного солнечного излучения на Земле в спектральном диапазоне работы фотоприемника, регистрирующего отраженное ЛИ.
Where
Figure 00000028
- the magnitude of the spectral intensity of solar radiation on the CR at the wavelength of the LI; Δλ 1 - equivalent width of the working spectral range of the photodetector, registering the reflected LI; Ф - phase of solar illumination of KO;
Figure 00000029
is the intensity of the reflected LI on the Earth,
Figure 00000030
- the intensity of the reflected solar radiation on the Earth in the spectral range of the photodetector, which registers the reflected LR.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при работе лазерного источника в непрерывном режиме расстояние L выбирают из условия 100 м≤L≤10 км, а регистрация отраженного солнечного излучения производится в спектральном диапазоне с центром на длине волны λ2, определяемой исходя из условия
Figure 00000031
2. The method according to claim 1, characterized in that when the laser source is operating in continuous mode, the distance L is selected from the condition 100 m ≤ L ≤ 10 km, and the reflected solar radiation is recorded in the spectral range centered on the wavelength λ 2 determined by based on the condition
Figure 00000031
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при работе лазерного источника в импульсно-периодическом режиме расстояние L выбирают из условия 0 м≤L≤10 км, а регистрация отраженного солнечного излучения производится в спектральном диапазоне с центром на длине волны λ1, причем для селекции импульсно-периодического лазерного сигнала из смеси с непрерывным сигналом от отраженного солнечного излучения используют временную фильтрацию.3. The method according to claim 1, characterized in that when the laser source is operating in a repetitively pulsed mode, the distance L is selected from the condition 0 m ≤ L ≤ 10 km, and the reflected solar radiation is recorded in the spectral range centered on the wavelength λ 1 , and for the selection of a repetitively pulsed laser signal from a mixture with a continuous signal from reflected solar radiation, time filtering is used.
RU2022111284A 2022-04-25 Method for determining laser radiation intensity on a spherical space object RU2789346C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2789346C1 true RU2789346C1 (en) 2023-02-01

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2125279C1 (en) * 1997-11-14 1999-01-20 Товарищество с ограниченной ответственностью "Астрам" Method of sighting of radiation on moving object and device for its realization
RU2249230C2 (en) * 1998-03-26 2005-03-27 Маркку Сакари ЛЕХТИНЕН Method and device for measuring radio location reflectivity and doppler shift by means of radar
WO2019011803A1 (en) * 2017-07-10 2019-01-17 Trinamix Gmbh Detector for optically detecting at least one object

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2125279C1 (en) * 1997-11-14 1999-01-20 Товарищество с ограниченной ответственностью "Астрам" Method of sighting of radiation on moving object and device for its realization
RU2249230C2 (en) * 1998-03-26 2005-03-27 Маркку Сакари ЛЕХТИНЕН Method and device for measuring radio location reflectivity and doppler shift by means of radar
WO2019011803A1 (en) * 2017-07-10 2019-01-17 Trinamix Gmbh Detector for optically detecting at least one object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sarazin et al. The ESO differential image motion monitor
CN108871733B (en) Near-field detection device of large-caliber optical system and measurement method thereof
CN103308187A (en) High-frequency Shack-Hartmann wave-front measuring device and measuring method thereof
Nasse et al. Recent improvements of long-path DOAS measurements: impact on accuracy and stability of short-term and automated long-term observations
CN112683796A (en) Differential absorption spectrometer optical system based on geosynchronous orbit observation
US20150092179A1 (en) Light ranging with moving sensor array
RU2789346C1 (en) Method for determining laser radiation intensity on a spherical space object
EP3489152A2 (en) Observation instrument comprising an auto-collimator with mirror mounted on a star tracker
Polz et al. Setups for alignment and on-ground calibration and characterization of the EnMAP hyperspectral imager
EP3799620B1 (en) System for the real-time high precision measurement of the atmospheric attenuation of electromagnetic radiation
CN108152218B (en) Method and device for measuring gas covering color difference
CN113466182A (en) Specular reflectivity measuring method and device for medium-caliber telescope
Ballester et al. Raman LIDARs for the atmospheric calibrationalong the line-of-sight of CTA
Beckers Blind operation of optical astronomical interferometers options and predicted performance
Kieda et al. Augmentation of veritas telescopes for stellar intensity interferometry
Elliot et al. A quantitative fringe detector for stellar interferometry
Vasileiadis et al. Raman LIDARs and atmospheric calibration for the Cherenkov Telescope Array
Stecklum Photoelectric observations of lunar occultations
CN109141824A (en) It is a kind of for integrating the integrated detection device and detection method of visual field fiber spectrometer optical fiber property
CN101963528A (en) Method for realizing super-large vieing-field static polarization Fourier transform imaging spectrum
JP2500377B2 (en) Measuring method of mirror surface distortion of large antenna mounted on satellite
KR101894798B1 (en) A Light Transceiver for Pollutant Detection Telescope
Otger et al. Raman LIDARs for the atmospheric calibration along the line-of-sight of CTA
Li et al. A comparative study of the luminous flux of two ground-based airglow imaging interferometers
CN115932992A (en) Method for realizing detection of gravitational wave electromagnetic corresponding body based on optical telescope system