Лекция № 4 Оптические и радиотехнические способы наблюдения спутников.

1. Оптические методы наблюдения.

2. Радиоэлектронные методы наблюдения.

1. Оптические методы наблюдения.

Методы наблюдения ИСЗ можно подразделить на оптические и радиоэлектронные.

К оптическим методам относятся :

• Визуальные.

• Фотографические.

• Лазерные.

К радиоэлектронным относятся:

• Интерференционные.

• Доплеровские.

• Дальномерные.

• Комбинированные методы радиоэлектронный наблюдений.

Фотографические и визуальные методы позволяют определять направления на спутник. Радиоинтерференционный способ определяет расстояние, но не определяет направление. Лазерный метод позволяет определять и направление и расстояние. Поэтому выгодным является сочетание способов.

Визуальные методы наблюдения не обеспечивают точности, достаточной для использования результатов этих наблюдений в геодезических целях.

В 60-х годах широкое распространение имели фотографические наблюдения ИСЗ, так как в то время ни один другой метод не мог с ними конкурировать по точности. В дальнейшем на первое место выдвинулись доплеровские и лазерные наблюдения. На основе этих наблюдений решают не только геодезические задачи, но также проблемы геодинамики и астрометрии. Точность лазерных и доплеровских наблюдений непрерывно повышается. Вместе с тем фотографические наблюдения продолжают использоваться при решении геометрических и динамических задач космической геодезии. Их особая ценность состоит в том, что они обеспечивают ориентирование космических геодезических построений.

Фотографические наблюдения документальны, позволяют, в случае необходимости, многократно повторять измерения. Положение ИСЗ на снимке определяется путём привязки к опорным звёздам в системе некоторого фундаментального каталога.

Камеры, используемые для наблюдений спутников можно разделить на две группы. Камеры одной из этих групп не отслеживают движение спутника. Они могут иметь азимутальную или экваториальную монтировку. Вторую группу образуют следящие камеры. Эти камеры имеют трёхосную или четырёхосную монтировку. Как правило, неследящие камеры более портативные и дешёвые.

Отслеживание движения ИСЗ может осуществляться одним из следующих методов:

1. отслеживание спутника по малому кругу путём перемещения камеры (четырёхосная монтировка);

2. отслеживание спутника по большому кругу путём перемещения камеры (трёхосная монтировка);

3. отслеживание путём использования плоскопараллельной пластинки;

4. отслеживание путём перемещения кассеты или плёнки.

Следящие камеры позволяют фотографировать более слабые спутники, а также получать большее количество снимков за одно прохождение.

Камеры для фотографических наблюдений ИСЗ снабжены специальными затворами, при помощи которых задаётся необходимая продолжительность экспозиции, многие из них имеют обтюраторы для прерывания следов спутника и звёзд на фотоплёнке (фотопластинке) с целью привязки наблюдений к шкале времени.

Турбулентные явления в атмосфере не позволяют получать из фотографических наблюдений направления с точностью, превышающей 0,4 - 0,5″. По этой причине фотографические наблюдения не могут конкурировать с радиоэлектронными и лазерными.

Лазерные наблюдения исз.

Лазерные установки используются для измерения расстояний до ИСЗ, а также для освещения ИСЗ при его фотографировании на фоне звёздного неба, в последнем случае мощность излучения должна быть намного выше.

Лазерные установки для наблюдений ИСЗ состоят из лазерного передатчика, приёмного устройства, платформы, системы измерения и регистрации результатов. Процесс измерений заключается в фиксации времени прохождения светового импульса до ИСЗ и обратно.

В момент выхода лазерного импульса с передатчика начинает работать счётчик циклов частоты 100 МГц или 1 ГГц, который выключается в момент поступления в приёмник отражённого импульса, что даёт возможность определить интервал времени прохождения светового импульса от установки до ИСЗ и обратно. Зная скорость распространения светас, можно рассчитать расстояние до ИСЗ:

Дальность действия лазерной дальномерной системы пропорциональна четвёртой степени излучаемой энергии, обратно пропорциональна квадратному корню из ширины луча и прямо пропорциональна квадратному корню из диаметра аппаратуры приёмника.

Расходимость (ширина) лазерного луча устанавливается в зависимости от точности эфемерид и точности наведения лазера, и в настоящее время лазерные установки имеют расхождение луча от 0,5 до 20´. Выходная модность лазера колеблется в пределах от 10 до 50 Мвт, длительность импульса – от 10 до 60 нс и энергия в импульсе – от 0,5 до 7,5 Дж.

Точность измерения расстояний лазерными системами определяется длительностью и крутизной фронта возвращающегося сигнала, разрешающей способностью счётчика для регистрации интервалов времени, а также точностью учёта изменения скорости света в атмосфере.

При повышении мощности и сокращении длительности импульса достигается соответствие посланного и возвращённого импульсов, что может обеспечивать измерение расстояний с точностью до 0,6 м.

Ошибка лазерного метода определения расстояний до ИСЗ 0,6 – 0,7 м может быть достигнута при точном учёте температуры и давления, так как в этом случае влияние атмосферы приводит к ошибке, не превышающей 0,2 м.