автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизация прогнозирования точности лазерной локации в условиях космических технологий

РГ6 од

10 СИ!

воронежский полптехническии институт

На правах рукописи

ИТИРБЕРГ Лазарь Сапчилович

автоматизация прогнозирования точности лазерной погацш в «слоснях космических технология

Специальность - 05-13-07 "Автоматизация технологических працессоз и производств"

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степепн кандидата технических надк п Форме научного доклада

Воронся

1993

Работа выполнена в Институте астрономии РАН и Воронежской политехническом институте

Научный руководитель - заслуженный деятель нации РСФСР,

доктор технических наук, профессор В.Н.Фролов

Официалыые оппоненты - д-т-н- Л.С.Юношев,

НПО ВНИИфТРИ

- к.т-н. В.В.Юрасов.,

Воронежский политехнический институт

Ведуцая организация - Главная Астрономическая обсерватория Украины

Заынта состоится года в _____

_ часов на заседании специализированного совета Д 063.81.02 в Воронежской политехническом институте (391026, г- Воронеж, Московский проспект, 14).

С диссертацией носко ознакомиться в библиотеке Воронекского политехнического института*

Диссертация разослана

'ТЧЕНШ СЕКРЕТАРЬ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО СОВЕТА

ДОКТОР ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК, ПРОФЕССОР

Я.Б. Львович

ОБЦАЯ ХАРЯСТЕРНСТККЛ ГЛ1501Н

Работа представлена в iopne научного доклада! подготовлемно -го по совокупности работ, виполненных соискателей лично или в составе группы лазерной локации, возглавляемой ип.

Актуальности праблепи- Высокоточная лазерная локация искусственных спутников Зеили (НСЗ) используется для решения многих задач d различных космических технологиях ■

Поскольку в настоящее вреип наши представления о структ^ с; гравитационного поля еще недостаточно пол!ше, негравитациошшэ возиумения плохо учитываются,• подвижки и дсфоряац.ш зонной корм пала изучены, то получае'гае прк локсции специальные спутншсот! высокоточные топсцентрические расстояния ( расстояние меяду спутником н наэеиныи пунктом) летат о основе уто-шения вышспер«-численних факторов. В ряде случаев лазерная локация искусственны-спутников Зенли служит д..я пряного определение параметров их орбит.

При решении задачи высокотачного определения положении космического объекта относительно наземного пункта в заданны? ко-иенти времени необходимы знания координат наземных пунктов, паро-нетров 'орбита сп'_/"ников, геодинаиичЕскнх параметров праиенил ли, структуры гравитационного поля, вознуцаицкх негравитационгих сил, воздейству'риих на спутник н т.д..

Особое значение при ревенин косг.ических навигацношшх задач имеют геодинамичзскио параметры вращения Зеили, т-е. учет нестабильности зраиения Зенли вокруг оси и дпнзенип ее полксоз. Начиная с 1933 года, Пеадународная служба врацеиия Земли базируется на результатах лазерной локации спутника Lageos (запячен з 1976 году СИЛ? мар диаметром 60 см, покрыт 420 уголковыми отражателями особой конструкции5 находится на расстоянии 6 ткс- кн от пор,г -х-ностн Земли)- Центр обработай данных по локации Lageos расположен п СИЛ (HASA). Лазерную локации спутников обеспечивают спрциальннз лазернка спутниковыз дальномеры (ЛСД), изнерямщие топоцентри-ческио расстояния в едино:! икала атокного времени. Решения пиин-пзречисленгшх задач требуют совместного участия многих станций-распределенных по всему земному иару. Предварительно обработанные результат» наблюдений со всей сети станций приводятся к единым Форматам п оперативно передается а пеядународипе центры в СШЛ ((НАЕЛ) я Сзрапейкгин (Ппнхсг:?) , г*.""? после контроля постуштт а

саотвотстоуыыие банки данных. Аналогичных банков данных в России нет- Потребители при решении ьышеперечисленних фундаментальных и прикладных задач в коснических технологиях используют соответствующие результаты- В настоящее время одно из основных направлений повышения эффективности лазерной локации состоит в повыщипли абсалмткой точности измерений топоцентрических расстояний. Поэтому важнейиая зада"а лазерной станции - это получение достоверных , наксинально точных наблюдений и их оперативная отправка потребителям-

Цель и задачи исследования« Разработать систему автоматического прогноза точности (САПТ), поБыыанщун абсолютную точность измерения топоцентрических расстояний при лазерной локации ИСЗ н позволяющую повысить эффективность коснических технологии-

Для достижения указанной цели необходимо реаать следующие задачи:

Исследовать Факторы, влияющие на точность, и выделить основное. Провести анализ путег повышения точности-

-Формировать кодели воздействия возмущающих факторов на точность локации.

Разработать и включить в состав ЛСД электронные системы, обеспечивающие Функционирование САПТ-

Разработать комплекс методик* моделей и алгоритмов! обеспечивающих работу системы автсшатического прогноза -vos .ости (САПТ) при какс .лальной достоверности результатов с ориентацией на сопреиенные космические технологии-

Разработать комплекс программных средств для автоматизации процедуры предварительной обработан результатов локации ИСЗ в ргшсах счднций наблюдений-

венозный катоды исследования. Для решения поставленной аадачи в работе использунтся полоаеиня теории двикен m IÍC3* работа радиотехнических и лазерных системí аппарат вычислительной техники и программирования) теория погреиностк измерений- При разработке ноде.'.л учета возмущзквдцх факторов испальзоаали теории нате-гмтнчнского моделирования-

Обработка экспериментальных даннчх осуществлялась ■ методами матенагичгской статистики-

Пдучкав новизна результатов работы!

Исслр ;оаано влияние основных сигналов, обеспечиваиыих Фчюгцнанирование ЛСД) на точность измерении , предлогена и внед-

з

репа новая структура комплекса, отличающаяся от базовой теп, что обеспечивает получение и регистрацию необходимой дополнительной информации об основных сигналах.

Проанализирована работа ЛСД в режиме регистрации предельно слабых сигналов, показана их сложная энергетическая структура, позволившая обеспечить необходимую точность при работе в этом режиме.

Получены пассивы амплитудных распределений сигналов, отра-яеиных от ИСЗ, позволявшие объективно оценивать их отражатель- че свойства и оптимизировать параметры ЛСД-

Разработан алгоритм оценки влияния опорной "-астота на точность измерений, отличающийся тем, что,кроне (»актора нестабильности, учитывается влияние фазы опорной частоты на измеряемый интервал-

Разработана методология поведения корректных калиьровок ЛСД, отличающаяся темм.^и калибровке воспр «водятся реалышэ сигналы-

Разработан на осно.зании статистического анализа алгоритм СЛПТ,' отличакцийся тем, что исключает влияние используемых моделей на абсолютную точность и минимизирует влияние возмучзвдих Факторов -

Иредлояен критерий оценки зиергопотенциалоэ ЛСД, отличаю-иийся от стандартной оценки тен, что базируется на статистическом анализе реальных сигналов и реальной прозрачности атмосферы.

Практическая ценность и реализация результатов работы- Для обеспечения ряда космических программ в СССР были разработаны и изготовлены ЛСД "Крын", расчетная точность которых соответствовала иевдународныя стандартам и позволяла участвовать в Международной службе вращения Земли- Но в 1939 году ни один отечественный дальномер по своим результатам не соответствовал кеждунаро мши требованиям- Разработка и внедрение САПТ на Симеизской обсерватории позволили повысить точность локации ИСЗ без изменения баэоь-ых элементов даль'иомера: лазерного передатчика, изморите ля временных интервалов,фотоприемника. Дальнейшее повышение точности локации ИСЗ возможно только при замене базовых элементов дальномера с применением САПТ, дальнейиен развитии космических технологий Г 1,23-

1■ Применение САПТ на Симеизской станции наблюдений значительно улучыило точнпсть из1ере1!ил топочентрических расстоянии,

позволила использовать их в современных косиических технологиях и привело их в соответствие с требованиями Международной слуабы вращения Земли, расширило возможности их использования.

2- Получанные данные по локации специальных ИСЗ воыли в иек-дународные банки данных, находящиеся о СИЛ (ЫАЗА) и Гернашш [19,20].

3. В структуру дальномера были включены узлы и приборы, регистрирующие инкарнацию, необходимую для функционирования САПТ.

4. Полученные анплитудкыо распределения отраженных сигналов позволяют объективно сравнивать реалыше сигналы с расчетныки, служат критериеи оп.-инальности настройки дальномера-

5. Полученный опыт применения САПТ нокет быть внедрен на других станциях.

Дальнвйиий рост точности воэнояен при увеличении регистрации числа вознучаюиих воздействий.

Е 1991 году Синеизскап обсерватория была единственной, представлявшей России в Международной слуибп вращения Земли-

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работа докладывались, обсукдалпсь и контролировались на•

Научных семинарах и сопевдииях с институте Астрокопш Российской зкадепчи паук ( ранее Астрономический совет АН СССР ! с 1980 по 1993 годы? в Боршшаскоп политехническом институте с 1991 по 1993 годы! в Латвийском гасуштерсцтете в 1980-1909 ¿т.

Па Мандуна,-одной конференции в Суодгле "Использование наблюдений ИСЗ для целей геодезии и геофизики" ■ 1902г.

На Российскон совеианин-ссиянаро "Оптииальиса проектирование технических устройств и автсх.атизирозанных систен". 1992г ■

Результаты наблнденш": ИСЗ регулярно с 1960 года передавались в МаЕдународную слупбу врацаиия Зеили, г/,с контролировалась их точность.

Публикации. По материала» диссертационной работы опубликова-1.о 25 печатных работ, в тон число в шести отчетах по НИР. Обработанные результаты наблюдений регулярно передаются о Пеидуиарсдный центр вращения Зеили ПАЗА (СКА) и Европейский центр Евролаза (Наихен) и входят в иеадународныа каталоги.

С0ДЕРШШ2 РАБОТУ 1. Прсгпоэкроваииэ точкоотт'- лавзрпай лскацчя спутикхоз в

коапичаских технологиях к со результаты С1,13]. В настоящее врепя прогноз точности при обработке результатов Лазерной локации базируется на предположении, что полученный вре-крнкой ряд В( t > состоит из топоцентрических расстояний П(t > кеаду дальномеров и спутников н случайной последовательности U(t) ВС t) : Wt) + U< t). В этой модели P(t) представляет детерминированную последог -тольностъ, которую иояно назвать систематической составляющей или трендом» На основании одной из коделей движэния ИСЗ строится прогноз дальности D <t>. Обычно анализируется разность D (t).

D (t) : 0 (t) - D ( t) - К ? где К - постоянная, определенная по результатам калибровки. Известно, что полиномиальный тренд со стандартной процедурой построения регрессионно* кривой наяна счить.ь удачной формой представления временного ряда локациотгах наблюдений, и он EHFOÎCO используется на псьх станциях.

Петрологическое обеспечение ЛСД на созрелешюм уровне ка позволяет спитсзкрапать достоверные врекпнпыа кптероали« соот-ватствукада рас_г:аг.ш:!ш к спутнику! п корректно подать кх в сяотеиу.

В настоящее время единственная достоверная оцешеа точности работа ЛСД ножет быть получена только поело обработки данных оо гсей езти станций- Такая обработка происходит о запаздыванием. Результаты участия п йеядународпой слугбо орз,кяпяя Земли близких по классу стакцпй Потсдама, Риги (ЛСД - "Кркя-2". запуыен в 19S6 году),Симеиза (ЛСД - "Крым-4", запущен о 1938 году), а таксе луч-ней стапцяи сети (США, Техас) приведены в табл. . 1. Датгыэ взяты кз итогового бпллетеня Международной сдуябы С13- В первой гг">фе указан неядучародный покер станции» во второй - название станции, п третьей - количество пролетов спутника Lageos, в четвертой -число точак, в пятой - процент и количество отбракованных точекi в квотой - прпдоари гельная среднеквадратичная оаибка по полинопу (в сакткпвтрах> и последнем - среднеквадратичная оыкбка на реальней орбита (в оаптияетрах)■

В году ни одпи пэ трзх ргботаиаях дальномеров "Крип" не CD0TC.7TCT3 оэ пл ¡:еллупгродгает 7pc'Js~rr::r.n- Вг~гп п тезеоп в в поло-гг;:?»:?• orrcsa-trcf» I5Î crrzrvah ita W¡"¡ r ran vo/t? сягекцпя а Голлап-

6 Таблица I

SUMMARY OF 1989 LAGEOS RESIDUAL ANALYSIS

STATIOM ID КАМЕ

HO. OF PASSES

REPORT OBS

PCT EDIT

GOOD OBS

RAW PREC. RMS EST (си) (cm)

1 2 3 4 5 6 7

1181 P0TSDM 73 2962 42. • 4 1706 18. .6 14-3

1873 SIMEIZ 18 750 77. ■ 5 169 16. .6 13.2

1Ь84 RICA 50 2486 62. .7 927 19. .4 12.3

7080 MCD0N4 298 . 14604 1. .3 14416 5. .2 1.9

дни,Финляндии, Израиля и т.д. Предварительная обработка данных в Слиеи^л проводилась по вышеуказанному методу и оиибки, выявленные НА5А. не проявились. Реаулы .ты окончательной обработки, проведенной МАЗА, свидетельствуит о возможном несоответствии базовых элементов дальнонера "Крин" кии о недоучете ряда возмущающих факторов.

2. Автоматизация прогнозировался точнооти локации 1!СЗ лазерными спутншсазыии дальномерами £3,4/6,11,173 • Выбор предложенной структуры прогноза точности -базируется на:

Общем анализе погрешностей, определяющих точность, и выделении основных влияющих факторов, поддающихся учету.

Математическом анализе и моделировании основных влияющих $актсрсш! определении диапасана и состава необходимей информации.

Проведении корректных калибровок аппаратуры.

Исключение влияния используепых моделей на абсолюту» точность измерений.

При автоматизированном прогнозе точности имеет каста блоч-но-иерархическии подход, заключающийся в расчленении проектируемой системы на иерархические уровни и позволяющий на кандом уровне Формулировать к решать задачу по лчету соответствующего возмущающего фактора-

Анализ оозкущакщих факторов, влияичих на точность измерений при лазерной локации ИСЗ- Обычно. ощибки, влияющие на точ-11сть измерений,разбивают на несколько групп!

А. Ощнбти используемых моделей -ЛТ,. Источниками этих моделей

олуаат! неточность принятого числового значения скорости света; ногреыности, связанные с конструкцией спутника, возникающие при приведении лазерных измерений к центру пассы спутника? модель учата атмосферной рефракции.

Б. Ошибки изиерения орелеии и его привязки к единой ьпсале-д-^. В соответствии с неядународными требованиями точность регистрации времени составляет 1 икэ.

В. Инструментальные оыибки составляет основную группу ошибок, определяемых конструкцией ЛСД и применяемыми методиками и спроде лшзтся: конечной длительности лазерного импульса лТ, точ-

3

нсстыа работы измерителя временных интерпалов дТ, »^стабильность» временных параметров здтоприекного (НВПф) устройства лТ,арвмешгай нестабильностью аппаратуры - йТь, порогоп чувствительности, неточность!« метеорологических измерен«»1 дТ.

Г» Оиибка калибровки - л Т9-Известно, что оиибка ол. еделения дальности Н лазерного дальномера зависит от кногих факторов, в тон числе!

.2 а Т.'

- < -I (•

ЫЬ --------X С ,

2

ГДЭ С--скорость гпета.

Расчет показал« что в 1989 году основной вклад в ошибку ГС вносила длительность лазерного импульса йТ^ = 3-5 пз-При этом расчетная суммарная оаибкайП = 55 см, т-е. большинство измерений лальпостп долзно было находитьсяв пятидесяти сантиметровом коридоре, соотаатотвоваввеи требования» Международной службы зрацення ЗапЛя. Этой точности и соответствовала предварительная оценка данных па полиномах, отправленных з пепдународяум слуабу в 1989 году- Но посла окончательного анализа на орбите осталось 23 /¿точек» Натрологическо» обеспеченна слуабы времена сразу позволило пкелпчить ее» как возмовнуи причину брака. В дальнейшей было исследовано влияняе на точность логсаагпт оекпзкых сигналов, обеспачнзкгеах'Фугещнопмровашго ЛСД • К таким йкгналап похко отнести : стартозутз команду, сорппруепуг» лазерам иппульсоя! кя-кдльси, отрзпп!1:п.:э от спутника, п опорную частоту 5 ИЬз, выдавае-пуя атопгая стгшдартоя частоты. Эксперименты подтвердили, что оспсзной причиной отклонения полученных результатов от точной орбита пзлпзтея иг?!ссрр~стнля калибровка и нэлниенпая зависимость ярз:;г?!?!!1:г парапэтрсп отдолыг« узле? от зпялятуды отрая^ипых екг-

в

;;йлсш <йОС>. Наиболее сильно влияние входного сигнала проявляется на фо гоушшкитсзль •

Экспериментальный график ИБП? для ФЭУ-79 представлен на ркс.1.

с- ,

33

32

31

1 10 100 Л

Рис. 1

йо вертикальной оси отложено время прохождения импульса ча-¡'аз гоугнюкитвль -лТ , а но горизонтальной - число первичных

<¡>5*

'¿итозлактрокои А пег фотокатоде. Но рисунка видно, что ИВПф ¡¡акся-калыш дл<: оАНОфотоэл&ктрагшых сигналов к разке уменьшается длк инэгаъатазлЕхтрашых- ИВПУ оп^едолпаюп рачличныни начал:,пит: зсловиякн дл!! кйсдого электрона, пояплгшдагося на поверхности <?о-токатада под воздействием света, рйзличкили траекториям! движения зтих злектранои1 а затек и электронных кнпульссщ. Очевидно,больной диапазон ЛОС н является главной причиной иеучгешздх аыибше при намерениях дальксктн. С наследницах грщ;тах ¡зсшеш-ч;ке ЛОС пакет пр05шлятьсг! через дороги чурствитольности раа<чич1ш2 злсийп-

тое. Применение елогких Формирователей! прквяаиаодадихся « определенной точке гранта К'.шульса, ис кокпеш.-ируат влиякив фогаушюкгг-

С'лоданатолыот СДПТ далека базироваться на кзшргккн ЙОС к 1салк6ровкИ( прасадэшш!"; о реальной диапазоне с^гаалои.

Сввдос-вает ¡шдель оценки ЛСС С<1 • О&'ычно па практика рва ль-ьаг5 с:;г'ц;:лп па пор!;да;< кепьыа расчетных. В соотвьтствки с теорией для спдтшиса Ьааеоз овидаепнй сигнал паходнтся г; днапааона от одного тотезлоктряиа на насколько лааарках посплак, ло дну* - трех

На лазеррцк посылку. При зтак роалы&л сходно! сигнал находится •17 -И,

на урешне 10 - 10 и его екдалзшхе среда $опа славней оада-ча,нер2цС1сиап йга пракого участкг. ЗВ15> Двлыземшй шшдиа ролика

Гйгпстрсцка прадсльио слабнх световых сигналовt проявлении;! .¡пго-r-otii асхадад 'лз принципа незэпнсииости паа гюдепстиип квгнтаз австл, однсврБипкна поступивиизс на Фотохатод. ¡Три этой спредалеш вероятности Р получения сигнала в Фотоэлектронах а озак&шастм от раочатнего. На рис.2 приведен прииср такой зариспкости для <?ото-икногателя с пятяпрацентпии квантовый сиходои» По оси ординат от-лашпга вероятность ¡', а по оси абсцисс расчетное числа ^отаэлс:«"-ронсв Л по известной иадели. Кривая 1 характеризует вероятность регистрации однозотоэлшетроннога сигнала» кривая 2 - двух<?отоэ-лахтрониого сигнала) кривая 3 - трох^отоэлактрсиисго, кркзая 4 -чатарегх и Солее, кривая 5 - отсутствие сигнала-

Отсюда следует) что в случая так насыпаемого одиофатоз/Е:с?-гогншго сигнала на одну лазнрнуя посплку, перог.тнссть получанка омюга палопиаго электрона - 0-34) вероятность получения дзззе -0-2) трех - 0)06) чзтирех п более - 0.04) mi одного - 0.36.

Так::п образец ) дапе при одколотоэлпетрпнно!! уровне спгпала о по:: ¿a/.sirj содержаться шшгпфеггазлектюикые ".ишу/.ьем, сблялигииа Сод&изя тоннсстыз.

Ллгорити учета алцяиия Л0С базируется на. статнстинвскра ai.v.-дазк кисголатией 6r.a:.i дашшх no киепш апут ш.чсан, нахсп/.гпхои на псказалн, что* ■

«".ОС длч одного к того у» спутника ebctiîo керолкроаани a<j coSqh при аиздвгпшшх траекториях ¿сиввшш и погодких усдеаа-

Реалмпш екгпзл ¡шдаэтеп с ддапааона дп -10 дП.

Сггектралмя-ш анализ тачявотш* зсаргигег/атя.: Л0С песа-

;а ргплнгф.ши апилктудаи соатватсгщгрт ргонаи точность и itq ¡",?;- г ¡ípcro т.'.'нлгкцга роста тсадастп о исаличанпен полезного с:; г—

••• П ctis'jittöpn та:с изсазсгзогг. одао^атозахстрсжнсго с:тгпала cS5r,;fi содэргйтся пиогаэдезтронвиа икпульси.

КадпСроски праясаолятсз а дкзпассне гаа-льчих ЛСС ■

— 3» Csrr.',:<mi-v.:::' ч-пгат.глх жршниздтп: ЛСД С101 Лтсгяют отакдарти частотн обсстзчкоаят хранение зрекешша гдеалп п едджат яеточеюсон пксокоотаби/ышй частот:! 5 '.1\к на стан-ir.ni Заш-чика« что й ракглге контроля работ:.' ЛСД вре-

- ï.".î;il:.cî потеряалм« пркаааггшш к cnapuo; частота > яснеряэхса точ-вдучггпа сс?:!-,;:гг;:тг.:я ir штсраад». Возникло арид-

р

0.5 0.4 0.2

лТц! ns

1.0

0.5

SO

го ю

d

3 4 б А

100

ti

Рис. г.

■Зависимость вероятности Р получения полезного сигнала ОТ рассчитанного по модели А (3)

Рис. 3.

Зависимость ошибки дТФ постоянного временного интервала от фазы опорной частоты 5 №iz

200 ns

Рис. 4а.

Гистограмма АОС для спутник Lageos 07.05.1990 г. Общее число точек 228

20 30 40 50 60 70 80 mv

Plc. 46.

1

Гистограмма ajvOUUiTyfl фоновых импульсов, зарегистрированных при локации Lage-osa 07.05.1990 г. Частота шумов £9У-79 0.7Rhz. Фоновая засветка 4 Khz. Общее число точек 296

lía рис. 4 по вертикальной оси отловно число точек в канале, а по горизонтальной - величина сигнала в милливольтах на нагрузке 60 <>•'•

100

50

D

1 . . .. 20 30 40 50 60 mv

полокение, что эти ошибки имеют закономерный характер, и их нокна учесть-Проведенные эксперименты, базирунщиг-:я на дополнительной привязке измеряемых временных интервалов к опорной частоте,это подтвердили. На рис.3 показана характерная зависимость сиибки üT,j. измеряемого постоянного временного интервала, формируемого кабелем от фазы опорной частоты-

По горизонтальной оси отлоаено значение фазы в наносекундах (один период - 5 Mhz), а по вертикальной оси - дТ^. Зависимость имеет "пилообразный" характер с периодом 100 ns и является следствием нелинейности время-аналоговогс цифрового преобразователя, использующегося в измерителе врененных интервалов. Исследования показали, что эта ошибка зависит от фазы и длины измеряемого интервала. Созданная двунернап модельдТ^позволпет существенно уменьшить оиибку используекого изиерителя временных интервалов и исключить из обработки нестабильные аоны.

Эксперименты показали, что на данном уровне точности влияние стартовой команды можно не учитывать.

На базе вышеприведенных исследований; моделей, учитывающих влияние ДОС и Фазы? соответствуют« калибровок были разработа!ш структура и алгоритм СЙПТ, базирующиеся на дополнительной информации, выдаваемой дальномерон- Структура построения САПТ представлена на рии.5.

Исходный пассив В (t) формируется многомерным в данном случае трехмерным В (t,ç,A) и зависит от времени и содерзит дополнительную информации о фазе и амплитуде отраженного сигнала.

Первичная обработка ведется по известной иетодгке, выделяется Р (t,5,A), определяется диапазон реальных ДОС.

Проводится калибровка и формируется массив К <Ф,А)-

По калибровке К (Ф,А) моделируется зависимость ее точности от амплитуды К (А), определяется корректирующая матрица и оптиии-зируетса диапазон амплитуд. Формируется массив С 1С (Ф,А) - К (А)].

По массизу СК (ф,А) - К <АИ моделируется фазовая зависи-иос~ь и определяется корректирующая Фазовая функция К <<?,I3(t)>.

После учета всех возмущающих воздействий калибровка приводится к виду

С К <Ф,Л) - К (А) - К Í Ф, ^í fc) >3 Исходный пассив B(t,î>,A) обрабатывается корректирующими Функциями

CD ( t, 0, А ) - К (А) - К <(?,Ш t))]

Для стандартной обработки полиномами используется разность СВ^.Ф^-КШ - К<Ч>,ШО>1 - 1К<ЧМ) - КС Л) - к<<р,пи>п

Такая методика позволяет компенсировать возможные ошибки но дйлпрспакия- ________

ЛСЗ ь отакции пабдодег.ш". {3)9113( 14| 103

Реализация САПТ г.с. Снмог.зскап ст^'.гцо: базируется на иного-

летнем опыте разработок аппаратуры и математического обеспечения для ЛСД. Начиная с 1981 гада. Симеизская станция перзая а СССР стала регулярно измерять энергии отраженных от НСЗ сигналов, в том числе от специальных спутников Geos-Д, Geos-C, Bilou-C, Болгария- 1300 ( Lageos, Эталон-li Эталон-2, ERS-I и т.д. Полученные реальные массивы амплитудных распределений позволили объективно оптимизировать параметры дальномнра. В 19В2 году Симеизская станция первая в сети дальномеров "Интеркосмос" провела успешную локации ИСЗ Lageos с ожидаемой точностью.

В составе, используемого в настоящее время, дальномера "Kfljh" применяются две управляющие независимые ЭВМ. Периая обеспечивает солровоздение,а вторая - PCD-3T (РС-386) управляет приемно-передающим комплексом, формирует различные команды, на основании теории движения ИСЗ, выдает информацию для синтеза высокоточного временного импульса, разрешающего прохоздениг отраженного импульса! производит оперативную обработку результатов во время наблюдений,видает информацию о ходи сеанса. В стандартной ситуации процесс управления приемно-пвредаюьшн комплексом пол-кссть» автоматизирован. Так как базовый вариант ЛСД "Крин" че измеряет параметров необходимых для функционирования СЛИТ,то используя ранее накопленный опыт в структуру дальномера "t.'pii.i" были вклзчешл ряд узлоз'и приборов, регистрирующих информации необходимую д/.я функционирования СДПТ. Для реализации блочно-иерар-хнчсской структуры САПТ разрзботашд информационнее и программное обеспечения.Программное обеспечение реализовано па модульному принципу и вкличавт по каадону возмуиа:сиему фактору т. и подсисте-ин! моделирование возиуиенил, оптимизация и минимизация его влияния, коррекция результатов набладе]. й. Отсутствие информации по од оиу из вознуцаицих воздействий позволяет исключить соответствующий модуль из обработки. Программы используют различные сочетания диалогового взаимодействия пользователь - ЭШ1- При реализации использовались общесистемные программные средства па 1БИ.ФС з операционной системе ИЗ D03.

На рис.6 а,б приведены амплитудное распределения отраженных и фоновых импульсов," зарегистрированных при локации ИСЗ Lageos 07-05.1990 года, фонозап зтаь.та состоит из ссь'с енных ыумов Фотоумножителя и однофотоэлектронных импульсов, т.к. вероятность одновременного попадания на тотгасг.тпл нескольких квантов спета очся«. |>&до> Пллссл'й сигнал рис- 6а находится п яш.-огпь.а дизпа-

зиле и состоит из одно-, двух- и более Фотоэлектронных иппулъсовi подтверждая вероятностную под.:ль (рис.3) ■ В процессе обработки САПТ был установлен некоторый предел по входной апплитуде, и кокиле сигналы в обработке не участвовали. В табл.. 2 приведены данные участия в Мекдународной слузбе вращения Эенли по там не станциям за 1990 год. Обработка производилась с прияенениеи САПТ.

Таблица 2

SUMMARY 0F 1990 LACEOS RESIDUAL AHALY5IS

STAlIОН МО.OF REPORT

ID НАЛЕ PASSES OBS

12 3 4

UBI POTSDM 121 130B

1073 S1KEIZ 77 693

1B84 RIGA 64 797

7080 MCDQN4 • 214 2122

PCT GOOD RAW PREC-EDIT OBS RUS EST

У, (CQ) (CQ)

5 6 7

19.1 250 15.2 9-9

19.2 133 14.4 В.2

52.5 ЗВ7 18.0 8.8

0.2 43 з.в 1.0

Из таблицы видно, что для Синенза отбраковка составила 19 процентов при ошзбке определения реальной орбиты 8.2 сп, т.е. 81 процент наблидениг находятся в тридцатисачтилетровси коридоре на орбите, при длительности иппульса лазера 3.5 П5- Это объективно свидетельствует, что прияенение САПТ в косиических технологиях повысило точность наблюдений в 2-3 раза*

Контроле чквргопотетщмала ЛСД С7,12]• Повыиение точности локации непосредственно связано о энергетцческини возиояиостяки дальномера. Автороп предложен простой и объектив т-"ч способ контроля ЛСД, базирукццисп на регистрации энергии Фоновых н отрацентах сигналов. Эффективность работы дальномера - Э предлагается оценивать следуяиши образом:

Л<>

Э --------------,

л„ 2г

где Л„-. средняя энергия отравенкых сигналов! А.,- средняя ап-пдгтдда шуповых иппульсов-.г - относительный коэффициент прозрач-вастп атпос?еры и определяется на основании <?отонетрии звезд, располояешшп по траектория династия спутника, пз известны» пето-пикам.

Ирм эксплуатации ЛСД имеет место уменьшение) его энергопотенциала от многих причин, что неизбехно приво, 1Т к патере точности-Наличие оперативного контроля состояния дальномера позволяет обнаруживать и устранять возникающие потери, повыщгть. эффективность космических технологий-

Основные результаты работы

1 - Проанализированы особенности определения точности локации искусственных спутников За^лн, выделены основные познущакщие факторы и методы учета этих "озмуыений- Исследовано влияние на точность определения топоцентрических расстояний основных функциональных сигналов ЛСД, позволившее обосновать необходимость разработки системы автоматического прогнозирования точности при лазерной локации ИСЭ для космических технологий.

2- Предложенл структура математического обеспечения повыиэ-ния точности при проведении локации [|СЗ, технология ее получения, диапазоны и состав необходимой дополнительной информации-

3- Разработаны алгоритмические процедуры, составляищив систему автоматического повышения точности, базирующейся на пно-гоуровнепой схеме учета различных факторов,' влияющих на точность локации ИСЗ-

4. Предложена методика проведения калибровок аппаратуры з лазерных спутниковых дальномерах, позволяющие организовать ¿тто-матизацип процесса обработки результатов локации спутников.

5. Получены и проанализированы реальные амплитуд, ие распределения сигналов отраяешшх от 1!СЗ, к ни их основе оптимизированы параметры приемно-передамией аппара'. ры.

6- Проанализирован резни работы лазерного спутникового дальномера при регистрации предельно слабых отразешшх сигналов (от одного полезного фотоэлектрона ка несколько лазерных носилок и более) и показаны пути повышения точности при ^а^оте п этом рики-

ПО '

7- Дайн объективные критерии автоматической оперативно« сценки состояния зпёргопотенциала лазерного спутникового д.'иг.эпо-мера, определяккего точность 1Рзьрпоп локации-

О- Разработан комплекс, пргграттных средств гж-.»р.тг!<!»«оя с«рг>-

бОТКИ г^эультатоя локзцин ИСЗ, пооуолиш:'!!!! суу^стрпснл ппм'пч'гь

точность лазерной локации дли использования с кас;:ичсс:сг;х технологиях , что оЗеспачмло, например« утерениос участка станции и Си-пекзе С международный номер 1В73 } в Международной слукбе врйцэ-иия Зепли, начинай с 1970 года.

В настоящее зрепп трехуроаневая обработка данных на Сике-изскои станции позволила получить следуивдугз точность по дашаш

СЛИТ повысила эффективность работы ЛСД в космических технологиях, что позволило Симеизской станции принять участие в сапых современных прикладных космических про"раинах[22|23].

Ооодаиоэ содвргашш работы кэлокено в слздувк:.:: публикациях!

1. Satullite Laser Ranging newsletter SLR Subcoamission of the CSTC- International Coordination of Space Techniques for Ceodesy and Geodynanics- April 1990- *

2. Satellite Laser Ranging newsletter SLR Subcoaaissicn of the CSTG. International Coordination of Space Techniques for Geodesy and Geodynamics- April 1991«

3. Нгсевич А-Г., Штирберг Л-С. и др. Экспериментальные изис-рения анергии сигналов страяениых от спутника« Научные ииферпа-ц::к, N55,Астрономический ссвет АН СССР, 1982, 11.

4« ВДтирберг Л-С. Апплнтудкые распределения шшульсов при ла-спрной локации "Aai еоса" на дальноивре "Интвркосгос". Научный ин-Форпации, N55,Астрононический совет АН СССР,1906, П.

5 Масепич А*Г., Итирберг A.C. и др. Лазерная локация КСЗ "Лагсос" на дальпопере "Интеркоспос".Труда пегдународаон конференции "Использование наблюдений ИСЭ для целей геодезии и геофи-пики", Суздаль,1982. Астрононический совет АН СССР,1984,И.

6. Татеяян С.К., Шткрборг П-С. и др. Эксперипснталышо ссследоэаннв характеристик светострагательной спстегш спутшнса "Болгария - 1300". Научные инфорнацни 1) 62, Астрокопический созет АН СССР, 1937,11.

7. Курбасоп Б.С-, Цтирберг Л.С. Методика определенна чувствительности ^отоприеинзй чости лазер1шх спутниковых далы;о-керов. Информационный бюллетень , оыпуск 2,икола-csfiitiisp• Астрологический совет АН СССР,1SB0 ,Киев.

О. Итирберг A.C., Кчзьпепко II«Е. н др. Лаэсрюш далыюкер "Крыл" на Силеизской научней Сазе Астрономического совета ДЦ СССР. Биллвтень набладашш ИСЗ Н 26, 198?, ¡1»

9. [Зтпрберг А«С. Оптическая структура пэредгшнпого лагерпога дальнсксра "Крик" на Сикеизскои научной база Астрономического совета АН СССР. Научные нпфорпацпи Н 66, Астрокапкчэский сосет АН СССР, 1990, И-

■ 10. EiKpdupr Л«С- Оптсппзациа частотных характеристик лазерного дальногшрь в космической технологии. Российское cauEua-mie-ccKintap "Оптипвлыюс." прогктлрованио технических устройств п а1зтопаииирооан!С.;х скстоп": Тезисы докладе:;, 1922, Doroi-'^-.

Спутник Дата

РПЕС. EST (бй)

Lageos 27-07.92

Торех 20-08.92

EBS-1 25-0S.92

Adjsai 19.0В.92

3.5

2.7

2.6 -

2.8

«

П. Итирберг Л.С. Автоматическая система ггааииеаип точности лазерной локации НСЗ по энергии отраженных сигналов: Иоаиузпвский сборник научных трудов "Оптимизация и моделирование в автоматических системах") Воронежский политехнический институт.1992 . Воронеж.

12- Штирберг Л.С. Критерии оценки энергопотенциала лазерного дальномера: Межвузовский сборник научных трудов "Компьютеризация в медицине") 1992 г.) Воронеж.

13. Масевич А-Гч Мтирберг Л-С.» Курбасова Г.С., Мазуров В.Д. Экспериментальные измерения сигналов, отражении* от спутника "Интеркосмос - Болгария-1300". Сборник материалов. 4.1 , . "На-учно-зкспериментальная программа оптических нзблнденик спутника "Ннтеркосмос - Болгария-1300". Астрономический совет АН СССР. Центральная лаборатория высшей геодезии БАН. М., . 1992.

14. Дмитроца И.П., Курбасова Г.С., Итирберг Л-С. Некоторые результаты лазерной локации ИСЗ на Симеизской станции Астргнгами-ческого совета Alt СССР . Научные информации. II 38. Астрономический совет АН СССР. М ., 1976.

15* Разработка технических предлагений и проведение лазерных наблюдений ИСЗ по программе "Дельта". Отчет по договору "Делаз" 11 2/710 от 29.12.89 г.

16- Разработка программного обеспечения для определения параметров врачения Земли о помощью высокоточных наблюдений НСЗ. Отчет по договору N 16 от 29.05.87 г.

17- Разработка универсальной лазерной системы для наблюдений коснических объектов. Отчет по договору 11-Р от 31.01.88 г.

19. Лазерные наблюдения искусственных спутнккоз Земли. Отчет по договору "Kpljm-4" от 15.12-91 г-

19- The German paf for EßS-l. EIJS-1 Laser Traking Support Requirements. ER5-D-lsr~31300. Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut) Abt.l (DGFI) D-B000 München) Marstallplatz 0. 19.06-1990.

20. Eurolas D .ta Center- EDC at DGFI/Hanich. ED С Infomation Bulletin. Ho.l. Munich, Nov.1991.

21. Eurolas Data Center- EDC at DGFI/Hunich- EDC Information Bulletin- Ho.2, Munich, Dec.1992-

22. Crustal Dynamics- Satellite Laser Panging Network-Topex/Paseidon. Laser Network Support Plan- August 1992- Goddard Space Flight Center. Greenbeit, Maryland.

23- Cristal Dynamics. Satellite Laser flanging Network. Lageos II. Laser Support Plan. Oktober 1992. Goddard Space Flight Center. Greenbeit, Maryland.

24« Определение параметров в pat; ния Земли по данный лазерных и "адиотехнических наблюдений искусственных спутников Земли. Отчет по договору "Лира" М 9/91-710 от 28.12-90 г-

25. Лазерная локация ИСЗ и анализ данных глобальной сети станций с целью определения параметров врьуення Зекли а опорной системы координат. Отчет по договору "A|ipa-2" !1 92/821 от 01.03-92 г- л

Подписано к печати 16.08.93. Объем усл.пвч.л. 1,0. Уч.-изд.л. 1,0.'Тираж 60 экз. Заказ I? .

Воронежский поли'.эхнический институт 394026, Воронеж, Московский просп.,14 Участок оперативной полиграфии Воронежского полптэхнического института