Лазерный локатор для слежения за спутниками

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Исследовательская часть 7
1.1 Общая информация 7
1.2 Обзор существующих систем ЛЛС слежения 11
1.3 Требования к разрабатываемой системе 14
1.4 Выбор приемника излучения 16
1.5 Оптические характеристики земной атмосферы 17
1.6 Светоэнергетический расчет 18
1.6.1 Расчет мощности, регистрируемой приемником 21
1.6.2 Расчет пороговой мощности 23
1.6.3 Анализ влияния фоновых атмосферных помех на
полезную мощность 24
1.6.4 Анализ влияния параметров приемного канала на
дальность работы ЛЛС 27
Описание функциональной схемы лазерной локационной системы слежения за искусственными спутниками Земли 32
2 Конструкторская часть 33
2.1 Расчет оптической системы 33
2.1.1 Передающая оптическая система 34
2.1.2 Моделирование и оптимизация передающего канала системы в Zemax 35
2.1.3 Приемная оптическая система 37
2.1.4 Моделирование и оптимизация приемного канала системы в Zemax 40
3 Технологическая часть 44
3.1 Расчет допусков оптической системы приемного канала 44
4 Организационно-экономическая часть 55
4.1 Расчёт обобщенного технического показателя НИОКР 56
4.2 Обоснование величины бальной оценки и значений выбранных весов 57
4.3 Научно – технический эффект 58
4.4 Расчёт трудоёмкости НИОКР 61
4.5 Расчёт затрат на выполнение НИОКР 67
4.6 Вывод к организационно – экономической части 71
5 Охрана труда и экология 72
5.1 Описание прибора 72
5.2 Анализ вредных и опасных факторов, возникающих при производстве локационной системы 73
5.2.1 Электробезопасность 73
5.2.2 Шум 74
5.2.3 Пожаробезопасность 75
5.2.4 Микроклимат и загрязненный воздух 76
5.2.5 Требования к освещенности на рабочем месте 77
5.2.6 Расчёт предельно допустимых уровней лазерного излучения при воздействии на глаза и кожу 77
5.2.7 Расчет границ лазерно-опасной зоны (ЛОЗ) 80
5.2.8 Средства защиты от лазерного излучения 81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 82
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 83
ПРИЛОЖЕНИЕ А 85
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 103
ПРИЛОЖЕНИЕ В 106

Весь текст будет доступен после покупки

Для обеспечения точного и надёжного функционирования искусственных спутников Земли, оснащенных уголковыми отражателями, необходимо использовать современные и эффективные средства контроля и управления. Одним из таких средств является лазерный локатор, который позволяет отслеживать положение и параметры движения спутника в реальном времени.
Лазерный локатор для слежения за спутниками относится к классу лазерных локационных систем для контроля положения ИСЗ, предназначением которых является активное наблюдение и определение координат искусственных спутников Земли, проходящих по низкой околоземной орбите при наличии фоновых атмосферных помех как в условиях слабой освещенности, так и днем.
Актуальность темы обусловлена необходимостью создания эффективных и надёжных систем слежения за космическими аппаратами, особенно в контексте развития спутниковых технологий и расширения сферы их применения. Лазерный локатор позволит повысить точность и оперативность определения координат спутников, что будет способствовать успешному выполнению различных задач, связанных с космической деятельностью.
Данная выпускная квалификационная работа состоит из следующих частей в указанной последовательности: исследовательская часть, конструкторская часть, технологическая часть, организационно-экономическая часть и часть, посвященная вопросам охраны труда и экологии.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Исследовательская часть

1.1 Общая информация

Лазерная локация искусственных спутников Земли – это измерение точных расстояний между лазерным телескопом, расположенным на поверхности Земли, и отражателями на поверхности пролетающего спутника.
Принцип работы:
С наземного пункта посылаются ультракороткие импульсы в направлении на ИСЗ. Зондирующий импульс запускает счетчик интервалов времени. Затем на этом же пункте регистрируется отраженный от спутника сигнал. Отраженный импульс регистрируется высокочувствительным детектором (отраженный импульс очень слабый, иногда даже может содержать всего один фотон). Вернувшийся сигнал останавливает счетчик, и записывается время прохождения сигнала в прямом и обратном направлении.
После запуска первых двух геодезических спутников правильной сферической формы, специально разработанных для лазерной локации – Starlette в 1975г. и LAGEOS-1 (Laser GEOdynamics Satellite) в 1976г. – появилась возможность определять орбиты этих спутников сначала с дециметровой, а затем и с сантиметровой точностью. Это позволило значительно уточнить общеземную систему координат, определять параметры вращения Земли (ПВЗ) и длинноволновую составляющую гравитационного поля Земли с высокой точностью.
Спутниковая лазерная локация решает множество задач в области космической геодезии и предоставляет возможность точного определения координат начальной точки геодезической системы. Этот метод измерений является единственным способом получения такой информации.


Достоинства данного метода:
• С точностью до долей сантиметра могут быть учтены поправки за рефракцию, потому что система оптическая и не зависит от ошибок измерения запаздывания сигнала при прохождении атмосферы;
• Большое количество наблюдаемых ИСЗ;
• Высокая точность измерений (0,5 – 2,0 см.);
• Наличие результатов измерений в банках данных, начиная с 1975 г., что позволяет изучать некоторые параметры на продолжительном интервале.
ЛЛС слежения, создаваемые в разных странах, предназначены, в первую очередь, для контроля положения оптической оси телескопа станции. Они служат для слежения за собственными спутниками, на которых установлены угловые отражатели (рисунок 1). Показания углов Az (азимут) и El (угол места) указывают на положение телескопа.

Рисунок 1 – Схема слежения за спутником
Ниже приведено описание основных компонентов системы лазерной локации для контроля положения искусственных спутников Земли в обобщенной форме:
1. Лазерный источник:
Обеспечивается генерация лазерного излучения, которое направляется на ИСЗ.

2. Телескоп:
Обеспечивается приём отраженного от спутника лазерного излучения и его последующая фокусировка на детектор.
3. Фотодетектор:
Регистрируется отраженное лазерное излучение и измеряется время его прохождения от спутника до детектора. Фотодетектор преобразует световой сигнал в электрический сигнал для дальнейшей обработки.
4. Система синхронизации:
Обеспечивает точную синхронизацию между лазерным излучателем и фотодетектором для точного измерения времени прохождения лазерного излучения.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды: Учеб. Пособие для вузов / В.И. Козинцев, В.М. Орлов, М.Л. Белов и др. Под ред. В.Н. Рождествина. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 528 с.: ил. (Сер. Электроника).
2. Основы импульсной лазерной локации / В.И. Козинцев, М.Л. Белов, В.М. Орлов, В.А. Городничев, Б.В.Стрелков. М.: Изд-во МГТУ, 2010. Издание 2-е дополненное. 572 с.
3. Сравнение методик расчета минимально обнаруживаемой энергии приемника при использовании ФЭУ в качестве фотодетектора /
С.Е. Иванов, П.А. Филимонов, М.Л. Белов, В.А. Городничев. М.: Изд-во МГТУ, 2014. Инженерный вестник.
4. Иванов С.Е., Федотов Ю.В., Филимонов П.А., Белов М.Л., Городничев В.А. Лазерный измеритель характеристик атмосферных аэрозольных неоднородностей в видимом и ультрафиолетовом диапазонах спектра // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2016. № 2. C. 67–78. DOI: 10.18698/0236-3933-2016-2-67-78
5. А.В. Бахолдин, Г.Э. Романова, Г.И. Цуканова. Теория и методы проектирования оптических систем. Учебное пособие под редакцией проф. А.А. Шехонина – СПб: СПб НИУ ИТМО, 2011. – 104 с.
6. Быков, Б.З. Оформление рабочих чертежей оптических деталей и выбор допусков на их характеристики. Ч.1: учеб. пособие / В.А. Перов;
Б.З. Быков. — Москва: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007.— 64 с. 12.1.038-82

Весь текст будет доступен после покупки