CC BY
24
НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЛАЗЕРНЫХ СИГНАЛОВ В УСЛОВИЯХ ОБСЕРВАТОРИИ СО РАН «КАЙТАНАК» НА ГОРНОМ АЛТАЕ
Борис Викторович Поллер
Институт лазерной физики СО РАН, 630090, г. Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 13, корп. 3, доктор технических наук, профессор, тел. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Александр Викторович Бритвин
Институт лазерной физики СО РАН, 630090, г. Новосибирск, пр. Ак. Лаврентьева, 13, корп.
3, младший научный сотрудник, тел. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Юрий Дмитриевич Коломников
Институт лазерной физики СО РАН, 630090, г. Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 13, корп. 3, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, тел. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Юрий Георгиевич Голочаев
Институт лазерной физики СО РАН, 630090, г. Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 13, корп. 3, тел. 333-21-10, e-mail: [email protected]
Сергей Иванович Коняев
Институт лазерной физики СО РАН, 630090, г. Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 13, корп. 3, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, тел. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Анна Евгеньевна Кусакина
Новосибирккий государственный технический университет, ЗАО «СКБ», 630092, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, д. 20, магистр, тел. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Наталья Александровна Шегурнова
Институт лазерной физики СО РАН, 630090, г. Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 13, корп. 3, аспирант, тел. 330-71-20, e-mail: [email protected]
В статье рассматриваются некоторые экспериментальные исследования фоновых характеристик и характеристик распространения оптических сигналов в условиях обсерватории СО РАН «Кайтанак» на Горном Алтае для целей наземно-космической связи.
Ключевые слова: наземно-космическая связь.
SOME CHARACTERISTICS OF LASER SIGNALS IN OBSERVATORY RAS «KAJTANAK» MOUNTAIN ALTAI
Boris V. Poller
Institute of laser physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, 630090, Novosibirsk, Academician Lavrentyev Ave., 13, building 3, Doctor of Engineering., professor, ph. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Alexander V. Britvin
Institute of laser physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, 630090, Novosibirsk, Academician Lavrentyev Ave., 13, building 3, younger research associate, ph. 330-7120, e-mail: [email protected]
Yury D. Kolomnikov
Institute of laser physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, 630090, Novosibirsk, Academician Lavrentyev Ave., 13, building 3, candidate of physical and mathematical sciences., с.н.с., ph. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Yury G. Golochayev
Institute of laser physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, 630090,
Novosibirsk, Academician Lavrentyev Ave., 13, building 3, ph. 333-21-10, e-mail:
Sergey I. Konyaev
Institute of laser physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, 630090,
Novosibirsk, Academician Lavrentyev Ave., 13, building 3, Candidate of Technical Sciences.,
senior research associate., ph. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Anna E. Kusakina
Novosibirkky state technical university, JSC SKB, 630092, Novosibirsk, Charles Marx Ave., 20, master, ph. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Natalia A. Shegurnova
Institute of laser physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, 630090, Novosibirsk, Academician Lavrentyev Ave., 13, building 3, graduate student, ph. 330-71-20, email: [email protected]
Here's a look at some pilot studies background characteristics and characteristics of optical signals in Observatory RAS 'Kajtanak' mountain Altai for Earth-space communications.
Key words: Earth-space communications.
Повышение точности космической и наземной навигации, повышение качества дистанционного зондирования Земли требует увеличения скорости и объемов передачи информации между наземными пунктами (НП) и космическими аппаратами (КА) до десятков гигабит в сек. Поэтому в России и за рубежом начаты исследования по построению наземно-космических лазерных линий и сетей связи [1-3]. Для увеличения надежности наземнокосмической связи наземный пункт целесообразно располагать на вершинах гор, где лучше условия видимости на КА и другие наземные пункты.
Большой интерес для проведения экспериментов по сверхдальней наземной лазерной связи и связи с космическими аппаратами представляет обсерватория «Кайтанак» СО РАН, располагающаяся в Горном Алтае и имеющая постаменты на горе «Гладкая» высотой около 2 100 м. Немаловажно и то, что на вершину горы оборудование может быть доставлено вездеходом. Профиль рельефа местности в районе обсерватории с учетом лазерной трассы «Кайтанак» - «Академгородок» представлен на рис. 1
При направлении с вершины горы лазерного луча в сторону Академгородка параллельно поверхности Земли он пройдет на высоте 20...30 км над Академгородком, что позволит принять сигналы опторадиоволновыми ретрансляторами на шарах [4, 5].
Экспериментальные исследования в 2011, 2012 г. г. проводились с целью визуальной оценки характеристик метеорологической дальности видимости на гору «Гладкую» от лабораторного корпуса на расстоянии около 8 км и с целью экспериментальной оценки характеристик распространения лазерных сигналов и характеристики оптических фонов. Схема эксперимента представлена на рис.
2.
From Pos: 50° 10' 18.1820" N. 85° 22' 14.6401" Е То Pos: 54° 51’ 3.0084" N. 83° 06' 26.1579" Е
125 km 250 km 375 koa 543 km
Рис. 1. Профиль рельефа «Кайтанак-Академгородок» без учета кривизны
поверхности
Рис. 2 - Схема эксперимента на обсерватории «Кайтанак»
Измерения характеристик лазерных сигналов и оптических фонов проводились в августе 2011 г., а контроль видимости осуществлялся с августа 2011 по февраль 2012 г. путем визуальной оценки видимости вершины горы.
Если в данный день видимости на гору не было, то считалось что день с пасмурной погодой.
Результаты статистической обработки интервалов времени между пасмурными днями в виде гистограммы представлены на рис.3.
Из этой гистограммы следует, что средние промежутки с ясной погодой составляли около 3 дней и около 10 дней. Расчет по всей совокупности наблюдений показал, что средняя продолжительность ясных дней была равна 7 дням, а пасмурных была равна 3 дням.
Рис. 3. Результаты статистической обработки интервалов времени между
пасмурными днями
В соответствии со схемой на рис.2 были проведены экспериментальные исследования, по которым получены следующие результаты при измерениях в ясную погоду.
1. От лазерного передатчика на длине волны 530 нм, размещенного на горе, на высоте 2100 м принят сигнал фотоприемником на высоте 1000 м на расстоянии около 8,5 км. Отношение сигнал/шум на выходе приемника не менее 5.
2. От лазерного передатчика на длине волны 0,85 мкм на горизонтальной трассе 1200 м принят сигнал с отношением сигнал/шум не менее 10. Быстрые флуктуации принятого сигнала на горизонтальной трассе не превышали 60% от среднего текущего значения.
3. Измерения характеристик обратного рассеяния УФ сигналов на длине волны 360 нм в темное время суток на высоте 1000 м показали, что отсутствуют компоненты рассеяния от индустриальных аэрозолей и тепловых выбросов, наблюдающиеся в атмосфере в зоне Академгородка.
4. Анализ характеристик флуктуаций сигналов рассеяния показал, что их частотный спектр не превышает 100 Гц.
5. Максимальный уровень солнечных фонов в видимом диапазоне в 70...80 клюкс был на горе Гладкой, также там наблюдались максимальные ультрафиолетовые фоны в поддиапазоне А (315.400 нм) до 1,7 Вт/м2 .
6. В целом на трассах распространения лазерных сигналов на обсерватории наблюдалась высокая оптическая прозрачность. Флуктуации лазерных сигналов значительно меньше, чем в зоне Новосибирского Академгородка.
Полученные результаты позволяют уточнить условия и характеристики функционирования лазерной наземно-космической информационной линии в условиях обсерватории «Кайтанак».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Поллер Б.В., Федоров Б.В., Щетинин Ю.И. К оценке характеристик систем лазерной связи «спутник - наземный пункт» В сб. докл.6 МНТК «Радиолокация, навигация, связь», изд. ВГУ, Воронеж, 2000., Т. 1, с. 718-727.
2. Багаев С.Н., Гребельский М.Д., Зубарев Ю.Б., Поллер Б.В., Пичхадзе К.М., Фельдман Л.И. Проблемы построения глобальной лазерной сети связи с использованием отражателей сигналов, размещаемых на поверхности Луны или в околоземном космическом пространстве. В сб. докл. 9 МНТК «Радиолокация, навигация, связь», изд. ВГУ, Воронеж, 2003 . т. 1, с. 403-405.
3. Багаев С.Н., Бритвин А.В. Поллер Б.В. Сысоев В.К. О развитии наземнокосмических лазерных информационных систем. Информатика и проблемы телекоммуникаций. Российская научн.-техн. конф. - Новосибирск, 2011 Т. 1. с. 22-26.
4. Шергунова Н.А. Поллер Б.В., Бритвин А.В. «О построении информационной системы на базе сверхдальней лазерной атмосферной линии «Алтай - Новосибирск» В сб. трудов VI Межд. азиатской школы - семинара 15-25 авг.2010 г. ИВМи МГ СОРАН, Новосибирск , 2010 г. с. 412-419.
5. Б.В. Поллер, А.В. Бритвин, С.И. Коняев, Ю.И. Щетинин О характеристиках опторадиоволновых ретрансляторов для лазерных наземно-космических сетей и линий связи в условиях облачности ГЕО-Сибирь - 2011. Т.5. Специализированное приборостроение, метрологи я, теплофизика, микротехника, нанотехнологии. Ч.2.: сб. матер. VII Междунар. Научн. Конгресса «ГЕО-Сибирь - 2011», 19 - 29 апреля 2011 г. Новосибирск.- Новосибирск: СГГА, 2011 с.64 - 68.
© Б.В. Поллер, А.В. Бритвин, Ю.Д. Коломников, Ю.Г. Голочаев, С.И. Коняев, А.Е. Кусакина, Н.А. Шегурнова, 2012
