Vị trí laze. Đo khoảng cách bằng laser, cũng như radar, dựa trên ba tính chất cơ bản của sóng điện từ

Phạm vi laser

Phạm vi laser trên báo chí nước ngoài đề cập đến lĩnh vực quang điện tử liên quan đến việc phát hiện và xác định vị trí các đồ vật khác nhau với sự giúp đỡ sóng điện từ phạm vi quang học do tia laser phát ra. Đối tượng của phạm vi laser có thể là xe tăng, tàu, tên lửa, vệ tinh, công trình công nghiệp và quân sự. Về nguyên tắc, việc đo khoảng cách bằng laser được thực hiện bằng phương pháp hoạt động.

Phạm vi laser, cũng như radar, dựa trên ba tính chất chính của sóng điện từ:

1. Khả năng phản xạ từ vật thể. Mục tiêu và bối cảnh nơi nó tọa lạc phản ánh sự cố bức xạ tác động lên chúng một cách khác nhau.

Bức xạ laser được phản xạ từ tất cả các vật thể: kim loại và phi kim loại, từ rừng, đất trồng trọt và nước. Hơn nữa, nó được phản xạ từ bất kỳ vật thể nào có kích thước nhỏ hơn bước sóng, tốt hơn sóng vô tuyến. Điều này được biết rõ từ nguyên lý cơ bản của sự phản xạ, trong đó phát biểu rằng bước sóng càng ngắn thì nó được phản xạ càng tốt. Công suất của bức xạ phản xạ trong trường hợp này tỷ lệ nghịch với bước sóng lũy thừa 4. Về cơ bản, máy định vị laser có khả năng phát hiện tốt hơn radar - sóng càng ngắn thì sóng càng cao. Đó là lý do tại sao khi radar phát triển, có xu hướng chuyển từ sóng dài sang sóng ngắn hơn. Tuy nhiên, việc sản xuất máy phát tần số vô tuyến phát ra sóng vô tuyến siêu ngắn ngày càng khó khăn, rồi hoàn toàn đi vào ngõ cụt. Việc tạo ra tia laser đã mở ra những triển vọng mới trong công nghệ định vị.

2. Khả năng lan truyền theo đường thẳng. Việc sử dụng chùm tia laser có hướng hẹp, quét không gian, cho phép bạn xác định hướng tới vật thể (phương hướng mục tiêu). Hướng này được tìm thấy bởi vị trí trục của hệ thống quang học tạo ra bức xạ laser. Chùm tia càng hẹp thì càng nhiều độ chính xác cao hơn mang có thể được xác định.

Những tính toán đơn giản cho thấy, để đạt được hệ số định hướng khoảng 1,5 thì khi sử dụng sóng vô tuyến trong phạm vi centimet cần phải có một ăng-ten có đường kính khoảng 10 m. Thật khó để lắp đặt một ăng-ten như vậy trên xe tăng, và thậm chí còn hơn thế nữa phi cơ. Nó cồng kềnh và không thể vận chuyển được. Bạn cần sử dụng sóng ngắn hơn.

Góc chùm tia laser được chế tạo bằng trạng thái rắn hoạt chất, như đã biết, chỉ là 1.0.1.5 độ và không có hệ thống quang học bổ sung.

Do đó, kích thước của máy định vị laser có thể nhỏ hơn đáng kể so với một radar tương tự. Việc sử dụng các hệ thống quang học cỡ nhỏ sẽ giúp thu hẹp chùm tia laser xuống còn vài phút cung nếu có nhu cầu.

3. Khả năng lan truyền của bức xạ laser từ tốc độ không đổi cho phép xác định khoảng cách đến một vật thể. Vâng, khi nào phương pháp xungĐể đo khoảng cách, mối quan hệ sau được sử dụng: L = ct/2, trong đó L là khoảng cách đến vật thể, c là tốc độ truyền bức xạ, t là thời gian để xung truyền đến mục tiêu và quay trở lại.

Việc xem xét mối quan hệ này cho thấy rằng độ chính xác tiềm năng của phép đo phạm vi được xác định bởi độ chính xác của việc đo thời gian cần thiết để xung năng lượng truyền đến vật thể và quay trở lại. Rõ ràng là xung càng ngắn thì càng tốt.

Những thông số nào được sử dụng để mô tả một bộ định vị? Chi tiết hộ chiếu của anh ấy là gì? Chúng ta hãy nhìn vào một số trong số họ.

Trước hết là vùng phủ sóng. Nó được hiểu là vùng không gian trong đó việc quan sát được thực hiện. Ranh giới của nó được xác định bởi phạm vi hoạt động tối đa và tối thiểu cũng như giới hạn tầm nhìn theo độ cao và góc phương vị. Các kích thước này được xác định bởi mục đích của máy định vị laser quân sự.

Một thông số khác là thời gian xem xét. Nó đề cập đến thời gian mà chùm tia laser tạo ra một khảo sát duy nhất về một thể tích không gian nhất định.

Tham số định vị tiếp theo là tọa độ được xác định.

Chúng phụ thuộc vào mục đích của người định vị. Nếu nhằm mục đích xác định vị trí của các vật thể trên mặt đất và dưới nước thì chỉ cần đo hai tọa độ: phạm vi và góc phương vị là đủ. Khi quan sát các vật thể trên không, cần có ba tọa độ. Các tọa độ này phải được xác định với độ chính xác nhất định, phụ thuộc vào các lỗi hệ thống và ngẫu nhiên. Chúng tôi sẽ sử dụng một khái niệm như độ phân giải. Độ phân giải có nghĩa là khả năng xác định riêng tọa độ của các mục tiêu nằm gần nhau.

Mỗi tọa độ có độ phân giải riêng. Ngoài ra, một đặc tính như khả năng chống ồn được sử dụng. Đây là khả năng của máy định vị laser hoạt động trong điều kiện có sự can thiệp tự nhiên và nhân tạo. Và một đặc điểm rất quan trọng của máy định vị là độ tin cậy. Đây là đặc tính của bộ định vị để duy trì các đặc tính của nó trong giới hạn đã thiết lập trong phạm vi điều kiện nhất định hoạt động.

Phương pháp này bao gồm việc quét không gian bằng một chuỗi tín hiệu laze do máy định vị laze tạo ra, ghi lại các tín hiệu laze bị phân tán và/hoặc phản xạ bởi một vật thể, xác định khoảng cách đến vật thể và vị trí góc của vật thể. Khoảng cách đến vật thể được xác định bởi thời gian trễ giữa tín hiệu phát và tín hiệu nhận. Vị trí góc của vật được xác định bởi hướng của tín hiệu phát ra tương ứng. Một chuỗi gồm ít nhất hai xung có khoảng thời gian thay đổi giữa các xung và/hoặc tỷ lệ biên độ xung trong mỗi chuỗi được sử dụng làm tín hiệu do máy định vị laser tạo ra. Kết quả kỹ thuật là sự gia tăng hiệu suất của tia laser.

Đã xác nhận quyền sở hữu giải pháp kỹ thuậtđề cập đến các phương pháp xác định vị trí của vật thể, chính xác hơn là các phương pháp đo khoảng cách bằng laser và được quan tâm đối với việc đo khoảng cách bằng laser. vật thể không gian, bề mặt Trái đất, trắc địa laser và cũng có thể được sử dụng để xác định tốc độ của một vật thể chuyển động.

Có một phương pháp đã biết để xác định khoảng cách đến một vật thể ở xa, bao gồm chiếu xạ nó bằng tín hiệu laser, nhận tín hiệu phản xạ hoặc tán xạ bởi vật thể đó và xác định thời gian trễ ΔT giữa thời điểm phát ra tín hiệu thăm dò và thời điểm thu tín hiệu. tín hiệu bị phản xạ hoặc tán xạ bởi vật thể, trong khi khoảng cách đến vật thể L được xác định bằng công thức đơn giản L=cΔT/ 2, trong đó c là tốc độ ánh sáng.

Phẩm giá phương pháp đã biết là khả năng xác định khoảng cách đến các vật thể ở xa, kể cả khoảng cách vũ trụ, với độ chính xác cao, thực tế được xác định bởi tốc độ của hệ thống thu và khả năng tạo ra khoảng cách ngắn của thiết bị định vị. xung ánh sáng(chủ yếu có cạnh đầu ngắn). trong một thời gian dài mức độ đạt được với tốc độ ~ 0,1 ns, khoảng cách có thể được xác định với độ chính xác vài cm; đây chính xác là độ chính xác đạt được, chẳng hạn như với phạm vi laser của Mặt trăng.

Nhược điểm của phương pháp đã biết này là không thể xác định đủ chính xác hướng tới vật thể được định vị; hướng này thường được biết trước (chẳng hạn như trong trường hợp đo tia laser của Mặt trăng, vị trí của các gương phản xạ góc). đã trả về tín hiệu định vị đã được biết chính xác). Trong một phương án khác của phương pháp đã biết, một xung laser mạnh được tạo ra, ngay lập tức “chiếu sáng” một vùng không gian đáng kể (một góc đặc đáng kể), trong đó đối tượng định vị được biết là nằm, tức là sự phân kỳ của bức xạ laser được sử dụng là khá lớn. Điều này cho phép bạn xác định khoảng cách đến vật thể, nhưng không xác định được vị trí của nó trong không gian. Nhu cầu sử dụng máy định vị laser năng lượng cao là một nhược điểm đáng kể của phương pháp đã biết, vì phương pháp này đòi hỏi phải lắp đặt laser khá mạnh và tương đối cồng kềnh. Rõ ràng, nếu bức xạ thăm dò có thể có độ phân kỳ nhỏ hơn 10 lần thì năng lượng của xung laser có thể giảm ít nhất 100 lần (nếu khoảng cách đến vật đủ lớn).

Giải pháp kỹ thuật gần nhất (nguyên mẫu) là phương pháp đo khoảng cách laser, bao gồm quét không gian bằng một chuỗi tín hiệu laser do máy định vị laser tạo ra, ghi lại tín hiệu laser bị tán xạ và/hoặc phản xạ bởi một vật thể và xác định khoảng cách đến vật thể bằng thiết bị định vị laser. thời gian trễ giữa tín hiệu phát và tín hiệu nhận và vị trí góc của vật thể theo hướng tín hiệu phát ra. Trong phương pháp đã biết, thiết bị quét thực hiện một vòng quay có thể lập trình trong không gian của chùm tia laser thăm dò với độ phân kỳ tương đối thấp. Sử dụng một phương pháp đã biết cho phép bạn xác định không chỉ khoảng cách đến một vật thể mà còn cả vị trí góc của nó trong không gian và áp dụng quy trình tương ứng hai lần (nghĩa là xác định vị trí của một vật thể ở hai thời điểm khác nhau) cho phép bạn tìm vận tốc của vật.

Nhược điểm chính của phương pháp đã biết là hiệu suất tương đối thấp trong việc xác định vị trí của vật thể với độ chính xác đủ cao. Trên thực tế, tín hiệu laser tiếp theo được phát ra sau khi phát hiện thấy tín hiệu trước đó “được vật thể quay trở lại” hoặc khi có thể đảm bảo rằng không có vật thể mong muốn trong vùng không gian được thăm dò (nếu không có thể “nhầm lẫn” với tín hiệu phát ra tín hiệu mà tín hiệu được ghi tương ứng). Điều kiện được xây dựng giới hạn tốc độ lặp lại của tín hiệu laser f ở mức giới hạn fmax=c/2L, và theo đó, thời gian xác định vị trí (tìm kiếm) của một vật thể có thể dài. Ví dụ: nếu một vật thể có thể được định vị ở khoảng cách lên tới 300 km thì tần số hoạt động tối đa của máy định vị laser sẽ là 500 Hz. Nếu một vật thể được biết là nằm trong một khu vực có kích thước ngang là 10×10 km và vị trí của nó cần được xác định với độ chính xác 100×100 mét (độ phân kỳ cần thiết của bức xạ laser chỉ là ~ 0,3 mrad và tương ứng với khẩu độ kính thiên văn nhỏ hơn 1 cm đối với bức xạ chất lượng nhiễu xạ và bước sóng của bức xạ thăm dò là ~ 1 μm, độ chính xác góc của thiết bị quét có thể cao hơn một bậc), sau đó tổng cộng 10.000 xung laser và , tương ứng, có thể cần khoảng 20 giây. Lưu ý rằng trong thời gian này vật thể có thể đi ra ngoài khu vực nghiên cứu (đối với điều này, vận tốc ngang ~500 m/s là đủ).

Lý do này hạn chế tần số hoạt động và hiệu suất của máy định vị laser được sử dụng cho cảm biến laser. bề mặt trái đất, vì mỗi xung thăm dò tiếp theo chỉ có thể được phát ra sau khi xung “phản xạ” trước đó đã được ghi lại. Kết quả là, ví dụ, chi phí của trắc địa laser và địa hình độ phân giải cao hóa ra là khá cao.

Kết quả kỹ thuật của sáng chế là tăng hiệu suất đo khoảng cách bằng laser.

Kết quả kỹ thuật đạt được là trong phương pháp đo khoảng cách laser, bao gồm quét không gian bằng một chuỗi tín hiệu laser do máy định vị laser tạo ra, ghi lại các tín hiệu laser phân tán và/hoặc phản xạ của một vật thể, xác định khoảng cách đến vật thể bằng độ trễ. thời gian giữa tín hiệu phát và tín hiệu nhận và vị trí góc của vật thể - theo hướng của tín hiệu phát tương ứng, một chuỗi gồm ít nhất hai xung với khoảng thời gian thay đổi giữa các xung và/hoặc tỷ số biên độ xung trong mỗi chuỗi là được sử dụng như một tín hiệu được tạo ra bởi bộ định vị laser.

Theo biên độ xung, tùy thuộc vào mối quan hệ giữa độ dài của một xung riêng lẻ τti và độ phân giải thời gian của hệ thống ghi τp, chúng tôi muốn nói đến năng lượng xung (nếu τti<τр) или его мощность (если τи>τр).

Việc áp dụng giải pháp kỹ thuật được đề xuất giúp có thể thực sự “đánh dấu” các tín hiệu do máy định vị laser phát ra và thiết lập sự tương ứng một-một giữa tín hiệu phát ra và tín hiệu nhận được. Kết quả là, ngay cả ở tốc độ lặp lại cao hơn đáng kể của tín hiệu laser do thiết bị định vị tạo ra so với nguyên mẫu, vẫn có thể xác định tín hiệu phát ra nào mà tín hiệu nhận được tương ứng và theo đó, chỉ sử dụng bộ tách sóng quang tốc độ cao, đồng thời. xác định khoảng cách đến vật thể (dựa trên thời gian trễ) và vị trí góc của vật thể (theo hướng phát ra tín hiệu nhận được sau đó).

Ví dụ, việc triển khai giải pháp kỹ thuật được đề xuất cho ví dụ được mô tả ở trên để định vị một vật thể ở khoảng cách ~300 km trong khu vực có kích thước ngang 100×100 mét có thể như sau. Bộ định vị laser ở tần số 100 kHz tạo ra một chuỗi các xung ngắn (~1 ns) ghép đôi (“kép”) với khoảng thời gian thay đổi giữa chúng, ví dụ: ở cặp đầu tiên, xung thứ hai diễn ra sau 20 ns sau chuỗi đầu tiên, ở cặp thứ hai - sau 40 ns, trong chuỗi xung thứ một trăm, khoảng cách giữa các xung sẽ là 2 μs, v.v.; sau khi tạo ra 200 xung kép (khoảng thời gian giữa các xung cuối cùng trong cặp sẽ là 4 μs), chuỗi các chuỗi được mô tả ở trên được lặp lại. Ở đây, tần số 100 kHz có nghĩa là khoảng thời gian giữa các xung laser đầu tiên trong các chuỗi được tạo liên tiếp là 10 μs. Do đó, từ khoảng thời gian giữa các xung trong một đoàn tàu (với độ phân giải đủ của hệ thống ghi), có thể xác định được “số lượng” và thời điểm tạo ra của đoàn tàu cụ thể này. Khoảng thời gian giống nhau giữa hai xung trong một đoàn tàu được lặp lại cứ sau 2 ms (10 μs × 200), tương ứng chính xác với khoảng cách tối đa tới vật thể là 300 km. Tức là khi đăng ký tín hiệu do một đối tượng trả về chỉ có thể “nhầm lẫn” khoảng cách L và L+300 (L là khoảng cách đến đối tượng tính bằng km), điều này hiển nhiên sẽ không xảy ra ở L<300 km, vì biên độ của tín hiệu thu được sẽ khác nhau nhiều lần.

Với cùng độ phân kỳ bức xạ như trong nguyên mẫu 0,3 mrad (“độ phân giải” không gian là 100 mét), thời gian để xem một vùng không gian 10 × 10 km từ khoảng cách ~300 km sẽ là 0,1 giây và sẽ giảm 200 lần so với nguyên mẫu. Lưu ý rằng tần số cần thiết để hoạt động ở tần số quy định là 100 kHz vận tốc góc góc quay của chùm tia ~30 rad/với các thiết bị quét hiện đại được cung cấp nhiều biên độ. Ngoài ra, với việc định vị sơ bộ một đối tượng trong một khu vực, chẳng hạn như 1 × 1 km, thời gian cố định đối tượng có thể giảm thêm 10 lần (hoặc cải thiện độ phân giải không gian).

Nếu đối tượng được cho là nằm trên khoảng cách lớn hơn hoặc yêu cầu tần số quét cao hơn (thời gian quét không gian ngắn hơn), thì khoảng thời gian của chuỗi tàu được tạo ra có thể tăng gấp ba lần chẳng hạn. như sau: đầu tiên, chuỗi các đoàn tàu được mô tả ở trên được tạo ra với cùng biên độ của cả hai xung trong mỗi đoàn tàu, sau đó một chuỗi gồm 200 đoàn tàu được tạo ra với khoảng thời gian thay đổi tương tự giữa các xung trong đoàn tàu, nhưng với biên độ của xung đầu tiên, ví dụ, lớn hơn ba lần biên độ của xung thứ hai, sau đó tạo ra một chuỗi gồm 200 đoàn tàu có mối quan hệ nghịch đảo giữa biên độ của các xung được tạo ra trong đoàn tàu. Ví dụ, khi các chuỗi bao gồm ba xung được sử dụng để “đánh dấu” tín hiệu phát ra từ thiết bị định vị laser, thì chuỗi được tạo ra của các chuỗi không lặp lại có thể còn dài hơn nhiều.

Giải pháp kỹ thuật được yêu cầu sử dụng đáng kể thực tế là trong mỗi đoàn tàu cụ thể, khoảng thời gian giữa các xung đi vào đoàn tàu là nhỏ và không vượt quá vài micro giây. Điều này có nghĩa là đối với bất kỳ tốc độ thựcđối tượng vị trí, nếu một xung từ đoàn tàu chạm vào nó thì tất cả các xung khác từ đoàn tàu này cũng sẽ chạm vào nó. Thật vậy, với khoảng thời gian tối đa giữa các xung trong một chuỗi là 4 μs và vận tốc ngang của vật là 8 km/s (giai đoạn đầu tiên vận tốc thoát) chuyển động của vật thể (và bộ thu tín hiệu) giữa các xung sẽ chỉ ~ 3 cm Điều này cũng có nghĩa là tất cả các xung từ một đoàn tàu truyền dọc theo cùng một quỹ đạo và tổn thất khi ánh sáng truyền qua quỹ đạo này là như nhau với độ chính xác cao. cho tất cả các xung tạo nên chuỗi riêng biệt; do đó, tỉ số biên độ của các xung thu được trong một đoàn tàu sẽ tương ứng với tỷ số biên độ của các xung phát ra trong đoàn tàu này.

Tương tự, có thể tăng năng suất gấp nhiều lần trong quá trình cảm biến Trái đất bằng laser không chỉ từ khoảng cách “vũ trụ” (từ vệ tinh) mà còn trong quá trình chụp ảnh trên không (từ máy bay). Do đó, ở độ cao bắn (độ cao bay của máy bay) là 1,5 km, tốc độ lặp lại của tín hiệu âm thanh không vượt quá 100 kHz và có thể tăng lên 500-700 kHz (và cao hơn) bằng phương pháp đề xuất. Trong trường hợp này, chuyển động lẫn nhau của vật thể và bộ thu tín hiệu trong một chuỗi xung sẽ không vượt quá ~ 0,2 mm (khoảng thời gian tối đa giữa các xung trong một chuỗi không quá 1 μs và tốc độ tương đối vật và máy thu 200 m/s).

Việc tạo ra chuỗi xung bằng máy định vị laser theo giải pháp kỹ thuật đã yêu cầu có thể được thực hiện bằng nhiều phương tiện khác nhau, ví dụ: hệ thống máy phát-khuếch đại, khi máy phát phát ra các xung ngắn ở tần số yêu cầu tối đa (trong ví dụ trên tại tần số 50 MHz, tương ứng với khoảng thời gian 20 ns) và bộ điều khiển hệ thống “cắt” các xung cần thiết để khuếch đại hoặc khi sử dụng hai (hoặc nhiều) tia laser được đồng bộ hóa phù hợp. Tương tự, quét không gian có thể được thực hiện nhiều phương pháp khác nhau tuy nhiên, việc triển khai cụ thể phương pháp đo khoảng cách laser được đề xuất không phải là đối tượng của đơn đăng ký bằng sáng chế này.

Do đó, việc sử dụng giải pháp kỹ thuật được đề xuất giúp có thể liên tục tăng năng suất của phạm vi laser và xác định không chỉ khoảng cách đến vật thể mà còn cả hướng tới vật thể đó (nghĩa là vị trí góc của vật thể) bằng cách sử dụng độ nhạy cao và bộ tách sóng quang tốc độ cao mà không sử dụng máy dò bức xạ có độ phân giải không gian thuộc loại CCD - theo quy luật, độ nhạy thấp hơn đáng kể và có. cấp độ cao tiếng ồn, cũng như có hiệu suất tương đối thấp. Phương pháp đo khoảng cách bằng laser sáng tạo giúp có thể sử dụng các bộ định vị laser công suất thấp nhỏ gọn và ghi lại tín hiệu trên nền ban ngày. Điều này cho phép chúng tôi kết luận rằng giải pháp kỹ thuật được đề xuất đáp ứng các tiêu chí về “tính mới” và “sự khác biệt đáng kể”.

Văn học

1. Smirnov V.A. Giới thiệu về thiết bị điện tử vô tuyến quang. M.: Đài phát thanh Liên Xô, 1973. - 189 tr.

2. Matveev I.N., Protopopov V.V. và những người khác. M.: Cơ khí, 1984. - 272 tr. (nguyên mẫu).

3. Danilin I.M., Medvedev E.M., Melnikov S.R. Vị trí laser của Trái đất và rừng: hướng dẫn đào tạo. - Krasnoyarsk: Viện Lâm nghiệp mang tên. V.N.Sukacheva SB RAS, 2005. - 182 tr.

4. Bằng sáng chế RU 2352959, IPC: G01S 17/06, 20/04/2009.

Phương pháp đo khoảng cách bằng laser, bao gồm quét không gian bằng một chuỗi tín hiệu laser được tạo ra bởi thiết bị định vị laser, ghi lại các tín hiệu laser bị phân tán và/hoặc phản xạ bởi một vật thể, xác định khoảng cách đến vật thể bằng thời gian trễ giữa tín hiệu phát ra và tín hiệu nhận được, và vị trí góc của vật thể - theo hướng của tín hiệu phát ra tương ứng, khác ở chỗ một chuỗi có ít nhất hai xung với khoảng thời gian thay đổi giữa các xung và/hoặc tỷ số biên độ xung trong mỗi chuỗi được sử dụng làm tín hiệu được tạo ra bởi máy định vị laser.

Bằng sáng chế tương tự:

Sáng chế liên quan đến thiết bị đo khoảng cách và có thể được sử dụng, ví dụ, để xác định khoảng cách từ dụng cụ đo lên bề mặt tường, trần của căn phòng hoặc tới một đồ vật (vật) ở trong hoặc ngoài phòng.

Sáng chế liên quan đến việc chế tạo dụng cụ quang-điện tử. Không gian xung quanh được quét trong mặt phẳng ngang và khung video có đối tượng mà bạn muốn đo khoảng cách sẽ được chọn. Tọa độ dọc và ngang của hình ảnh đối tượng được đo tương ứng với tọa độ điểm đầu khung hình video, trong khi tọa độ ngang của đối tượng được tính bằng cách cộng tọa độ điểm đầu khung hình video đã chọn với giá trị ngang. phối hợp trong khung video. Trục ngắm của máy đo khoảng cách laser được đặt theo tọa độ dọc đo được của vật thể. Trong chu kỳ quét tiếp theo, khoảng cách đến đối tượng được đo tại thời điểm trục ngắm của máy đo khoảng cách laser đi dọc theo tọa độ ngang của đối tượng được tính trong chu kỳ quét trước đó. Thiết bị thực hiện phương pháp bao gồm một mô-đun quang-điện tử đặt trên bệ quét có vòng quay xung quanh trục tung, được trang bị bộ truyền động và cảm biến vị trí góc. Máy đo khoảng cách laser được đặt trên bệ một trục với khả năng quay trong mặt phẳng thẳng đứng và được trang bị bộ truyền động và cảm biến vị trí góc. Kết quả kỹ thuật là cung cấp khả năng đo khoảng cách đến một vật thể bằng máy đo phạm vi laser trong quá trình quét liên tục không gian xung quanh, bao gồm cả không gian hình tròn, ở tốc độ cao. 2 n.p. f-ly, 2 bệnh.

Phương pháp để tăng hàm lượng thông tin và năng suất của phạm vi laser bao gồm quét không gian bằng một chuỗi tín hiệu laser do máy định vị laser tạo ra, ghi lại các tín hiệu laser bị phân tán và/hoặc phản xạ bởi một vật thể và xác định khoảng cách đến một vật thể dựa trên độ trễ. thời gian giữa tín hiệu phát và tín hiệu nhận. Vị trí góc của vật được xác định bởi hướng của tín hiệu phát ra tương ứng. Trong trường hợp này, một chuỗi các xung laser có bước sóng khác nhau đến thiết bị quét được sử dụng làm bức xạ laser quét. Các xung laser được phân tách theo bước sóng bằng bộ chọn bước sóng. Kết quả kỹ thuật là tăng năng suất và hàm lượng thông tin của radar laser. lương 7 f-ly, 3 bệnh.

Phương pháp đo khoảng cách bằng laser

Phạm vi laser

Laser phạm vi trên báo chí nước ngoài đề cập đến lĩnh vực quang điện tử, liên quan đến việc phát hiện và xác định vị trí của các vật thể khác nhau bằng cách sử dụng sóng điện từ trong phạm vi quang học phát ra từ tia laser. Đối tượng của phạm vi laser có thể là xe tăng, tàu, tên lửa, vệ tinh, công trình công nghiệp và quân sự. Về nguyên tắc, việc đo khoảng cách bằng laser được thực hiện bằng phương pháp hoạt động.

Phạm vi laser, cũng như radar, dựa trên ba tính chất chính của sóng điện từ:

1. Khả năng phản xạ từ vật thể. Mục tiêu và bối cảnh nơi nó tọa lạc phản ánh sự cố bức xạ tác động lên chúng một cách khác nhau. Bức xạ laser được phản xạ từ tất cả các vật thể: kim loại và phi kim loại, từ rừng, đất trồng trọt và nước. Hơn nữa, nó được phản xạ từ bất kỳ vật thể nào có kích thước nhỏ hơn bước sóng, tốt hơn sóng vô tuyến. Điều này được biết rõ từ nguyên lý cơ bản của sự phản xạ, trong đó phát biểu rằng bước sóng càng ngắn thì nó được phản xạ càng tốt. Công suất của bức xạ phản xạ trong trường hợp này tỷ lệ nghịch với bước sóng lũy thừa 4. Về cơ bản, máy định vị laser có khả năng phát hiện tốt hơn radar - sóng càng ngắn thì sóng càng cao. Đó là lý do tại sao khi radar phát triển, có xu hướng chuyển từ sóng dài sang sóng ngắn hơn. Tuy nhiên, việc sản xuất máy phát tần số vô tuyến phát ra sóng vô tuyến siêu ngắn ngày càng khó khăn, rồi hoàn toàn đi vào ngõ cụt. Việc tạo ra tia laser đã mở ra những triển vọng mới trong công nghệ định vị.

2. Khả năng lan truyền theo đường thẳng. Việc sử dụng chùm tia laser có hướng hẹp, quét không gian, cho phép bạn xác định hướng tới vật thể (phương hướng mục tiêu). Hướng này được tìm thấy bởi vị trí trục của hệ thống quang học tạo ra bức xạ laser. Chùm tia càng hẹp thì có thể xác định được ổ đỡ càng chính xác.

Những tính toán đơn giản cho thấy, để đạt được hệ số định hướng khoảng 1,5 thì khi sử dụng sóng vô tuyến trong phạm vi centimet cần phải có một ăng-ten có đường kính khoảng 10 m. Việc lắp đặt một ăng-ten như vậy trên xe tăng đã khó, trên máy bay lại càng khó hơn. Nó cồng kềnh và không thể vận chuyển được. Bạn cần sử dụng sóng ngắn hơn.

Góc góc của chùm tia laser được tạo ra bằng cách sử dụng hoạt chất ở trạng thái rắn được biết là chỉ 1,0 ... 1,5 độ và không có hệ thống quang học bổ sung. Do đó, kích thước của máy định vị laser có thể nhỏ hơn đáng kể so với một radar tương tự. Việc sử dụng các hệ thống quang học cỡ nhỏ sẽ giúp thu hẹp chùm tia laser xuống còn vài phút cung nếu có nhu cầu.

3. Khả năng lan truyền của bức xạ laser với tốc độ không đổi giúp xác định được khoảng cách đến vật thể. Vì vậy, với phương pháp đo khoảng xung, mối quan hệ sau được sử dụng:

Trong đó L là khoảng cách đến vật thể, c là tốc độ truyền bức xạ, t là thời gian để xung truyền đến mục tiêu và quay trở lại.

Những thông số nào được sử dụng để mô tả một bộ định vị? Chi tiết hộ chiếu của anh ấy là gì? Chúng ta hãy nhìn vào một số trong số họ.

Một thông số khác là thời gian xem xét. Nó đề cập đến thời gian mà chùm tia laser tạo ra một khảo sát duy nhất về một thể tích không gian nhất định.

Tham số định vị tiếp theo là tọa độ được xác định. Chúng phụ thuộc vào mục đích của người định vị. Nếu nhằm mục đích xác định vị trí của các vật thể trên mặt đất và dưới nước thì chỉ cần đo hai tọa độ: phạm vi và góc phương vị là đủ. Khi quan sát các vật thể trên không, cần có ba tọa độ. Các tọa độ này phải được xác định với độ chính xác nhất định, phụ thuộc vào các lỗi hệ thống và ngẫu nhiên. Chúng tôi sẽ sử dụng một khái niệm như độ phân giải. Độ phân giải có nghĩa là khả năng xác định riêng tọa độ của các mục tiêu nằm gần nhau. Mỗi tọa độ có độ phân giải riêng. Ngoài ra, một đặc tính như khả năng chống ồn được sử dụng. Đây là khả năng của máy định vị laser hoạt động trong điều kiện có sự can thiệp tự nhiên và nhân tạo. Và một đặc điểm rất quan trọng của máy định vị là độ tin cậy. Đây là đặc tính của bộ định vị để duy trì các đặc tính của nó trong giới hạn đã thiết lập trong các điều kiện hoạt động nhất định.

Nó có thể được thực hiện bằng cách sử dụng tín hiệu quang không mạch lạc (đèn rọi) và tín hiệu quang kết hợp (laser).

Vị trí tiêu điểm

Được sử dụng trong chiến tranh thế giới thứ nhất và thứ hai. Các tín hiệu nhìn thấy được phản ánh được quan sát bằng mắt. Đèn pha cung cấp năng lượng bức xạ lớn hơn, nhưng tính không mạch lạc của nó làm giảm khả năng tập trung góc. Đèn hồng ngoại (IR) được sử dụng trong hệ thống hiện đại thiết bị nhìn đêm có chứa bộ chuyển đổi hồng ngoại thu được hình ảnh thành hình ảnh nhìn thấy được.

Phạm vi laser

Xuất hiện vào đầu những năm 60 nhờ sự ra đời của nguồn quang bức xạ kết hợp tia laser. Phạm vi laser có một số tính năng quan trọng.

Thứ nhất, sự kết hợp và bước sóng ngắn của bức xạ laser giúp có thể thu được các mẫu bức xạ hẹp (từ vài đến hàng chục giây cung) ngay cả ở tốc độ kích thước nhỏ bộ phát (đơn vị decimet). Với độ phân kỳ bức xạ bằng một cung giây (trong trường hợp này là 1" ~ 5x10 -6 rad), kích thước ngang của vùng được chiếu xạ ở khoảng cách 200 km là 1 m, cho phép quan sát riêng biệt các yếu tố riêng lẻ của mục tiêu.

Thứ hai, tạm thời và sự gắn kết không gian bức xạ laser đảm bảo sự ổn định tần số ở mức cao mật độ quang phổ sức mạnh của họ. Loại thứ hai, cũng như tính chất có mục tiêu cao của bức xạ laze, xác định khả năng chống nhiễu cao của các thiết bị đo khoảng cách laze khi tiếp xúc với nguồn tự nhiên bức xạ.

Thứ ba, tần số dao động cao dẫn đến sự dịch chuyển tần số Doppler lớn trong quá trình chuyển động lẫn nhau của mục tiêu và thiết bị định vị. Điều này cung cấp độ chính xác caođo vận tốc hướng tâm của các phần tử mục tiêu nhưng yêu cầu mở rộng băng thông của thiết bị thu.

Thứ tư, sự truyền sóng quang trong môi trường khí và lỏng đi kèm với sự tán xạ đáng kể. Điều này dẫn đến nhiễu tán xạ ngược của khí quyển ở đầu vào của thiết bị thu và ngoài ra còn là một yếu tố gây lộ mặt.

Sơ đồ khối và đặc điểm thiết kế của máy định vị laser.

Thành phần chính của thiết bị phát là tia laser. vạch quang phổ Bức xạ của chất lỏng làm việc bằng laser xác định tần số sóng mang của máy định vị.

Laser được sử dụng ở vị trí hiện đại:
a) về cacbon dioxit CO 2;
b) trên các ion neodymium;
c) trên một viên hồng ngọc;
d) về hơi đồng, v.v.

Laser khí CO 2 có công suất đầu ra trung bình cao (lên tới hàng chục kilowatt), độ đơn sắc cao (độ rộng phổ vài kilohertz), hiệu suất cao (lên tới 20%), hoạt động ở cả chế độ liên tục và xung và nhỏ gọn. Laser neodymium và ruby trạng thái rắn được sử dụng chủ yếu ở chế độ xung (tần số lặp lại 0,1...100 Hz); năng lượng bức xạ trên mỗi xung của chúng lên tới đơn vị joules; đơn vị phần trăm hiệu suất Laser hơi đồng cung cấp tốc độ lặp lại cao (lên tới hàng chục kilohertz) với công suất trung bình lên tới 100 W.

Sự phân bố cần thiết của thông lượng bức xạ thăm dò (laser) trong không gian được cung cấp bởi hệ thống quang học tạo hình (FOS). Nó có thể bao gồm một hệ thống gương không điều khiển được (3), thấu kính và bộ làm lệch hướng có điều khiển (D), đảm bảo chuyển động của chùm tia. Tín hiệu laser phản xạ từ mục tiêu được tập trung bởi kính viễn vọng thu (RT) trên bộ tách sóng quang. Sự kết hợp giữa hệ thống truyền và nhận của máy định vị laser, không giống như radar, hiếm khi được sử dụng do sự quá tải của các thiết bị thu quang và sự gia tăng mức độ nhiễu. Cả truyền và nhận hệ thống quang học Các máy định vị laser tiềm năng hiện đang được thực hiện ở phiên bản thích ứng để bù đắp cho sự biến dạng của mặt sóng tín hiệu trong khí quyển và môi trường của máy phát laser.

Ngược lại với radar, bộ tách sóng quang định vị laser thực tế không sử dụng khuếch đại tín hiệu ở tần số sóng mang. Điều này làm phức tạp thiết kế và gây khó khăn cho việc quan sát không gian. Chỉ sử dụng khuếch đại trực tiếp tín hiệu video và với khả năng thu không đồng nhất - tín hiệu vô tuyến tần số trung gian. Khuếch đại tần số video được sử dụng chủ yếu trong phạm vi nhìn thấy và tia cực tím (UV). Đối với phạm vi này, có các máy thu có độ nhiễu thấp với hiệu ứng quang điện bên ngoài (tức là đánh bật các electron bằng lượng tử bức xạ quang học từ tế bào quang điện). Khuếch đại RF được sử dụng trong phạm vi IR, trong đó hiệu ứng quang điện bên ngoài không được nhận ra do năng lượng của lượng tử bức xạ không đủ, nhưng sự tiếp nhận dị âm làm giảm tầm quan trọng của nhiễu của hiệu ứng quang điện bên trong.

Các tính năng của tiếp nhận dị âm. Một bộ tạo dao động cục bộ laser và một bộ trộn ở dạng gương mờ hoặc lăng kính tách chùm tia được đưa vào thiết bị tách sóng quang. Trong trường hợp này, trong trường hợp có sự kết hợp lẫn nhau giữa bức xạ của bộ dao động cục bộ laser và thiết bị phát, việc xử lý nhất quán tín hiệu nhận được là có thể. Do đó, việc thu nhận dị âm không chỉ được sử dụng để triệt tiêu nhiễu bên trong trong phạm vi IR mà còn để trích xuất thông tin từ cấu trúc pha của trường nhận được trong phạm vi nhìn thấy và tia cực tím.

Đặc điểm của việc tiếp nhận giao thoa kế. Ở đầu vào của bộ tách sóng quang, các trường từ hai hoặc nhiều điểm (vùng) cách nhau về mặt không gian của mặt phẳng khẩu độ thu sẽ được tổng hợp lại. Dựa trên kết quả giao thoa của các trường, mối quan hệ pha và kết hợp lẫn nhau của chúng được xác định.

Dựa trên một tập hợp các phép đo ở các khoảng cách khác nhau của các điểm thu, có thể xây dựng lại sự phân bố không gian của biên độ và pha của trường nhận được. Việc thu giao thoa kế được sử dụng trong trường hợp không có bộ dao động cục bộ để trích xuất thông tin từ cấu trúc pha của trường nhận được, cũng như để tăng độ phân giải góc và tổng hợp khẩu độ.

Các lĩnh vực ứng dụng của máy định vị laser:

đo tầm xa và tọa độ góc của các mục tiêu di chuyển của tàu thủy, máy bay, vệ tinh nhân tạoĐất đai, v.v. (máy đo khoảng cách laser, máy định vị như MCMS, PAIS, v.v.);
các phép đo có độ chính xác cao về tốc độ di chuyển của mục tiêu và dòng chất lỏng và khí (máy đo tốc độ Doppler laser và máy đo gió);
thu được thông tin không phối hợp về mục tiêu: thông số bề mặt (độ nhám, độ cong), thông số rung và chuyển động xung quanh tâm khối, hình ảnh, v.v. (máy định vị laser đa chức năng như KA-98, Lotaws, v.v.);
dẫn đường có độ chính xác cao của hệ thống vũ khí (máy định vị laser để chiếu sáng mục tiêu, giám sát không gian và phân phối mục tiêu);
đảm bảo lắp ghép tàu vũ trụ, hạ cánh máy bay, dẫn đường (hệ thống định vị laser); f) các yếu tố của tầm nhìn kỹ thuật trong các hệ thống tự động và robot (hệ thống đo phạm vi, hình thành hình ảnh, lựa chọn và nhận dạng mục tiêu, v.v.);
chẩn đoán các thông số và đo lường sự thay đổi trong đặc tính môi trường, bao gồm cả bầu khí quyển, cũng như việc kiểm soát ô nhiễm do các sản phẩm hoạt động kinh tế con người (các lidar như DIAL, v.v.; Lidar - Phát hiện và đo phạm vi ánh sáng - phát hiện và đo phạm vi ánh sáng).

Phạm vi quang học bán tích cực

Sử dụng hiện tượng bức xạ thứ cấp (phản xạ) bởi các mục tiêu sóng quang từ nguồn bức xạ sơ cấp có cường độ mạnh tự nhiên. Thông thường nguồn này là Mặt trời. Các thiết bị định vị bán chủ động dựa trên nguyên lý này được gọi là các trạm quang-điện tử. Để bán tích cực có nghĩa là vị trí quang học Hệ thống thị giác sinh học cũng có thể được bao gồm. Bỏ qua yếu tố sử dụng bức xạ thứ cấp, các trạm quang - điện tử thường được xếp vào loại phương tiện định vị quang học thụ động.

Phạm vi quang học thụ động

Sử dụng bức xạ quang học của chính nó từ các khu vực bị đốt nóng trên bề mặt mục tiêu hoặc các thành phần bị ion hóa ở vùng lân cận. Được biết, bức xạ cực đại của một vật đen hoàn toàn ở nhiệt độ T (Kelvin) xảy ra ở bước sóng ~ 2898/T µm. Bước sóng tại đó xảy ra sự phát xạ cực đại từ các mục tiêu thực thường nằm trong vùng hồng ngoại của quang phổ (chỉ ở T ~4000 K cực đại trùng với vùng màu đỏ và ở T ~5000 K - với vùng màu vàng. quang phổ nhìn thấy được). Do đó, các thiết bị định vị quang học thụ động thường hoạt động ở phạm vi cận hồng ngoại. Những công cụ như vậy bao gồm công cụ tìm hướng IR, máy ảnh nhiệt, đầu dẫn nhiệt, thiết bị nhìn đêm thụ động, v.v. vai trò quan trọng trong hệ thống cảnh báo tấn công tên lửa và phòng thủ tên lửa.

Đặc điểm chung của vị trí quang học

Được xác định bởi dải tần số được sử dụng. Tính định hướng cao việc thăm dò bức xạ và trường nhìn hẹp của các kênh thu sẽ hạn chế đáng kể khả năng khảo sát không gian của các thiết bị định vị quang học. Do đó, việc tìm kiếm và phát hiện mục tiêu bằng phương tiện định vị quang học được thực hiện trong hầu hết các trường hợp sử dụng chỉ định mục tiêu bên ngoài mà chúng được giao tiếp với hệ thống radar. Trong quá trình nhận tín hiệu yếu, bản chất lượng tử sóng điện từ. Nhiễu tín hiệu lượng tử giới hạn độ nhạy của máy thu quang lý tưởng trong trường hợp không có nhiễu ở mức năng lượng của dù chỉ một photon. Trong phạm vi quang học, việc thu được thông tin không phối hợp về mục tiêu, kích thước, hình dạng, hướng, v.v. sẽ dễ dàng hơn. Khi nhận được, các đặc tính phân cực và trắc quang của bức xạ tán xạ sẽ được sử dụng và hình ảnh mục tiêu được ghi lại. Việc thu thập thông tin không phối hợp thường là nhiệm vụ chính của các thiết bị định vị quang học. Có thể tạo ra sự can thiệp có chủ ý cho vị trí quang học nhưng khó hơn so với radar.

Chóa phản quang góc Apollo 11

đo khoảng cách tương ứng giữa hai điểm trên bề mặt Trái đất đến Mặt trăng bằng tia laser có hoặc không có gương phản xạ góc nằm trên bề mặt Mặt trăng. Ý nghĩa khoa học những thí nghiệm như vậy nhằm làm sáng tỏ hằng số hấp dẫn và kiểm tra thuyết tương đối; làm rõ một số thông số chuyển động hệ thống năng động Trái Đất-Mặt Trăng; thu được dữ liệu mới về tính chất vật lý Và cấu trúc bên trong Trái đất và Mặt trăng, v.v.

Câu chuyện

“Chiếc hộp” mở bên trái là tấm phản xạ góc của Lunokhod-1, được thiết kế để xác định khoảng cách tới Mặt Trăng

Các thí nghiệm về phạm vi laser của Mặt trăng, thậm chí không sử dụng gương phản xạ góc, đã được tiến hành từ đầu những năm 1960 ở Hoa Kỳ và Liên Xô. Tại Hoa Kỳ, từ ngày 9 tháng 5 đến ngày 11 tháng 5 năm 1962, hai kính thiên văn của hệ thống Cassegrain MIT đã được sử dụng cho mục đích này, chiếc thứ nhất có đường kính 30,5 cm hướng chùm tia laser hồng ngọc tới Mặt trăng, chiếc thứ hai có đường kính 122 cm nhận được tín hiệu phản xạ. Các miệng hố Albategnium, Tycho, Copernicus và Longomontanus đã được định vị. Ở Liên Xô vào năm 1963, một hình vuông được đặt bên trong miệng núi lửa mặt trăng Albategnium và một kính thiên văn có đường kính 260 cm, Crimean, được sử dụng để gửi một chùm tia laser hồng ngọc và để nhận nó Đài quan sát vật lý thiên văn, trong đó, sau khi gửi tín hiệu, một chiếc gương đặc biệt đã thay đổi vị trí của nó, hướng tín hiệu phản xạ từ bề mặt Mặt trăng tới bộ tách sóng quang. Đài quan sát này đã thực hiện những phép đo đầu tiên về khoảng cách tới Mặt trăng bằng cách sử dụng phạm vi laser, vào năm 1965. cài đặt mới, được sản xuất tại Viện Vật lý Lebedev, được xác định với độ chính xác 200 mét. Hơn nữa, độ chính xác khi đó bị hạn chế do sự biến dạng mạnh của chùm tia laser bởi bề mặt mặt trăng.

Vào ngày 21 tháng 7 năm 1969, các phi hành gia của tàu Apollo 11 đã lắp đặt tấm phản xạ góc đầu tiên trên Mặt trăng. Sau đó, các tấm phản xạ tương tự đã được lắp đặt bởi các phi hành gia của chương trình Apollo 14 và Apollo 15. Tấm phản xạ Apollo 15 là tấm lớn nhất, bao gồm một tấm gồm ba trăm lăng kính; hai tấm phản xạ Apollo còn lại, mỗi tấm có 100 lăng kính; lớp cách nhiệt là một hộp hợp kim nhôm nặng. Các tàu thám hiểm mặt trăng của Liên Xô Lunokhod 1, được giao lên Mặt trăng trong khuôn khổ sứ mệnh Luna 17, và Lunokhod 2, được giao trong khuôn khổ sứ mệnh Luna 21, cũng được trang bị các tấm phản xạ ở góc. Bản thân các tấm phản xạ được sản xuất tại Pháp, hệ thống bảo vệ chúng khỏi bụi và hệ thống định hướng được phát triển bởi các chuyên gia Liên Xô. Tấm phản xạ góc của Lunokhod là một hệ thống gồm 14 kim tự tháp tứ diện bằng thủy tinh được đặt trong một hộp cách nhiệt sao cho các cạnh nghiêng của chúng mở ra cho chùm tia laze.

Những tín hiệu đầu tiên từ Lunokhod-1 được nhận vào ngày 5 và 6 tháng 12 năm 1970 bởi kính viễn vọng 2,6 mét nói trên của Đài quan sát vật lý thiên văn Crimea, và trong cùng tháng đó chúng đã được Đài thiên văn Pic du Midi nhận được. Kính phản xạ Lunokhod-1 đã cung cấp khoảng 20 quan sát trong năm rưỡi đầu tiên hoạt động, nhưng sau đó vị trí chính xác của nó bị mất và người ta không thể tìm thấy nó cho đến tháng 4 năm 2010. Người ta cho rằng tàu thám hiểm mặt trăng ở vị trí nghiêng, điều này làm suy yếu tín hiệu phản xạ từ nó và gây khó khăn cho việc tìm thấy nó nếu dữ liệu về tọa độ trên bề mặt mặt trăng không chính xác. Gương phản xạ của Lunokhod-1 có thể được tìm thấy nếu chú thỏ được phản chiếu bởi nó rơi vào các bức ảnh quang học về bề mặt mặt trăng, được lên kế hoạch chụp bằng vệ tinh Tàu trinh sát mặt trăng hoặc trong trường quan sát của các trạm mặt trăng khác. Vào ngày 22 tháng 4 năm 2010, Lunokhod 1 được tìm thấy trên bề mặt Mặt trăng bởi Tom Murphy và một nhóm các nhà khoa học đã gửi các xung laser từ kính viễn vọng Đài quan sát Apache Point ở New Mexico.

Ngoài ra, trong số những thiết bị đầu tiên xác định được vị trí của Mặt trăng có kính thiên văn Skol-1. "Skol-1" đã được lắp đặt trên lãnh thổ NIP-16 và hoạt động trên "Lunokhod-1".

Không có vấn đề gì trong việc xác định vị trí của bốn tấm phản xạ còn lại, bao gồm cả tấm được lắp trên Lunokhod-2; ngay bây giờ gần các ga, bao gồm Phòng thí nghiệm động cơ phản lực NASA, cơ quan đã quan sát phạm vi laser của các gương phản xạ kể từ khi chúng được lắp đặt. Tại kính viễn vọng 2,6 mét của Đài quan sát vật lý thiên văn Crimea, nơi lắp đặt thiết bị vào năm 1978 để có thể đo khoảng cách tới Mặt trăng với độ chính xác 25 cm, tổng cộng 1400 phép xác định giá trị này đã được thực hiện thường xuyên nhất - đối với các gương phản xạ góc của Lunokhod-2 và Apollo 15. Tuy nhiên, vào năm 1983, công việc ở đó đã bị dừng lại do chương trình mặt trăng của Liên Xô bị cắt giảm.

Các trạm chính thực hiện đo tia laser của Mặt trăng

JPL NASA, California, Hoa Kỳ
Đài quan sát McDonald, Texas, Mỹ
OCA, Nice, Pháp
Haleakala, Hawaii, Hoa Kỳ
Điểm Apache, New Mexico, Hoa Kỳ
Matera, Matera, Ý
Chi nhánh OCA, Nam Phi

Nguyên lý đo

Chùm tia laser nhắm vào Mặt trăng

Tia laser phát ra tín hiệu vào kính thiên văn nhắm vào gương phản xạ và thời điểm chính xác mà tín hiệu được phát ra sẽ được ghi lại. Một số photon từ tín hiệu ban đầu được đưa trở lại máy dò để ghi lại điểm dữ liệu ban đầu. Diện tích của chùm tia tín hiệu trên bề mặt Mặt trăng là 25 km?. Ánh sáng phản chiếu từ thiết bị trên Mặt trăng sẽ quay trở lại kính viễn vọng trong khoảng một giây, sau đó đi qua hệ thống lọc để thu được các photon ở bước sóng mong muốn và lọc nhiễu.

Độ chính xác của quan sát

Kể từ những năm 1970, độ chính xác của các phép đo khoảng cách đã tăng từ vài chục lên vài cm. Trạm mới Apache Point có thể đạt được độ chính xác đến từng milimet.

Độ chính xác của phép đo thời gian ở thời điểm hiện tại là khoảng 30 picos giây.