Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2023, № 6 · RADIO ELECTRONICS RELATED PROBLEMS

Novel generalized algorithm for estimating energy characteristics of electron-optical components of laser navigation system operating in cosmic vacuum

V.V. Eremuk1, B.P. Papchenko1, A.G. Korobeynikov2, V.A. Romashov1, V.K. Sysoev3, A.O. Dmitriev3, D.K. Khegai1

1 ITMO University, St. Petersburg, Russia
2 Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation RAS, St. Petersburg, Russia
3 JSC NPO Lavochkina, Khimki, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2023.6.3 UDC 621.396.946 EDN HIWGNJ

Abstract

The article highlights the components of a laser navigation system and analyzes them. A mathematical model of an optical navigation system formed by a radiation source, a transmission medium (space vacuum) and a receiver are constructed. A technique for estimating the energy characteristics of the photosensitive matrix of the orbiter's receiver has been developed. Based on the constructed technique, an algorithm was developed for calculating the energy characteristics of the electron-optical components of the lunar beacon according to the given energy characteristics of the light-sensitive matrix and the optical system of the orbiter. Examples of practical calculations for lunar day and lunar night are given. The correctness of the results obtained in the examples of calculations was checked. The algorithm developed during the study can be used to select electro-optical components while solving the problem of creating a navigation system based on laser beacons. Object of research: laser navigation system. Subject of research: a generalized algorithm for calculating the energy characteristics of the electro-optical components of laser navigation system operating in space vacuum. Main results: a generalized algorithm for calculating the energy characteristics of the electron-optical components of laser navigation system and a mathematical model of a navigation system formed by a radiation source, a transmission medium (cosmic vacuum) and a receiver included in it.

  • lunar navigation system
  • optical laser beacon
  • estimating characteristics of a photosensitive matrix
  • estimating characteristics of a laser source
Аннотация (на русском)

Разработка обобщенного алгоритма расчета энергетических характеристик электронно-оптических компонентов лазерной навигационной системы, функционирующей в условиях космического вакуума

В статье выделены компоненты лазерной навигационной системы, выполнен их анализ. Построена математическая модель лазерной навигационной системы, образованной источником излучения, средой передачи (космический вакуум) и приемником. Построена методика оценки энергетических характеристик светочувствительной матрицы приемника орбитального аппарата. На основе построенной методики разработан алгоритм расчета энергетических характеристик электронно-оптических компонентов налунного маяка по заданным энергетическим характеристикам светочувствительной матрицы и оптической системы орбитального аппарата. Приведены примеры практических расчетов для лунного дня и лунной ночи. Выполнена проверка корректности результатов, полученных в примерах расчетов. Разработанный в ходе исследования алгоритм может быть использован для выбора электронно-оптических компонентов в ходе решения задачи создания навигационной системы на основе лазерных маяков. Объект исследования: лазерная навигационная система, функционирующая в условиях космического вакуума. Предмет исследования: обобщенный алгоритм расчета энергетических характеристик электронно-оптических компонентов лазерной навигационной системы, функционирующей в условиях космического вакуума. Основные результаты: обобщенный алгоритм расчета энергетических характеристик электронно-оптических компонентов лазерной навигационной системы и входящая в его состав математическая модель навигационной системы, образованной источником излучения, средой передачи (космический вакуум) и приемником.

For citation

Eremuk V.V., Papchenko B.P., Korobeynikov A.G., Romashov V.A., Sysoev V.K., Dmitriev A.O., Khegai D.K. Novel generalized algorithm for estimating energy characteristics of electron-optical components of laser navigation system operating in cosmic vacuum // Journal of Radio Electronics. – 2023. – No. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.6.3

References

  1. Багров А.В. и др. Глобальная оптическая навигационная система для Луны. Труды МАИ. 2018. №.99. С.6.
  2. Багров А.В. и др. Двухволновая оптическая лунная навигационная система. Труды МАИ. 2020. №.112. С.13. https://doi.org/10.34759/trd-2020-112-13
  3. Чеботарев В.Е. Лунная информационно-навигационная обеспечивающая система. Наукоемкие технологии. 2018. Т.19. №12. С.77-81. https://doi.org/10.18127/j19998465-201812-13
  4. Голяков А.Д., Ричняк А.М. Исследование отказоустойчивости оптико-электронной навигационной системы автономного космического аппарата. Труды МАИ. 2021. №.117. https://doi.org/10.34759/trd-2021-117-20
  5. Багров А.В. и др. Построение оптической лунной навигационной системы на базе космических аппаратов АО "НПО Лавочкина". Космическая техника и технологии. 2019. №.4(27). С.12-26. https://doi.org/10.33950/spacetech-2308-7625-2019-4-12-26
  6. Чеботарев В.Е., Кудымов В.И., Коняев А.В. Земные навигационные технологии в селенодезическом обеспечении. Космические аппараты и технологии. 2018. №.2(24). С.79-83. https://doi.org/10.26732/2618-7957-2018-2-79-83
  7. Багров А.В., Дмитриев А.О., Леонов В.А., Москатиньев И.В., Сысоев В.К. Двухволновая оптическая лунная навигационная система. Труды МАИ. 2020. №112. С.13. https://doi.org/10.34759/trd-2020-112-13
  8. Дмитриев А.О., Москатиньев И.В., Нестерин И.М., Сысоев В.К. Анализ вариантов навигационных систем для Луны. Труды МAИ. 2021. №118. С.9. https://doi.org/10.34759/trd-2021-118-09
  9. Гришенцев А.Ю., Коробейников А.Г., Бондаренко И.Б. К вопросу о сверхразрешении чувствительных матриц. Журнал радиоэлектроники. 2016. №.10. С.12.
  10. Estornell, J., Martí-Gavilá, J.M., Sebastiá, M.T., González, J.A. Mathematical modelling applied to LiDAR data. Modelling in Science Education and Learning. 2013. №6. P.109-118. http://doi.org/10.4995/msel.2013.1988
  11. Торшина И.П., Якушенков Ю.Г. Выбор приемника излучения при проектировании оптико-электронного прибора. Москва, Издательство МИИГАиК. 2017. 56 с.
  12. Al-Nahhal M., Ismail T. Enhancing spectral efficiency of FSO system using adaptive SIM/M-PSK and SIMO in the presence of atmospheric turbulence and pointing errors.International Journal of Communication Systems. 2019. V.32. №.9. P.3942. https://doi.org/10.1002/dac.3942
  13. Oaida B.V. et al. Optical link design and validation testing of the Optical Payload for Lasercomm Science (OPALS) system. Free-Space Laser Communication and Atmospheric Propagation XXVI - International Society for Optics and Photonics. 2014. V.8971. P.235-249. https://doi.org/10.1117/12.2045351
  14. Nguyen T.N.T. Laser beacon tracking for free-space optical communication on small-satellite platforms in low-earth orbit. PhD thesis. Massachusetts Institute of Technology. 2015. 94 p. http://doi.org/1721.1/101446
  15. Якимов А.В. Физика шумов и флуктуации параметров: Электронное учебное пособие. Нижний Новгород, Нижегородский госуниверситет, 2013. 85 с.
  16. Коржик В.И. и др. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. Москва, Радио и связь. 1981. 231 с.
  17. Вахромеева О.С., Манцветов А.А., Шиманская К.А. Характеристики чувствительности телевизионных камер на матричных приборах с зарядовой связью. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2004. №. 4. С. 25-35.