[go: up one dir, main page]

RU2380834C1 - Method for laser space communications and facility for its implementation - Google Patents

Method for laser space communications and facility for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2380834C1
RU2380834C1 RU2008125173/09A RU2008125173A RU2380834C1 RU 2380834 C1 RU2380834 C1 RU 2380834C1 RU 2008125173/09 A RU2008125173/09 A RU 2008125173/09A RU 2008125173 A RU2008125173 A RU 2008125173A RU 2380834 C1 RU2380834 C1 RU 2380834C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
complex
optical
laser
frequency
laser radiation
Prior art date
Application number
RU2008125173/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Федорович Кутаев (RU)
Юрий Федорович Кутаев
Сергей Константинович Манкевич (RU)
Сергей Константинович Манкевич
Олег Юрьевич Носач (RU)
Олег Юрьевич Носач
Евгений Прохорович Орлов (RU)
Евгений Прохорович Орлов
Original Assignee
Юрий Федорович Кутаев
Сергей Константинович Манкевич
Олег Юрьевич Носач
Евгений Прохорович Орлов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Федорович Кутаев, Сергей Константинович Манкевич, Олег Юрьевич Носач, Евгений Прохорович Орлов filed Critical Юрий Федорович Кутаев
Priority to RU2008125173/09A priority Critical patent/RU2380834C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2380834C1 publication Critical patent/RU2380834C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

FIELD: information technologies.
SUBSTANCE: invention refers to the area of laser space communications and laser equipment and is intended for creation of fixed laser space communications facilities in adjacent space - before orbit of the Moon, and in far space on route form the Earth to Mars, and throughout solar system. Following operations are executed: determination of laser radiation Doppler frequency shift from base part of laser space communications facility when it is received in board facility part; shifting laser radiation optical frequency in base part of facility by negative value of measured Doppler shift; applying quantum amplification of laser radiation and measuring shift of its optical frequency in board part of facility, as well as shift of receiving band central frequency and quantum amplification in board and base parts of facility; determination of quality parametres of established laser space communications; generation of laser radiation, receive and quantum amplification of laser communication signals with established shifts of optical frequencies.
EFFECT: increase in laser space communications range, increase volumes and rate of data transmission between space vehicles and ground stations throughout solar system.
11 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к системам лазерной космической связи и квантовой электронике. Изобретение предназначено для организации линий космической связи большой протяженности между космическим аппаратом, находящимся в дальнем космосе, и базовой станцией космической связи, находящейся на поверхности Земли, или на космическом аппарате на околоземной орбите.The invention relates to laser space communication systems and quantum electronics. The invention is intended for the organization of long-distance space communication lines between a spacecraft located in deep space and a space communication base station located on the surface of the Earth, or on a spacecraft in low Earth orbit.

Известны способы организации лазерной космической связи, аналогичные системам космической радиосвязи, заключающиеся в генерации электромагнитного излучения оптического диапазона длин волн - лазерного излучения, модуляции излучения информационным сигналом, направлении лазерного излучения с помощью оптической антенны-телескопа в сторону приемника-корреспондента, приеме лазерного излучения приемной оптической антенной, регистрации и демодуляции лазерного излучения с помощью фотодетектора, обладающего чувствительностью в диапазоне длин волн, соответствующем длине волны лазерного излучения лазерного генератора-передатчика [1]. К недостаткам данных открытых линий связи следует отнести малую по космическим масштабам дальность действия, что обусловлено ограниченной чувствительностью фотоприемников прямого фотодетектирования, а также низкой помехозащищенностью фотоприема вследствие широкой полосы чувствительности используемых фотоприемников.Known methods for organizing laser space communication, similar to space radio communication systems, which include generating electromagnetic radiation of the optical wavelength range — laser radiation, modulating the radiation with an information signal, directing the laser radiation with an optical telescope toward a correspondent receiver, receiving laser radiation from an optical receiving antenna, registration and demodulation of laser radiation using a photo detector with sensitivity in the range wavelength corresponding to a wavelength of laser radiation the laser oscillator-transmitter [1]. The disadvantages of these open communication lines include the short-range range on cosmic scales, due to the limited sensitivity of direct photodetector detectors, as well as the low noise immunity of the photodetector due to the wide sensitivity band of the photodetectors used.

Известны способы лазерной связи, использующие для регистрации принимаемого излучения методы гетеродинного приема (фотосмешения) сигналов оптического диапазона длин волн [2]. Данные методы гетеродинного приема обладают несколько более высокой чувствительностью по сравнению с методами прямого фотодетектирования оптических сигналов, однако имеют ряд существенных недостатков.Known methods of laser communication, using for registration of received radiation methods of heterodyne reception (photo mixing) of signals of the optical wavelength range [2]. These heterodyne reception methods have a slightly higher sensitivity compared to direct photodetection methods of optical signals, but they have a number of significant drawbacks.

К недостаткам данного метода приема оптических информационных сигналов следует отнести прежде всего наличие собственных шумов лазерного гетеродина, препятствующих реализации высокой чувствительности приема оптических (лазерных) информационных сигналов. При этом при реализации системы дальней космической лазерной связи, характеризующейся большой величиной доплеровского сдвига частоты лазерного излучения, непосредственный прием лазерного излучения гетеродинным методом является неэффективным вследствие смещения величины промежуточной частоты сигналов фотосмешения на выходе оптического фотоприемника - преобразователя оптических частот - в область весьма высоких частот порядка единиц и десятков гигагерц, усиление которых с выхода фотоприемников на уровне предельной квантовой чувствительности невозможно. Вследствие ограниченной чувствительности данные методы лазерной космической связи характеризуются невысокой дальностью действия.The disadvantages of this method of receiving optical information signals include, first of all, the presence of intrinsic noise of the laser local oscillator, which impede the realization of high sensitivity of the reception of optical (laser) information signals. Moreover, when implementing a system of long-distance space laser communication, characterized by a large value of the Doppler shift of the laser radiation frequency, direct reception of laser radiation by the heterodyne method is ineffective due to the shift of the intermediate frequency of the mixing signals at the output of the optical photodetector - optical frequency converter - to a region of very high frequencies of the order of units and tens of gigahertz, the amplification of which from the output of photodetectors at the level of the ultimate quantum sens pheno- impossible. Due to the limited sensitivity, these methods of laser space communication are characterized by a low range.

Известен способ приема и передачи информации оптическим сигналом [3], включающий генерацию, модуляцию, излучение и прием лазерных сигналов, подсчет интервалов времени между оптическими импульсами, определение значений текущих интервалов времени, вычитания константы и определения точных значений между текущим и предыдущим оптическими импульсами. К недостаткам данного способа следует отнести малую дальность действия систем лазерной связи на основе данного способа вследствие невозможности обеспечения предельной квантовой чувствительности при приеме оптических импульсов.A known method of receiving and transmitting information by an optical signal [3], including the generation, modulation, emission and reception of laser signals, counting time intervals between optical pulses, determining the values of the current time intervals, subtracting the constant and determining the exact values between the current and previous optical pulses. The disadvantages of this method include the short range of the laser communication systems based on this method due to the inability to provide the ultimate quantum sensitivity when receiving optical pulses.

Известен способ приема и передачи информации оптическими сигналами [4], включающий прием оптических сигналов с помощью фотоприемников, задержку сигналов посредством оптической линии задержки, объединение и совместную обработку оптических сигналов. К недостаткам данного способа следует отнести невысокую чувствительность используемого метода прямого фотодетектирования оптических сигналов и соответственно малую дальность действия системы связи на основе данного способа.A known method of receiving and transmitting information by optical signals [4], including the reception of optical signals using photodetectors, signal delay through an optical delay line, combining and joint processing of optical signals. The disadvantages of this method include the low sensitivity of the used method of direct photodetection of optical signals and, accordingly, the short range of the communication system based on this method.

В качестве прототипа выбран способ, реализованный по патенту [5] при осуществлении лазерной космической связи с использованием терминалов лазерной связи, устанавливаемых на базовой станции и на борту космического аппарата (КА).As a prototype, the method implemented according to the patent [5] was selected when performing laser space communication using laser communication terminals installed on the base station and on board the spacecraft (SC).

Способ включает генерацию и модуляцию лазерного излучения в базовой станции и на борту КА, взаимную ориентацию (наведение) приемных и передающих оптических антенн, прием лазерного излучения, пространственный анализ - фильтрацию - принимаемого излучения - изображения наблюдаемого поля, разделение и совместную обработку разделенных изображений, регистрацию оптических сигналов методами прямого фотодетектирования. К недостаткам данного способа и системы лазерной космической связи на его основе следует отнести малую дальность действия по космическим масштабам, обусловленную относительно невысокой чувствительностью методов прямого фотодетектирования оптических сигналов, не позволяющих реализовать предельную квантовую чувствительность при организации лазерной космической связи данным способом. Дальность действия системы лазерной космической связи, как указано в [5], составляет L=40000 км, что позволяет организовать лазерную связь только в ближнем космосе с КА, обращающимися по околоземным орбитам. Следует отметить, что указанная в [5] скорость передачи информации достигается только в пределах указанной дальности L. На расстояниях, больших чем L такая скорость передачи информации не реализуется. Для космической связи со станцией на Луне и в пределах Солнечной системы такой способ построения лазерной связи является непригодным. Другим существенным недостатком данного способа и системы космической связи является низкая помехозащищенность, обуславливающая невозможность приема лазерных информационных сигналов в условиях сильной фоновой засветки, например, на фоне солнечного диска или на фоне излучения плазмы, окружающей КА при его посадке на Землю и входе в плотные слои атмосферы.The method includes the generation and modulation of laser radiation in the base station and onboard the spacecraft, the mutual orientation (guidance) of the receiving and transmitting optical antennas, the reception of laser radiation, spatial analysis - filtering - received radiation - images of the observed field, separation and joint processing of the separated images, registration optical signals by direct photo detection methods. The disadvantages of this method and a laser-based space communication system based on it should be attributed to the small range of action on the cosmic scales, due to the relatively low sensitivity of direct photodetection methods of optical signals that do not allow the ultimate quantum sensitivity to be realized when organizing laser-space communication using this method. The range of the laser space communication system, as indicated in [5], is L = 40,000 km, which allows laser communication only in near space with spacecraft orbiting in near-Earth orbits. It should be noted that the information transfer rate indicated in [5] is achieved only within the specified range L. At distances greater than L, such information transfer speed is not realized. For space communication with a station on the moon and within the solar system, this method of constructing a laser communication is unsuitable. Another significant drawback of this method and space communication system is the low noise immunity, which makes it impossible to receive laser information signals under conditions of strong background illumination, for example, against the background of the solar disk or against the background of the radiation of the plasma surrounding the spacecraft when it lands on Earth and enters dense layers of the atmosphere .

В качестве прототипа для комплекса лазерной космической связи, реализующего способ лазерной космической связи, выбрано устройство лазерной связи (терминал) по патенту [5], реализующему способ-прототип.As a prototype for a complex of laser space communications that implements the method of laser space communications, the laser communication device (terminal) according to the patent [5], which implements the prototype method, is selected.

Достигаемым техническим результатом является следующее: повышение дальности действия комплекса лазерной космической связи, увеличение объемов и скорости передачи информации в системах лазерной космической связи между быстро движущимися космическими объектами, реализация предельной квантовой чувствительности при приеме широкополосных лазерных информационных сигналов в условиях дальней космической связи между движущимися объектами - космическими аппаратами (КА). Реализация лазерной космической связи при приеме лазерных сигналов на фоне солнечного излучения и излучения ярко светящихся космических объектов. Реализация непрерывной связи с космическим кораблем (КК) в момент времени его входа в плотные слои атмосферы и посадки на Землю через слой плазмы, окружающей КК.The technical result achieved is the following: an increase in the range of the laser-space communication complex, an increase in the volume and speed of information transfer in laser-space communication systems between rapidly moving space objects, the realization of the ultimate quantum sensitivity when receiving broadband laser information signals in the conditions of long-distance space communication between moving objects - spacecraft (SC). The implementation of laser space communications when receiving laser signals against the background of solar radiation and the emission of brightly glowing space objects. Realization of continuous communication with the spacecraft (SC) at the time of its entry into the dense layers of the atmosphere and landing on Earth through the plasma layer surrounding the SC.

Новый технический результат достигается следующим образом:A new technical result is achieved as follows:

1. В известном способе, включающем последовательную генерацию и модуляцию лазерного излучения в базовой и бортовой частях комплекса, взаимную ориентацию передающих и приемных оптических антенн и взаимный прием лазерного излучения в базовой и бортовой частях комплекса, до генерации лазерного излучения в базовой части комплекса определяют скорость движения бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса, определяют доплеровский сдвиг частоты Δfd лазерного излучения от базовой части комплекса при его приеме в бортовой части комплекса, генерирование лазерного излучения в базовой части комплекса осуществляют со сдвигом оптической частоты Δf1 на отрицательную величину доплеровского сдвига частоты Δf1=-Δfd, после приема этого лазерного излучения в бортовой части комплекса осуществляют его квантовое усиление, измеряют сдвиг оптической частоты Δv2 принятого и усиленного лазерного излучения относительно эталонной оптической частоты f0, генерацию лазерного излучения в бортовой части комплекса осуществляют со сдвигом оптической частоты Δf2 на отрицательную величину измеренного сдвига оптической частоты Δν2 принятого лазерного излучения Δf2=-Δv2, осуществляют дополнительную модуляцию генерируемого в бортовой части лазерного излучения величиной измеренного сдвига оптической частоты Δν2, последующий прием и квантовое усиление лазерного излучения в бортовой части комплекса осуществляют со сдвигом центральной частоты fф2 полосы приема на величину измеренного сдвига Δν2 оптической частоты принятого лазерного излучения, после приема лазерного излучения от бортовой части комплекса в базовой части комплекса осуществляют его квантовое усиление со сдвигом центральной частоты fф1 полосы приема на величину ранее измеренного доплеровского сдвига частоты Δfd, измеряют сдвиг Δν1 оптической частоты принятого и усиленного в базовой части комплекса лазерного излучения относительно эталонной оптической частоты f0, в базовой части комплекса осуществляют демодуляцию принятого от бортовой части комплекса лазерного излучения и получают информацию о величине сдвига оптической частоты Δν2, измеренного ранее в бортовой части комплекса, на основе полученных сдвигов оптической частоты Δν1, Δν2 определяют параметры режима лазерной космической связи ε1, ε2, по которым судят о качестве установленной лазерной космической связи и при выполнении условий:1. In the known method, which includes sequential generation and modulation of laser radiation in the base and onboard parts of the complex, the mutual orientation of the transmitting and receiving optical antennas and the mutual reception of laser radiation in the base and onboard parts of the complex, before the generation of laser radiation in the base of the complex, the speed of movement is determined the onboard part of the complex relative to the base part of the complex, determine the Doppler frequency shift Δf d of laser radiation from the base part of the complex when it is received at the onboard hour of the complex, the generation of laser radiation in the base part of the complex is carried out with a shift of the optical frequency Δf 1 by a negative value of the Doppler frequency shift Δf 1 = -Δf d , after receiving this laser radiation in the side part of the complex, its quantum gain is carried out, the shift of the optical frequency Δv 2 is measured received and amplified laser radiation relative to the reference optical frequency f 0 , the generation of laser radiation in the side of the complex is carried out with a shift of the optical frequency Δf 2 to negative the measured optical frequency shift Δν 2 of the received laser radiation Δf 2 = -Δv 2 , additionally modulate the laser radiation generated in the airborne part by the measured optical frequency shift Δν 2 , the subsequent reception and quantum amplification of the laser radiation in the airborne part of the complex is performed with a central frequency shift f p2 the reception band by the value measured shift Δν 2 optical frequency of the laser radiation received after receiving laser radiation from the sides of the complex in the base of the second part of the complex, it is quantum amplified with a shift of the center frequency f f1 of the reception band by the previously measured Doppler frequency shift Δf d , the shift Δν 1 of the optical frequency of the received and amplified laser radiation in the base part of the complex relative to the reference optical frequency f 0 , in the base part is measured complex demodulation is carried out by the bead portion of the received laser complex and receive information on the magnitude of the optical frequency shift Δν 2, previously measured in the bead portion komple sa, based on the obtained optical frequency shift Δν 1, Δν 2 define the parameters of the laser space communication mode ε 1, ε 2, which judged as set laser space communications and if the conditions:

ε1≤0,01 и ε2≤0,01ε 1 ≤0.01 and ε 2 ≤0.01

принимают решение об установлении штатного режима лазерной космической связи, при котором в базовой и бортовой частях комплекса осуществляют генерацию лазерного излучения и прием и квантовое усиление лазерного излучения с установленными ранее сдвигами оптических частот генерируемого лазерного излучения и со сдвигами центральных частот полос приема лазерного излучения.decide on the establishment of a regular mode of laser space communication, in which the base and onboard parts of the complex generate laser radiation and receive and quantum amplify laser radiation with previously established optical frequency shifts of the generated laser radiation and with shifts of the central frequencies of the laser reception bands.

2. Параметры режима установленной лазерной космической связи ε1 и ε2 определяют на основании следующих соотношений:2. The parameters of the established laser space communications ε 1 and ε 2 are determined on the basis of the following relationships:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где Δν1 и Δν2 - величины сдвигов оптической частоты, измеренные соответственно в базовой (Δν1) и в бортовой (Δν2) частях комплекса;where Δν 1 and Δν 2 are the shifts of the optical frequency, measured respectively in the base (Δν 1 ) and on-board (Δν 2 ) parts of the complex;

Δfd - величина доплеровского сдвига оптической частоты лазерного излучения, определение которого осуществлено в базовой части комплекса.Δf d is the magnitude of the Doppler shift of the optical frequency of the laser radiation, the determination of which is carried out in the base part of the complex.

3. При невыполнении хотя бы одного из условий ε1≤0,01 и ε2≤0,01 в качестве величины доплеровского сдвига оптической частоты Δfd используют сумму измеренных величин Δν1, Δν2 сдвигов оптической частоты:3. If at least one of the conditions ε 1 ≤0.01 and ε 2 ≤0.01 is not fulfilled, the sum of the measured values Δν 1 , Δν 2 shifts of the optical frequency is used as the value of the Doppler shift of the optical frequency Δf d :

Figure 00000003
Figure 00000003

4. Определение доплеровского сдвига оптической частоты Δfd лазерного излучения от базовой части комплекса при приеме в бортовой части комплекса осуществляют в соответствии с формулой:4. The determination of the Doppler shift of the optical frequency Δf d of laser radiation from the base of the complex when received in the onboard part of the complex is carried out in accordance with the formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

где с - скорость света, V1 - скорость движения бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса по направлению линии взаимного визирования, связывающей базовую и бортовую части комплекса; f0 - оптическая частота лазерного излучения, генерируемого в базовой части комплекса и соответствующая оптической частоте рабочего квантового перехода активного вещества, используемого при осуществлении генерации лазерного излучения и при осуществлении квантового усиления лазерного излучения в базовой и бортовой частях комплекса.where c is the speed of light, V 1 is the speed of movement of the onboard part of the complex relative to the base part of the complex in the direction of the mutual sight line connecting the base and onboard parts of the complex; f 0 is the optical frequency of the laser radiation generated in the base part of the complex and corresponding to the optical frequency of the working quantum transition of the active substance used in the generation of laser radiation and in the implementation of quantum amplification of laser radiation in the base and side parts of the complex.

5. В качестве эталонной оптической частоты f0 лазерного излучения принимают оптическую частоту рабочего квантового перехода активного вещества, используемого при осуществлении генерации лазерного излучения и квантового усиления лазерного излучения в базовой и бортовой частях комплекса.5. As the reference optical frequency f 0 of the laser radiation, the optical frequency of the working quantum transition of the active substance used in the generation of laser radiation and quantum amplification of laser radiation in the base and side parts of the complex is adopted.

6. В комплекс лазерной космической связи (ЛКС), состоящий из идентичных базовой и бортовой частей, размещенных на разных космических аппаратах (КА), каждая из которых содержит приемную и передающую оптические антенны, установленные на базовом элементе и жестко с ним соединенные, опорно-поворотное устройство (ОПУ), кинематически соединенное с базовым элементом, оптический фильтр, первый и второй фотоприемные блоки (ФПБ), модулятор лазерного излучения с блоком управления, блок-источник информации и блок-получатель информации, блок управления комплекса, управляющий вход ОПУ, выходы первого и второго ФПБ, блока-получателя информации и блока-источника информации подключены к блоку управления комплекса, блок управления модулятором лазерного излучения подсоединен к блоку управления комплекса, в каждую из идентичных частей комплекса введены активный квантовый фильтр с перестройкой частоты (АКФПЧ), лазерный генератор с перестройкой частоты (ЛГПЧ), блок многоканальной лазерной связи, первый и второй блоки измерения оптической частоты, эталонный генератор лазерного излучения, блок определения параметров движения, первая и вторая линзы, три отражательных зеркала и шесть полупрозрачных зеркал, при этом оптический вход АКФПЧ связан с оптическим выходом приемной оптической антенны, оптический выход АКФПЧ связан с оптическим входом первого ФПБ через оптический фильтр, первое полупрозрачное зеркало и первую линзу, а с оптическим входом второго ФПБ через оптический фильтр, первое и второе полупрозрачные зеркала и вторую линзу, дополнительно оптический выход АКФПЧ связан с оптическими входами блока многоканальной лазерной связи и первого блока измерения оптической частоты через оптический фильтр и первое, второе, третье полупрозрачные зеркала и первое отражательное зеркало, оптический выход ЛГПЧ связан с оптическим входом передающей оптической антенны через модулятор лазерного излучения и с оптическим входом второго блока измерения оптической частоты посредством шестого полупрозрачного зеркала и третьего отражательного зеркала, оптический выход эталонного генератора лазерного излучения оптически связан со вторыми оптическими входами второго блока измерения оптической частоты, первого блока измерения оптической частоты посредством четвертого и пятого полупрозрачных зеркал и блока многоканальной лазерной связи через четвертое и пятое полупрозрачные зеркала и второе отражательное зеркало, при этом управляющие входы АКФПЧ и ЛГПЧ подсоединены к блоку управления, входы которого подключены к первому и второму блокам определения оптической частоты и к блоку многоканальной лазерной связи, выход блока определения параметров движения подсоединен к блоку управления и к выходу блока внешнего целеуказания.6. In the complex of laser space communications (LKS), consisting of identical base and airborne parts located on different spacecraft (SC), each of which contains a receiving and transmitting optical antenna mounted on the base element and rigidly connected to it, supporting a rotary device (OPU) kinematically connected to the base element, an optical filter, first and second photodetector blocks (FPB), a laser radiation modulator with a control unit, an information source block and an information receiver block, a control block of the complex, the control input of the control amplifier, the outputs of the first and second FPBs, the information receiving block and the information source block are connected to the complex control unit, the laser radiation modulator control unit is connected to the complex control unit, an active quantum filter with tuning is introduced into each of the identical parts of the complex frequency (AFCF), a frequency-tunable laser generator (LGPF), a multi-channel laser communication unit, the first and second optical frequency measurement units, a reference laser radiation generator, determination of motion parameters, the first and second lenses, three reflective mirrors and six translucent mirrors, while the optical input of the AFFC is connected to the optical output of the receiving optical antenna, the optical output of the AFFC is connected to the optical input of the first FPB through the optical filter, the first translucent mirror and the first lens, and with the optical input of the second FPB through the optical filter, the first and second translucent mirrors and the second lens, an additional optical output of the AFFC is connected to the optical inputs of the multichannel laser unit connection of the first optical frequency measurement unit through the optical filter and the first, second, third translucent mirrors and the first reflective mirror, the LGPH optical output is connected to the optical input of the transmitting optical antenna through a laser modulator and to the optical input of the second optical frequency measurement unit through the sixth translucent the mirror and the third reflective mirror, the optical output of the reference laser radiation generator is optically coupled to the second optical inputs of the second the optical frequency measuring unit, the first optical frequency measuring unit by means of the fourth and fifth translucent mirrors and the multi-channel laser communication unit through the fourth and fifth translucent mirrors and the second reflective mirror, while the control inputs of the AFFC and LGPCH are connected to the control unit, the inputs of which are connected to the first and to the second optical frequency determination units and to the multi-channel laser communication unit, the output of the motion parameter determination unit is connected to the control unit and to the output of the external target designation.

7. Активный квантовый фильтр с перестройкой частоты (АКФПЧ) содержит последовательно установленные на оптической оси оптически связанные входную диафрагму, входное полупрозрачное зеркало, кювету с прозрачными входным и выходным окнами и активным веществом и блоком накачки, оптическую пластину с блоком позиционирования, акустооптический модулятор с блоком управления, выходное полупрозрачное зеркало, пьезоэлемент с блоком управления, соединенный с выходным полупрозрачным зеркалом, блок управления частотой спектральной линии, соединенный с кюветой с активным веществом, при этом управляющие входы блока накачки, блока позиционирования, блока управления акустооптическим модулятором, блока управления пьезоэлементом и блока управления частотой спектральной линии подсоединены к блоку управления комплекса.7. An active quantum filter with frequency tuning (AFFC) contains optically coupled input diaphragm, input translucent mirror, cuvette with transparent input and output windows and active substance and pump unit, optical plate with positioning unit, acousto-optic modulator with unit, sequentially mounted on the optical axis control, the output translucent mirror, a piezoelectric element with a control unit connected to the output translucent mirror, the control unit of the frequency of the spectral line, connected a cell with an active substance, while the control inputs of the pump unit, positioning unit, acousto-optic modulator control unit, piezoelectric element control unit and spectral line frequency control unit are connected to the complex control unit.

8. Лазерный генератор с перестройкой частоты (ЛГПЧ) содержит последовательно установленные на оптической оси оптически связанные выходную диафрагму, полупрозрачное зеркало резонатора, кювету с активным веществом, блоком накачки, блок управления частотой генерации, соединенный с кюветой с активным веществом, оптическую пластину с блоком позиционирования, отражательное зеркало резонатора, при этом управляющие входы блока накачки, блока управления частотой генерации и блока позиционирования подсоединены к блоку управления комплекса.8. The frequency-tunable laser generator (LGPF) contains optically coupled output diaphragm, a translucent cavity mirror, a cell with an active substance, a pump unit, a control unit for the generation frequency connected to a cell with an active substance, an optical plate with a positioning unit , a reflector mirror of the resonator, while the control inputs of the pump unit, the control unit for the generation frequency and the positioning unit are connected to the control unit of the complex.

9. Блок многоканальной лазерной связи содержит последовательно соединенные фотоприемник, первый усилитель промежуточной частоты, смеситель радиодиапазона с гетеродином, многоканальный усилитель промежуточных частот, многоканальный демодулятор, а также оптически связанные оптический аттенюатор и акустооптический модулятор, при этом вход оптического аттенюатора посредством отражательного зеркала и светоделителя оптически связан с оптическим входом фотоприемника, а вход акустооптического модулятора оптически связан с выходом эталонного генератора лазерного излучения посредством отражательного и полупрозрачного зеркал, управляющий электрический вход оптического аттенюатора и управляющий вход акустооптического модулятора подсоединены к выходу блока управления комплекса, выход многоканального демодулятора подключен ко входу блока управления комплекса.9. The multi-channel laser communication unit comprises a photodetector in series, a first intermediate-frequency amplifier, a radio frequency mixer with a local oscillator, a multi-channel intermediate-frequency amplifier, a multi-channel demodulator, and optically coupled optical attenuator and an acousto-optical modulator, while the input of the optical attenuator by means of a reflective mirror and an optical beam splitter connected to the optical input of the photodetector, and the input of the acousto-optical modulator is optically connected to the output nnogo generator of laser radiation by the reflective and semi-transparent mirrors, control the electrical input of the optical attenuator and the control input of the acousto-optic modulator connected to the output of a complex control unit, the multi-channel demodulator output is connected to an input of a complex control unit.

10. Активный квантовый фильтр с перестройкой частоты (АКФПЧ) выполнен на основе волоконно-оптического квантового усилителя, содержащего активное оптическое волокно, вход которого через оптический разветвитель и первую волоконно-оптическую брэгговскую решетку оптически связан с входной линзой, а выход которого через вторую волоконно-оптическую брэгговскую решетку оптически связан с выходной линзой, второй вход оптического разветвителя подсоединен к блоку полупроводниковой лазерной накачки, первая и вторая волоконно-оптические брэгговские решетки (ВБР) подсоединены к блоку управления параметрами.10. The active frequency tunable quantum filter (AFCF) is made on the basis of a fiber optic quantum amplifier containing an active optical fiber, the input of which is optically coupled to the input lens through the optical splitter and the first fiber optic Bragg grating, and the output of which through the second fiber the optical Bragg grating is optically coupled to the output lens, the second input of the optical splitter is connected to the semiconductor laser pumping unit, the first and second fiber-optic Braggs Gratings (FBGs) are connected to the parameter control unit.

11. Лазерный генератор с перестройкой частоты (ЛГПЧ) содержит активное оптическое волокно, вход которого через первую волоконно-оптическую решетку оптически связан с блоком полупроводниковой лазерной накачки, а выход оптически связан через вторую волоконно-оптическую решетку с выходной линзой, первая и вторая волоконно-оптические решетки соединены с блоком управления параметрами.11. Frequency tunable laser generator (LGPF) contains an active optical fiber, the input of which through the first fiber optic array is optically coupled to a semiconductor laser pumping unit, and the output is optically coupled through a second fiber optic array with an output lens, the first and second fiber optical gratings are connected to the parameter control unit.

12. Активный квантовый фильтр с перестройкой частоты (АКФПЧ) содержит полупроводниковый лазерный усилитель, сопряженный с оптическим волокном, оптический вход которого через оптический разветвитель и сопрягающие элементы связан с входной и выходной линзами, а оптический выход связан с волоконно-оптической брэгговской решеткой, подсоединенной к блоку управления параметрами.12. An active frequency tunable quantum filter (AFCF) contains a semiconductor laser amplifier coupled to an optical fiber, the optical input of which is connected to the input and output lenses through an optical splitter and coupling elements, and the optical output is connected to an optical fiber Bragg grating connected to control unit parameters.

На фиг.1 представлена схема состава и на фиг.2 схема организации связи комплекса лазерной космической связи (ЛКС) - далее просто комплекса, - реализующего предлагаемый способ лазерной космической связи.Figure 1 presents a diagram of the composition and figure 2 a diagram of the organization of communication of a complex of laser space communications (LKS) - hereinafter simply a complex - that implements the proposed method of laser space communications.

Согласно предлагаемому способу лазерную космическую связь устанавливают между базовой частью комплекса и бортовой частью комплекса. Базовая часть комплекса является основной и установлена на поверхности Земли или расположена на базовом космическом аппарате (БКА), вращающемся на околоземной орбите. Бортовая часть комплекса расположена на борту второго космического аппарата (КА2), находящегося в дальнем космосе, например в районе планеты Марс. Базовая и бортовая части комплекса имеют идентичный состав.According to the proposed method, laser space communication is established between the base part of the complex and the airborne part of the complex. The basic part of the complex is the main one and is installed on the surface of the Earth or is located on a basic spacecraft (BSC), rotating in low Earth orbit. The onboard part of the complex is located on board the second spacecraft (KA2) located in deep space, for example, in the region of the planet Mars. The base and side parts of the complex have an identical composition.

На фиг.1 представлена блок-схема базовой (бортовой) части комплекса, где обозначены следующие элементы:Figure 1 presents a block diagram of the base (onboard) part of the complex, where the following elements are indicated:

1. Приемная оптическая антенна.1. The receiving optical antenna.

2. Базовый элемент.2. The basic element.

3. Опорно-поворотное устройство (ОПУ).3. Slewing ring (OPU).

4. Передающая оптическая антенна.4. Transmitting optical antenna.

5. Активный квантовый фильтр с перестройкой частоты (АКФПЧ).5. Active quantum filter with frequency tuning (AFFC).

6. Оптический фильтр.6. Optical filter.

7. Первая и вторая - поз.8 - линзы.7. The first and second - pos.8 - lenses.

9. Первый фотоприемный блок.9. The first photodetector unit.

10. Второй фотоприемный блок.10. The second photodetector unit.

11. Блок многоканальной лазерной связи.11. Block multi-channel laser communication.

12. Первый блок измерения оптической частоты.12. The first unit for measuring the optical frequency.

13, 14, 15. Первое, второе и третье полупрозрачные зеркала.13, 14, 15. The first, second and third translucent mirrors.

16. Первое отражательное зеркало.16. The first reflective mirror.

17. Эталонный генератор лазерного излучения.17. Reference laser generator.

18. Второе отражательное зеркало.18. The second reflective mirror.

19, 20. Четвертое и пятое полупрозрачные зеркала.19, 20. Fourth and fifth translucent mirrors.

21. Лазерный генератор с перестройкой частоты (ЛГПЧ).21. Laser generator with frequency tuning (LGPCH).

22. Второй блок измерения оптической частоты.22. The second unit for measuring the optical frequency.

23. Шестое полупрозрачное зеркало.23. Sixth translucent mirror.

24. Третье отражательное зеркало.24. Third reflective mirror.

25. Блок управления комплекса.25. The control unit of the complex.

26. Блок определения параметров движения.26. Block for determining motion parameters.

27. Блок-получатель информации.27. The block is the recipient of information.

28. Блок-источник информации.28. Block source of information.

29. Блок внешнего целеуказания (не входит в состав комплекса).29. External target designation unit (not included in the complex).

30. Модулятор лазерного излучения с блоком управления 31.30. Laser modulator with control unit 31.

32. Платформа космического аппарата.32. The platform of the spacecraft.

На фиг.2 представлена схема организации лазерной космической связи между базовой и бортовой частью комплекса, реализующей способ лазерной космической связи.Figure 2 presents a diagram of the organization of laser space communication between the base and onboard parts of the complex that implements the method of laser space communication.

На фиг.2 обозначены следующие элементы:In figure 2, the following elements are indicated:

2-1. Базовая часть комплекса.2-1. The base part of the complex.

2-2. Бортовая часть комплекса.2-2. The side of the complex.

2-3. Базовый космический аппарат (БКА) (носитель) или поверхность Земли.2-3. Basic spacecraft (BKA) (carrier) or the surface of the Earth.

2-4. Второй космический аппарат, несущий бортовую часть комплекса.2-4. The second spacecraft carrying the onboard part of the complex.

2-5, 2-6. Передающая и приемная оптические антенны базовой части комплекса.2-5, 2-6. Transmitting and receiving optical antennas of the base part of the complex.

2-7, 2-8. Приемная и передающая оптические антенны бортовой части комплекса.2-7, 2-8. Receiving and transmitting optical antennas of the onboard part of the complex.

2-9, 2-10. Блоки определения параметров движения в базовой и бортовой частях комплекса.2-9, 2-10. Blocks for determining motion parameters in the base and onboard parts of the complex.

2-11, 2-12. Опорно-поворотные устройства (ОПУ) в базовой и бортовой частях комплекса.2-11, 2-12. Slewing-rotary devices (OPU) in the base and onboard parts of the complex.

2-13, 2-14. Аппаратные блоки в базовой и бортовой частях комплекса.2-13, 2-14. Hardware units in the base and onboard parts of the complex.

2-15, 2-16. Несущие конструкции в базовой и бортовой частях комплекса (базовые элементы). Базовая часть комплекса может также быть установлена на земной поверхности.2-15, 2-16. Bearing structures in the base and side parts of the complex (basic elements). The base of the complex can also be installed on the earth's surface.

На фиг.3 приведена блок-схема лазерного генератора с перестройкой частоты (ЛГПЧ), который содержит следующие элементы:Figure 3 shows a block diagram of a laser generator with frequency tuning (LGPCH), which contains the following elements:

3-1. Кювета с активным веществом.3-1. Ditch with the active substance.

3-2. Блок накачки.3-2. Pumping unit.

3-3. Блок управления частотой генерации.3-3. Generation frequency control unit.

3-4. Полупрозрачное и отражательное 3-5 зеркала резонатора.3-4. Translucent and reflective 3-5 cavity mirrors.

3-6. Оптическая пластина с блоком позиционирования 3-7.3-6. Optical plate with positioning unit 3-7.

3-10. Выходная диафрагма.3-10. Output aperture.

На фиг.4 приведена блок-схема активного квантового фильтра с перестройкой частоты (АКФПЧ), который содержит следующие элементы:Figure 4 shows a block diagram of an active quantum filter with frequency tuning (AFCF), which contains the following elements:

4-1. Кювета с прозрачными входным и выходным окнами и активным веществом.4-1. Ditch with transparent entrance and exit windows and active substance.

4-2. Блок накачки.4-2. Pumping unit.

4-3. Блок управления частотой спектральной линии.4-3. Spectral line frequency control unit.

4-4. Входное полупрозрачное зеркало.4-4. Entrance translucent mirror.

4-5. Выходное полупрозрачное зеркало.4-5. Translucent exit mirror.

4-6. Пьезоэлемент с блоком управления 4-7.4-6. Piezo element with control unit 4-7.

4-8. Оптическая пластина с блоком позиционирования 4-9.4-8. Optical plate with positioning unit 4-9.

4-10. Акустооптический модулятор с блоком управления 4-11.4-10. Acousto-optic modulator with control unit 4-11.

4-12. Входная диафрагма.4-12. Input diaphragm.

4-13. Выходная диафрагма.4-13. Output aperture.

В ограничительной части формулы изобретения на комплекс (устройство), реализующий предлагаемый способ, ряд элементов, присутствующих в устройстве-прототипе, вынесен в отдельные блоки. К таким элементам относятся следующие:In the restrictive part of the claims, a complex (device) that implements the proposed method, a number of elements present in the prototype device, is placed in separate blocks. These items include the following:

1. Оптический фильтр поз.6, фиг.1 в устройстве-прототипе входил в состав фотоприемных блоков 9, 10.1. The optical filter pos.6, figure 1 in the prototype device was part of the photodetector blocks 9, 10.

2. Модулятор лазерного излучения поз.30, фиг.1 с блоком управления 31 в устройстве-прототипе входил в состав лазерного генератора (лазерный генератор с устройством модуляции лазерного излучения).2. The laser radiation modulator pos.30, figure 1 with the control unit 31 in the prototype device was part of the laser generator (laser generator with a laser modulation device).

3. Блок управления комплекса поз.25, фиг.1 в устройстве-прототипе входил в состав модуля фотоприемных устройств - фотоприемный блок.3. The control unit of the complex pos.25, figure 1 in the prototype device was part of the module of photodetector devices - photodetector unit.

Принцип действия предлагаемого способа лазерной космической связи заключается в следующем. Лазерную связь устанавливают между базовой (поз.2-1 на фиг.2) и бортовой (поз.2-2) частями комплекса, установленными соответственно на базовом космическом аппарате (БКА) 2-3 и на втором космическом аппарате 2-4 бортовой части комплекса. Космические аппараты находятся в космическом пространстве и движутся под действием сил тяготения Солнца и планет.The principle of operation of the proposed method of laser space communications is as follows. Laser communication is established between the base (pos. 2-1 in figure 2) and airborne (pos. 2-2) parts of the complex, installed respectively on the base spacecraft (BKA) 2-3 and on the second spacecraft 2-4 onboard parts complex. Spacecraft are in outer space and move under the influence of gravitational forces of the Sun and planets.

Расстояние между первым и вторым космическими аппаратами (КА) может достигать от нескольких единиц до десятков астрономических единиц (а.е.), где 1 а.е.=150·106 км - равно среднему расстоянию от Земли до Солнца. Лазерная связь на таких дальних расстояниях может быть реализована за счет использования в приемных устройствах специального узкополосного лазерного (квантового) усилителя, обладающего предельной квантовой чувствительностью, ограниченной квантовой природой электромагнитного излучения. Реализация предельной квантовой чувствительности в оптическом и ближнем инфракрасном диапазоне позволяет обеспечить устойчивый прием лазерного информационного сигнала при уровне энергии, соответствующем наличию на входе приемной оптической антенны 2-3 фотонов на один бит передаваемой информации, что позволяет полностью использовать высокие потенциальные возможности лазерного излучения и лазерных систем связи при передаче больших объемов информации.The distance between the first and second spacecraft (SC) can reach from several units to tens of astronomical units (au), where 1 au = 150 · 10 6 km is equal to the average distance from the Earth to the Sun. Laser communication at such long distances can be realized through the use of a special narrow-band laser (quantum) amplifier in the receiving devices, which has the ultimate quantum sensitivity, limited by the quantum nature of electromagnetic radiation. Implementation of the ultimate quantum sensitivity in the optical and near infrared ranges allows for stable reception of the laser information signal at an energy level corresponding to the presence of 2-3 photons per one bit of transmitted information at the input of the receiving optical antenna, which allows full use of the high potential of laser radiation and laser systems communication when transmitting large amounts of information.

Указанный высокочувствительный лазерный усилитель с предельной квантовой чувствительностью, получивший наименование активный квантовый фильтр (АКФ) [6, 7], наряду с высокой чувствительностью обладает достаточно узкой полосой приема и квантового усиления лазерного излучения, достигающей величины Δν0≈0,01 обратных сантиметров [см-1], что по масштабам оптического диапазона является весьма малой величиной. Вследствие этого основной проблемой при осуществлении лазерной космической связи на основе АКФ является проблема компенсации доплеровского сдвига оптической частоты лазерного излучения, возникающего вследствие взаимного движения космических аппаратов, между которыми осуществляется связь, со скоростями, достигающими первой или второй космической скорости. При этом собственно доплеровский сдвиг в оптическом диапазоне существенно превышает аналогичный сдвиг частоты в радиодиапазоне и может составлять величину до ~ 10 Ггц (1010 Гц).The indicated highly sensitive laser amplifier with the ultimate quantum sensitivity, called the active quantum filter (ACF) [6, 7], along with high sensitivity has a rather narrow band of reception and quantum gain of laser radiation, reaching Δν 0 ≈0.01 inverse centimeters [cm -1 ], which in terms of the optical range is a very small value. As a result of this, the main problem in the implementation of ACF-based laser space communication is the problem of compensating for the Doppler shift of the optical frequency of laser radiation arising from the mutual motion of the spacecraft between which communication takes place, with speeds reaching the first or second space velocity. In this case, the actual Doppler shift in the optical range significantly exceeds the similar frequency shift in the radio range and can be up to ~ 10 GHz (10 10 Hz).

Для решения поставленной задачи и осуществления дальней космической лазерной связи на основе высокочувствительных АКФ в условиях больших величин доплеровского смещения оптической частоты принимаемых лазерных излучений осуществляют следующие операции.To solve the problem and implement long-range space laser communication based on highly sensitive ACFs under conditions of large values of the Doppler shift of the optical frequency of the received laser radiation, the following operations are performed.

Для обеспечения функционирования комплекса лазерной космической связи осуществляют взаимную ориентацию передающих и приемных оптических антенн базовой и бортовой частей комплекса, в результате чего взаимное расположение базовой 2-1, фиг.2 и бортовой 2-2 частей комплекса устанавливают таким, как оно показано на фиг.2. Взаимную ориентацию осуществляют с помощью опорно-поворотных устройств 2-11, 2-12, а также путем маневрирования и ориентации космических аппаратов 2-3, 2-4. При этом данные о положении космического аппарата 2-4 относительно базового КА 2-3 и соответственно данные о положении базового КА 2-3 относительно КА 2-4 получают от блока внешнего целеуказания 29 и от блока 26 определения параметров движения. Блок 29 представляет собой специализированное устройство памяти, например, на основе персонального компьютера, в который закладываются исходные данные о параметрах траектории движения обоих космических аппаратов 2-3, 2-4, а также сведения о моментах времени начала движения КА 2-3, 2-4 по заданной траектории. Указанные данные закладываются в блок 29 внешнего целеуказания оператором или эти данные передают в блок 29 по специальному радиоканалу связи в виде телеметрической информации. Далее в блоке определения параметров движения 26 на каждом из космических аппаратов 2-3, 2-4 для заданного момента времени t0 начала установления космической связи определяют местоположение соответствующего КА 2-3 или 2-4 на его траектории движения, определяют также далее местоположение КА на небесной сфере относительно другого КА и соответственно направление в пространстве на соответствующий КА 2-3 или 2-4 относительно другого КА. Эта информация и позволяет осуществить взаимную ориентацию оптических антенн базовой и бортовой частей комплекса. После этой операции осуществляют определение скорости движения V1 бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса. Данную операцию осуществляют в базовой части комплекса (поз.2-1, фиг.2) в блоке определения параметров движения 26 базовой части комплекса. В состав блока 26 входит электронно-вычислительная машина (ЭВМ), в которой на основе поступившей из блока 29 информации о параметрах траектории движения первого и второго КА, а также о моменте времени t0 - начале установления связи и моменте текущего времени от системы точного времени определяют скорость движения V1 КА 2-4 относительно КА 2-3 по направлению линии взаимного визирования космических аппаратов, которая представляет собой прямую линию, связывающую напрямую базовую и бортовую части комплекса. На фиг.2 линия взаимного визирования представлена в виде отрезка O12. Блок системы точного времени также входит в состав блока 26 определения параметров движения. На фиг.2 в виде вектора V1 показана скорость движения бортовой части комплекса 2-2 в системе координат, связанной с базовой частью комплекса, в которой базовая часть комплекса является неподвижной. Таким образом, скорость V1 является радиальной скоростью движения бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса и обуславливает наличие доплеровского сдвига несущей оптической частоты при осуществлении лазерной связи между базовой и бортовой частями комплекса. Далее в блоке 26 базовой части комплекса осуществляют определение доплеровского сдвига оптической частоты Δfd лазерного излучения от базовой части комплекса при его приеме в бортовой части комплекса по следующей формуле:In order to ensure the functioning of the laser-space communication complex, the transmitting and receiving optical antennas of the base and onboard parts of the complex are mutually oriented, as a result of which the relative position of the base 2-1, FIG. 2 and the onboard 2-2 parts of the complex is set as shown in FIG. 2. Mutual orientation is carried out using slewing devices 2-11, 2-12, as well as by maneuvering and orienting spacecraft 2-3, 2-4. Moreover, data on the position of the spacecraft 2-4 relative to the base SC 2-3 and, accordingly, data on the position of the base SC 2-3 relative to SC 2-4 are received from the external target designation unit 29 and from the motion determination unit 26. Block 29 is a specialized memory device, for example, based on a personal computer, in which the initial data on the parameters of the trajectory of the motion of both spacecraft 2-3, 2-4, as well as information on the time moments of the beginning of the motion of the spacecraft 2-3, 2- 4 along a given path. These data are stored in block 29 of external target designation by the operator or these data are transmitted to block 29 via a special radio channel in the form of telemetry information. Next, in the block for determining the motion parameters 26 on each of the spacecraft 2-3, 2-4 for a given point in time t 0 the beginning of the establishment of space communications determine the location of the corresponding spacecraft 2-3 or 2-4 on its trajectory, also determine the location of the spacecraft on the celestial sphere relative to another spacecraft and, accordingly, the direction in space to the corresponding spacecraft 2-3 or 2-4 relative to another spacecraft. This information allows mutual orientation of the optical antennas of the base and onboard parts of the complex. After this operation, they determine the speed V 1 of the onboard part of the complex relative to the base part of the complex. This operation is carried out in the base part of the complex (pos. 2-1, figure 2) in the block for determining motion parameters 26 of the base part of the complex. Block 26 includes an electronic computer (COMPUTER), in which based on information received from block 29 on the parameters of the trajectory of the first and second spacecraft, as well as on time t 0 - the beginning of communication and the current time from the exact time system determine the speed of movement V 1 KA 2-4 relative to KA 2-3 in the direction of the line of mutual sighting of spacecraft, which is a straight line connecting directly the base and onboard parts of the complex. In Fig.2, the line of mutual sighting is presented in the form of a segment O 1 -O 2 . The block of the exact time system is also part of the block 26 for determining motion parameters. Figure 2 in the form of a vector V 1 shows the speed of the onboard part of the complex 2-2 in the coordinate system associated with the base part of the complex, in which the base part of the complex is stationary. Thus, the speed V 1 is the radial velocity of the onboard part of the complex relative to the base part of the complex and determines the presence of a Doppler shift of the carrier optical frequency during laser communication between the base and onboard parts of the complex. Next, in block 26 of the base part of the complex, the Doppler shift of the optical frequency Δf d of laser radiation from the base part of the complex is determined when it is received in the side of the complex according to the following formula:

Figure 00000005
Figure 00000005

где V1 - измеренная ранее скорость движения бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса по направлению линии взаимного визирования, связывающей базовую и бортовую части комплекса; с - скорость света; f0 - оптическая частота лазерного излучения, генерируемого в базовой части комплекса и излучаемого по линии визирования O1-O2, фиг.2 - в направлении бортовой части комплекса. При сближении базовой и бортовой частей комплекса в формуле (1) скорость V1 имеет положительный знак. При удалении бортовой части комплекса V1 имеет отрицательный знак.where V 1 is the previously measured speed of the onboard part of the complex relative to the base part of the complex in the direction of the mutual sight line connecting the base and side parts of the complex; c is the speed of light; f 0 is the optical frequency of the laser radiation generated in the base part of the complex and emitted along the line of sight O 1 -O 2 , figure 2 - in the direction of the side of the complex. When approaching the base and side parts of the complex in the formula (1), the speed V 1 has a positive sign. When removing the side of the complex V 1 has a negative sign.

Таким образом, произведенное измерение доплеровского сдвига оптической частоты по формуле (1) представляет собой такой сдвиг оптической частоты, который будет иметь место при осуществлении лазерной связи между базовой и бортовой частями комплекса, движущимися с относительной радиальной скоростью V1 и при использовании для связи лазерного излучения с оптической частотой f0.Thus, the measurement of the Doppler shift of the optical frequency according to the formula (1) represents such a shift in the optical frequency that will occur when laser communication is performed between the base and onboard parts of the complex moving with a relative radial velocity V 1 and when using laser radiation for communication with an optical frequency of f 0 .

Далее осуществляют генерацию лазерного излучения в базовой части комплекса со сдвигом оптической частоты Δf1 на отрицательную величину полученного выше (ранее) доплеровского сдвига частоты Δf1=-Δfd. В результате оптическая частота fГ1 генерируемого излучения в базовой части комплекса равна:Next, laser radiation is generated in the base part of the complex with an optical frequency shift Δf 1 by a negative value of the above (earlier) Doppler frequency shift Δf 1 = -Δf d . As a result, the optical frequency f G1 of the generated radiation in the base part of the complex is equal to:

Figure 00000006
Figure 00000006

Здесь и далее индекс «единица» означает принадлежность величины частоты (f) к базовой части комплекса, а индекс «два» означает соответственно принадлежность величины частоты или сдвига частоты к бортовой части комплекса.Hereinafter, the “unit” index means that the frequency value (f) belongs to the base part of the complex, and the “two” index means that the frequency or frequency shift belongs to the airborne part of the complex, respectively.

В случае удаления бортовой части комплекса от базовой части доплеровский сдвиг согласно (1) имеет отрицательный знак, а генерируемая оптическая частота fГ1 согласно (2) превышает исходную оптическую частоту f0 лазерного перехода используемого рабочего вещества лазерного генератора на величину модуля доплеровского сдвига частоты |Δfd|:If the onboard part of the complex is removed from the base part, the Doppler shift according to (1) has a negative sign, and the generated optical frequency f Г1 according to (2) exceeds the initial optical frequency f 0 of the laser transition of the used working substance of the laser generator by the magnitude of the Doppler frequency shift modulus | Δf d |:

Figure 00000007
Figure 00000007

Сдвиг оптической частоты в базовой части комплекса осуществляют одновременно с генерацией лазерного излучения с помощью лазерного генератора с перестройкой частоты (ЛГПЧ) поз.21 на фиг.1. Управляющий сигнал в цифровой форме поступает в ЛГПЧ 21 с выхода блока управления 25 базовой части комплекса. В блок управления 25 информация о величине доплеровского сдвига Δfd поступает с выхода блока 26 определения параметров движения. В блоке управления 25 данная информация преобразуется в специальный код управления ЛГПЧ 21 и в заданный момент времени поступает на управляющий вход ЛГПЧ 21.The shift of the optical frequency in the base part of the complex is carried out simultaneously with the generation of laser radiation using a laser generator with frequency tuning (LGPCH) pos.21 in figure 1. The control signal in digital form enters the LGPCH 21 from the output of the control unit 25 of the base part of the complex. In the control unit 25, information about the magnitude of the Doppler shift Δf d is received from the output of the motion parameter determination unit 26. In the control unit 25, this information is converted into a special control code LGPCH 21 and at a given point in time is fed to the control input LGPCH 21.

Таким образом, ЛГПЧ 21 генерирует (формирует) лазерное излучение, оптическая частота fГ1 которого соответствует величине, указанной в формулах (3;2). Сформированное в базовой части комплекса лазерное излучение с выхода ЛГПЧ 21 поступает на оптическую антенну 4, фиг.1 и поз.2-5, фиг.2 и далее излучается в сторону бортовой части комплекса, поз.2-2 на фиг.2.Thus, LGPCH 21 generates (generates) laser radiation, the optical frequency f G1 of which corresponds to the value specified in formulas (3; 2). Formed in the base part of the complex, the laser radiation from the output of the LGPCH 21 is fed to the optical antenna 4, Fig. 1 and pos. 2-5, Fig. 2 and then is emitted to the side of the complex, pos. 2-2 in Fig. 2.

Далее в бортовой части комплекса осуществляют прием этого излучения с помощью оптической приемной антенны, поз.1 на фиг.1 и соответственно поз.2-7 на фиг.2. После приема лазерного излучения оно поступает от оптической приемной антенны 1 на вход АКФПЧ 5, фиг.1, в котором осуществляют квантовое усиление принятого лазерного излучения в пределах полосы приема и квантового усиления АКФПЧ с центральной (средней) частотой fф2 полосы приема АКФПЧ, равной вначале частоте f0 квантового перехода лазерной среды (рабочего вещества) АКФПЧ и лазерного генератора ЛГПЧ 21 в невозмущенном состоянии: fф2=f0. Данная оптическая частота квантового перехода определяет также оптическую частоту f0 эталонного генератора 17 лазерного излучения.Further, in the side part of the complex, this radiation is received using an optical receiving antenna, pos. 1 in Fig. 1 and, accordingly, pos. 2-7 in Fig. 2. Upon receiving the laser radiation it receives from the optical receiving antenna 1 input AKFPCH 5, 1, wherein the amplification is carried quantum received laser radiation within a band reception and quantum amplification AKFPCH the central (middle) band frequency f p2 receiving AKFPCH equal first frequency f 0 of the quantum transition of the laser medium (working medium) and AKFPCH LGPCH laser oscillator 21 in an undisturbed condition: f 0 = f p2. This optical frequency of the quantum transition also determines the optical frequency f 0 of the reference laser generator 17.

Далее в бортовой части комплекса измеряют сдвиг Δν2 оптической частоты принятого и усиленного лазерного излучения относительно эталонной оптической частоты f0 эталонного генератора 17 лазерного излучения. Для этого усиленное принятое лазерное излучение с выхода АКФПЧ 5 через оптический фильтр 6 и полупрозрачные зеркала 13, 16 поступает на вход первого блока измерения оптической частоты 12. Одновременно на второй вход блока 12 поступает лазерное излучение от эталонного генератора 17 лазерного излучения с эталонной оптической частотой f0. Лазерное излучение поступает через полупрозрачные зеркала 19 и 20. Первый блок измерения оптической частоты 12 осуществляет измерение сдвига Δν2 оптической частоты, информация о котором в цифровой форме поступает далее с выхода блока 12 на вход блока управления комплекса 25, в качестве которого использована, например, стандартная ЭВМ (или персональный компьютер). Величина измеренного сдвига Δν2 оптической частоты равнаNext, in the side part of the complex, the shift Δν 2 of the optical frequency of the received and amplified laser radiation relative to the reference optical frequency f 0 of the reference laser radiation generator 17 is measured. To do this, the amplified received laser radiation from the output of the AFPCR 5 through the optical filter 6 and translucent mirrors 13, 16 is fed to the input of the first unit for measuring the optical frequency 12. At the same time, laser radiation from the reference laser generator 17 with the reference optical frequency f is fed to the second input of the unit 12 0 . Laser radiation enters through translucent mirrors 19 and 20. The first optical frequency measurement unit 12 measures the shift of the optical frequency Δν 2 , information about which is digitally transmitted from the output of block 12 to the input of the control unit of complex 25, for which, for example, standard computer (or personal computer). The magnitude of the measured shift Δν 2 optical frequency is

Figure 00000008
Figure 00000008

где fпр2 - оптическая частота принятого лазерного излучения, которая определяется оптической частотой лазерного излучения, сформированного и излученного базовой частью комплекса fГ1 (2) и величиной реального доплеровского сдвига

Figure 00000009
where f CR2 is the optical frequency of the received laser radiation, which is determined by the optical frequency of the laser radiation generated and emitted by the base part of the complex f Г1 (2) and the value of the real Doppler shift
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Здесь VR - реальная величина скорости перемещения бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса. В общем случае измеренная ранее скорость V1 движения бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса может отличаться от реальной скорости VR вследствие наличия ошибок в оценке величины V1 скорости относительного движения бортовой части и базовой частей комплекса по траекторным измерениям, проведенным ранее в базовой части комплекса.Here V R is the real value of the speed of movement of the onboard part of the complex relative to the base part of the complex. In the general case, the previously measured speed V 1 of the onboard part of the complex relative to the base part of the complex may differ from the real speed V R due to errors in estimating the value V 1 of the speed of the relative movement of the side part and the base part of the complex according to trajectory measurements made earlier in the base part of the complex .

Величина fпр2 равнаThe value of f CR2 is equal to

Figure 00000011
Figure 00000011

В результате величина измеренного сдвига Δν2 (4) с учетом (5) и (6) равна:As a result, the measured shift Δν 2 (4), taking into account (5) and (6), is equal to:

Figure 00000012
Figure 00000012

Второе слагаемое в (7) является величиной второго порядка малости и далее будет опущено. Таким образом, величина измеренного сдвига Δν2 оптической частоты характеризует ошибку в определении доплеровского сдвига частоты в базовой части комплекса (1), обусловленную возможной неточностью в первичном определении скорости V1 движения бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса. Измеренную в бортовой части комплекса величину сдвига Δν2 оптической частоты используют далее для компенсации указанной возможной ошибки определения скорости движения V1. Для этого генерацию лазерного излучения в бортовой части комплекса осуществляют со сдвигом оптической частоты Δf2 на отрицательную величину измеренного сдвига оптической частоты Δν2 лазерного излучения, принятого от базовой части комплекса:The second term in (7) is a second-order quantity of smallness and will be omitted below. Thus, the magnitude of the measured shift Δν 2 of the optical frequency characterizes the error in determining the Doppler frequency shift in the base part of the complex (1), due to possible inaccuracy in the initial determination of the speed V 1 of the movement of the side of the complex relative to the base of the complex. The shift value Δν 2 of the optical frequency, measured in the side part of the complex, is further used to compensate for the indicated possible error in determining the speed of movement V 1 . To do this, the generation of laser radiation in the onboard part of the complex is carried out with a shift of the optical frequency Δf 2 by a negative value of the measured shift of the optical frequency Δν 2 of the laser radiation received from the base part of the complex:

Figure 00000013
Figure 00000013

Информация об измеренной величине Δν2 поступает с выхода первого блока измерения оптической частоты 12 в блок управления комплекса 25 и далее в соответствующий момент времени на управляющий вход ЛГПЧ 21. При этом блок управления 25 формирует управляющий сигнал, обеспечивающий сдвиг генерируемой частоты лазерного излучения ЛГПЧ 21 на величину (8). В результате лазерное излучение, генерируемое в бортовой части комплекса в ЛГПЧ, имеет оптическую частоту fГ2, равную:Information about the measured value Δν 2 comes from the output of the first optical frequency measuring unit 12 to the control unit of the complex 25 and then at the corresponding time to the control input of the LGPCH 21. At the same time, the control unit 25 generates a control signal that provides a shift of the generated frequency of the laser radiation of the LGPCH 21 by value (8). As a result, the laser radiation generated in the onboard part of the complex in the LGPH has an optical frequency f Г2 equal to:

Figure 00000014
Figure 00000014

где величины f0, V1, VR соответствуют аналогичным величинам в формуле (7).where the values of f 0 , V 1 , V R correspond to similar values in the formula (7).

Одновременно со сдвигом генерируемой частоты лазерного излучения в бортовой части комплекса в ЛГПЧ 21 осуществляют дополнительную модуляцию генерируемого лазерного излучения величиной измеренного сдвига частоты Δν2. Данную операцию осуществляют с целью передачи информации об измеренной величине Δν2 от бортовой части комплекса в базовую часть комплекса. Данную дополнительную модуляцию осуществляют одновременно и параллельно с модуляцией лазерного излучения в модуляторе лазерного излучения 30 информационным сигналом, поступающим от блока источника информации 28 через блок управления комплекса 25.Simultaneously with the shift of the generated frequency of the laser radiation in the onboard part of the complex in LGPH 21, additional modulation of the generated laser radiation is carried out by the measured frequency shift Δν 2 . This operation is carried out with the aim of transmitting information about the measured value Δν 2 from the onboard part of the complex to the base part of the complex. This additional modulation is carried out simultaneously and in parallel with the modulation of laser radiation in the laser radiation modulator 30 with an information signal coming from the information source unit 28 through the control unit of the complex 25.

Далее последующий прием и квантовое усиление лазерного излучения, принимаемого в бортовой части комплекса посредством приемной оптической антенны 1 (фиг.1), осуществляют со сдвигом центральной частоты fф2 полосы приема в АКФПЧ 5 на величину измеренного сдвига Δν2 оптической частоты принятого лазерного излучения. Для этого осуществляют сдвиг центральной частоты fф2 полосы приема в АКФПЧ 5 на величину измеренного сдвига Δν2 оптической частоты, информация о величине которого поступает с выхода блока управления комплекса 25 на управляющий вход АКФПЧ 5.Next, the subsequent reception and quantum amplification of the laser radiation received in the onboard part of the complex by means of a receiving optical antenna 1 (Fig. 1) is carried out with a shift of the center frequency f 2 2 of the reception band in the AFPC 5 by the measured shift Δν 2 of the optical frequency of the received laser radiation. To carry out this shifting the center frequency f p2 band reception AKFPCH 5 measured by the amount of shift Δν two optical frequencies, information about the value which is output from the control unit 25 set the control input AKFPCH 5.

Таким образом, в результате указанных последних трех операций в бортовой части комплекса осуществлен сдвиг генерируемой частоты лазерного излучения на величину - Δν2, сдвиг центральной частоты полосы приема и квантового усиления лазерного излучения на величину Δν2, а также осуществлена передача информации об измеренной величине Δν2 обратно от бортовой в базовую часть комплекса. Этими операциями обеспечивают компенсацию возможной ошибки первичного определения (оценки) скорости V1 движения бортовой части относительно базовой части комплекса.Thus, as a result of the last three operations in the onboard part of the complex, the generated frequency of the laser radiation is shifted by Δν 2 , the center frequency of the reception band and the quantum amplification of laser radiation is shifted by Δν 2 , and information on the measured value of Δν 2 is transmitted back from the airborne to the base of the complex. These operations provide compensation for a possible error of the primary determination (estimation) of the speed V 1 of the movement of the side part relative to the base part of the complex.

Далее в базовой части комплекса осуществляют прием лазерного излучения от бортовой части комплекса с осуществленным ранее сдвигом генерируемой оптической частоты и модуляцией этого лазерного излучения величиной сдвига Δν2. Прием лазерного излучения в базовой части осуществляют с помощью приемной оптической антенны 1 в базовой части комплекса (поз.2-6 на фиг.2), излучение от которой поступает далее на оптический вход АКФПЧ 5, фиг.1. Далее осуществляют квантовое усиление этого лазерного излучения в АКФПЧ 5 со сдвигом центральной частоты fф1 полосы приема в АКФПЧ 5 в базовой части комплекса на величину ранее измеренного доплеровского сдвига частоты Δfd (1):Further, in the base part of the complex, laser radiation is received from the onboard part of the complex with a previously realized shift of the generated optical frequency and modulation of this laser radiation with a shift value of Δν 2 . Laser reception in the base part is carried out using the receiving optical antenna 1 in the base part of the complex (pos. 2-6 in FIG. 2), the radiation from which goes further to the optical input of the AFPCh 5, FIG. 1. Next, quantum amplification of this laser radiation is carried out in AFCF 5 with a shift of the center frequency f f1 of the reception band in AFCF 5 in the base part of the complex by the value of the previously measured Doppler frequency shift Δf d (1):

Figure 00000015
Figure 00000015

Для осуществления этого квантового усиления лазерного излучения с указанными параметрами полосы приема информация об измеренной величине доплеровского сдвига Δfd поступает с выхода блока управления комплекса 25 на управляющий вход АКФПЧ 5, где под действием этого управляющего сигнала осуществляют сдвиг центральной частоты fф1 полосы приема на величину ранее измеренного в базовой части комплекса доплеровского сдвига Δfd (1). Этим обеспечивается компенсация доплеровского сдвига лазерного излучения, принимаемого в базовой части комплекса и излученного в бортовой части комплекса в соответствии с доплеровским сдвигом Δfd (1), величина которого (оценка) получена ранее в результате первичного определения скорости движения V1 бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса.To implement this quantum amplification of laser radiation with the indicated parameters of the reception band, information about the measured value of the Doppler shift Δf d is supplied from the output of the control unit of complex 25 to the control input of the AFPC 5, where, under the action of this control signal, the center frequency f f1 of the reception band is shifted by a value earlier measured in the base part of the complex of the Doppler shift Δf d (1). This provides compensation for the Doppler shift of laser radiation received in the base of the complex and emitted in the side of the complex in accordance with the Doppler shift Δf d (1), the value of which (estimate) was obtained earlier as a result of the initial determination of the speed of movement V 1 of the side of the complex relative to the base parts of the complex.

Далее в базовой части комплекса измеряют сдвиг Δν1 оптической частоты принятого и усиленного в АКФПЧ 5 лазерного излучения относительно эталонной оптической частоты f0 эталонного генератора лазерного излучения 17. Данное измерение величины Δν1 осуществляют с помощью первого блока измерения оптической частоты 12, на оптические входы которого поступает принятое и усиленное лазерное излучение с выхода АКФПЧ 5 через полупрозрачное зеркало 13 и отражательное зеркало 16, а также поступает лазерное излучение с эталонной оптической частотой f0 с выхода эталонного генератора лазерного излучения 17. Информация об измеренной величине Δν сдвига оптической частоты поступает с выхода первого блока измерения оптической частоты 12 на вход блока управления комплекса 25. Измеренная величина Δν1 сдвига оптической частоты лазерного излучения, принятого в базовой части комплекса и излученного в бортовой части комплекса, равна аналогично (4-7):Next, in the base part of the complex, the shift Δν 1 of the optical frequency of the laser radiation received and amplified by the AFCF 5 is measured relative to the reference optical frequency f 0 of the reference laser radiation generator 17. This measurement of Δν 1 is carried out using the first optical frequency measurement unit 12, to the optical inputs of which receives the received and amplified laser radiation from the output AKFPCH 5 through the half mirror 13 and the reflecting mirror 16, and enters the laser light with the reference optical frequency f 0 with Exit reference laser generator 17. Information about the measured value of the optical frequency shift Δν is output from the first optical frequency measurement unit 12 is input to the control unit 25. The measured complex value Δν 1 shift the optical frequency of the laser radiation received at the base portion of the complex and radiated in the side part of the complex is equal to (4-7):

Figure 00000016
Figure 00000016

где

Figure 00000017
Where
Figure 00000017

fпр1 - оптическая частота лазерного излучения, принятого в базовой части комплекса. f CR1 is the optical frequency of the laser radiation received in the base part of the complex.

ЗдесьHere

Figure 00000018
Figure 00000018

- доплеровский сдвиг лазерного излучения, соответствующий реальной скорости VR бортовой части относительно базовой части комплекса.- Doppler shift of laser radiation corresponding to the real speed V R of the side part relative to the base part of the complex.

После измерения сдвига Δν1 в базовой части комплекса осуществляют демодуляцию лазерного излучения от бортовой части комплекса, в результате чего получают информацию о величине сдвига Δν2 оптической частоты лазерного излучения, которая ранее была измерена в бортовой части комплекса и в соответствии с которой была осуществлена дополнительная модуляция генерируемого в бортовой части комплекса лазерного излучения. Демодуляцию принятого лазерного излучения осуществляют с помощью первого фотоприемного блока 9, фиг.1 или блока многоканальной лазерной связи 11. Информация о величине сдвига Δν2 в цифровой форме поступает с выхода ФПБ 9 в блок управления комплекса 25, в который с выхода первого блока измерения оптической частоты 12 поступает также информация об измеренной величине сдвига Δν1 оптической частоты (11). Таким образом, в блок управления комплекса 25 в базовой части комплекса поступает информация о величинах сдвигов оптической частоты лазерного излучения, принятого и измеренного в бортовой части комплекса - сдвиг Δν2 (7), и сдвиг Δν1 (11), измеренный в базовой части комплекса.After measuring the shift Δν 1 in the base part of the complex, the laser radiation is demodulated from the side of the complex, as a result of which information is obtained on the amount of shift Δν 2 of the optical frequency of the laser radiation, which was previously measured in the side of the complex and in accordance with which additional modulation was performed generated in the side of the complex laser radiation. The received laser radiation is demodulated using the first photodetector unit 9, Fig. 1 or a multi-channel laser communication unit 11. Information about the shift Δν 2 in digital form comes from the output of the FPB 9 to the control unit of the complex 25, into which the output of the first optical measurement unit frequency 12 also receives information about the measured shift Δν 1 optical frequency (11). Thus, the control unit of complex 25 in the base part of the complex receives information about the values of the shifts of the optical frequency of the laser radiation received and measured in the side of the complex — shift Δν 2 (7) and shift Δν 1 (11), measured in the base part of the complex .

Далее на основании полученных величин сдвигов оптической частоты Δν1, Δν2 определяют параметры режима лазерной космической связи в соответствии со следующими соотношениями:Further, on the basis of the obtained values of the optical frequency shifts Δν 1 , Δν 2 , the parameters of the laser cosmic communication mode are determined in accordance with the following relationships:

Figure 00000019
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000020

где Δfd - измеренный ранее в базовой части комплекса доплеровский сдвиг оптической частоты (1).where Δf d is the Doppler shift of the optical frequency measured earlier in the base part of the complex (1).

По полученным величинам параметров режима лазерной связи ε1 и ε2 судят о качестве установленной лазерной космической связи, а именно:According to the obtained values of the parameters of the laser communication mode ε 1 and ε 2 judge the quality of the established laser space communications, namely:

при выполнении условийsubject to the conditions

Figure 00000021
Figure 00000021

Figure 00000022
Figure 00000022

принимают решение об установлении штатного режима лазерной связи между базовой и бортовой частями комплекса с удовлетворительным уровнем качества связи.decide on the establishment of a regular laser communication mode between the base and onboard parts of the complex with a satisfactory level of communication quality.

После принятия данного решения осуществляют двустороннюю передачу информации между базовой и бортовой частями комплекса путем осуществления модуляции генерируемого лазерного излучения в ЛГПЧ 21 как в базовой части, так и в бортовой части комплекса информационными сигналами, поступающими в ЛГПЧ 21 от источника информации 28 через блок 25 управления комплекса. При этом в базовой и бортовой частях комплекса используют установленные в процессе вхождения в режим космической связи сдвиги оптических частот генерируемых лазерных излучений в ЛГПЧ 21 и сдвиги центральных частот полосы приема в АКФПЧ 5.After this decision is made, two-way transmission of information between the base and onboard parts of the complex is carried out by modulating the generated laser radiation in the LGPCH 21 both in the base part and on the side of the complex with information signals entering the LGPCH 21 from the information source 28 through the complex control unit 25 . At the same time, in the base and onboard parts of the complex, shifts of the optical frequencies of the generated laser radiation in LGPCH 21 and shifts of the central frequencies of the reception band in the AFCHR 5 established during the entry into the space communication mode are used.

При невыполнении хотя бы одного из условий (16), (17) осуществляют второй цикл установления лазерной космической связи между базовой и бортовой частями комплекса в соответствии с данным изложенным способом, при этом в качестве величины доплеровского сдвига оптической частоты Δfd используют (принимают) сумму измеренных величин сдвигов оптической частотыIf at least one of the conditions (16), (17) is not fulfilled, a second cycle of establishing a laser space communication between the base and onboard parts of the complex is carried out in accordance with the above stated method, and the amount ( use) of the amount ( D ) of the optical frequency shift Δf d is used (accepted) measured optical frequency shifts

Figure 00000023
Figure 00000023

Далее после проверки выполнения условий (16), (17) на втором цикле установления лазерной космической связи при выполнении соотношений (16), (17) завершают процесс установления лазерной связи согласно данному способу и осуществляют непрерывную двустороннюю передачу информации между базовой и бортовой частями комплекса.Then, after checking the fulfillment of conditions (16), (17) on the second cycle of establishing laser-space communication, when relations (16), (17) are fulfilled, the process of establishing laser communication according to this method is completed and two-way information is continuously transmitted between the base and onboard parts of the complex.

В результате произведенных операций в базовой и бортовой частях комплекса реализован оптимальный режим настройки и функционирования передающих и приемных элементов комплекса. Данный режим характеризуется точной компенсацией доплеровского сдвига, в результате чего частота оптической несущей лазерного излучения, принимаемого в бортовой и базовой частях комплекса, точно соответствует и равна центральной частоте полосы приема и квантового усиления АКФПЧ 5, соответственно в бортовой и базовой частях комплекса. При этом реализуется режим предельной квантовой чувствительности в АКФПЧ 5 и максимально возможная ширина полосы квантового усиления в АКФПЧ, достигающая, например, в АКФПЧ на основе фотодиссоционного йодного лазера величины ΔfИ=300 МГц. При этом объем передаваемой информации составляет порядка 300 Мбит·с-1.As a result of the operations performed in the base and onboard parts of the complex, the optimal mode of tuning and functioning of the transmitting and receiving elements of the complex is implemented. This mode is characterized by accurate compensation of the Doppler shift, as a result of which the frequency of the optical carrier of the laser radiation received in the airborne and base parts of the complex exactly corresponds to and is equal to the center frequency of the reception and quantum gain frequency AFPC 5, respectively, in the airborne and base parts of the complex. In this case, the regime of the limiting quantum sensitivity is realized in AFCF 5 and the maximum possible quantum gain bandwidth in AFCF, reaching, for example, in the AFCF based on a photodissociation iodine laser, Δf И = 300 MHz. Moreover, the amount of information transmitted is about 300 Mbit · s -1 .

Компенсация доплеровского сдвига обеспечена за счет следующих базовых операций: определения радиальной скорости V1 бортовой части относительно базовой части комплекса; определения доплеровского сдвига Δfd частоты лазерного излучения; упреждающего сдвига Δf1 частоты излучаемого лазерного излучения в базовой части комплекса; определения сдвига Δν2 частоты принимаемого лазерного излучения, а также установления упреждающего сдвига Δf2 частоты излучаемого лазерного излучения в бортовой части комплекса, измерения сдвига Δν1 принимаемого обратно лазерного излучения в базовой части комплекса. При этом независимо от точности предварительного измерения радиальной скорости V1, то есть независимо от величиныCompensation for the Doppler shift is ensured by the following basic operations: determining the radial velocity V 1 of the side part relative to the base part of the complex; determining the Doppler shift Δf d of the laser frequency; the forward shift Δf 1 of the frequency of the emitted laser radiation in the base part of the complex; determining the shift Δν 2 of the frequency of the received laser radiation, as well as establishing a preemptive shift Δf 2 of the frequency of the emitted laser radiation in the onboard part of the complex, measuring the shift Δν 1 of the received laser radiation in the base of the complex. Moreover, regardless of the accuracy of the preliminary measurement of the radial velocity V 1 , that is, regardless of the magnitude

Figure 00000024
Figure 00000024

при точном определении величины сдвига Δν2 (7) в бортовой части комплекса и осуществлении компенсации этой величины путем установления соответствующего сдвига оптической частоты генерируемого лазерного излучения в бортовой части комплекса на величину Δf2=-Δν2 (8) реализуется оптимальный режим приема лазерного излучения в базовой и бортовой частях комплекса с предустановленной дополнительной компенсацией доплеровского сдвига частоты между бортовой и базовой частями комплекса на величину Δf2=-Δν2. Действительно, согласно соотношению (7) измеренная величина сдвига оптической частоты Δν2 в бортовой части комплекса равна разности доплеровских сдвигов:when the shift value Δν 2 (7) in the onboard part of the complex is accurately determined and compensation is made by setting the corresponding shift of the optical frequency of the generated laser radiation in the onboard part of the complex by Δf 2 = -Δν 2 (8), the optimal laser reception mode is realized in the base and onboard parts of the complex with pre-installed additional compensation for the Doppler frequency shift between the onboard and base parts of the complex by Δf 2 = -Δν 2 . Indeed, according to relation (7), the measured shift of the optical frequency Δν 2 in the onboard part of the complex is equal to the difference of the Doppler shifts:

Figure 00000025
Figure 00000025

то есть разности между реальным доплеровским сдвигом ΔfR1, и измеренным доплеровским сдвигом Δfd, полученным в результате измерения (оценки) радиальной скорости V1. Поэтому осуществление сдвига частоты лазерного излучения, генерируемого в бортовой части комплекса, на величину Δf2=-Δν2 обеспечивает точную компенсацию доплеровского сдвига при приеме лазерного излучения от бортовой части в базовой части комплекса вследствие того, что в базовой части комплекса после определения доплеровского сдвига Δfd на основе измеренной радиальной скорости V1 осуществлен сдвиг центральной частоты fф1 полосы приема и квантового усиления излучения в АКФПЧ 5 базовой части комплекса как раз на величину измеренного доплеровского сдвига Δfd (1), причем эта операция осуществлена до приема лазерного излучения от бортовой части. В результате центральная частота that is, the difference between the real Doppler shift Δf R1 , and the measured Doppler shift Δf d obtained by measuring (estimating) the radial velocity V 1 . Therefore, the implementation of the frequency shift of the laser radiation generated in the side part of the complex by Δf 2 = -Δν 2 provides accurate compensation for the Doppler shift when receiving laser radiation from the side part in the base part of the complex due to the fact that in the base part of the complex after determining the Doppler shift Δf d based on the measured radial velocity V 1 implemented shift the center frequency f Q-1 and the reception band emission in quantum amplification AKFPCH 5 complex base portion just by the amount measured before lerovskogo shift Δf d (1), and this operation is effected prior to receiving laser radiation from the bead portion. Resulting center frequency

fф1 полосы приема в АКФПЧ 5 в базовой части комплекса оказывается точно равной оптической частоте fпр1 (12) принятого лазерного излучения в базовой части комплекса от бортовой части комплекса с учетом наличия реального доплеровского сдвига, обусловленного реальной радиальной скоростью VR, и установленного сдвига частоты Δf2=-Δv2 лазерного излучения, генерируемого и излучаемого в бортовой части комплекса.f f1 of the reception band in the AFPCh 5 in the base of the complex is exactly equal to the optical frequency f pr1 (12) of the received laser radiation in the base of the complex from the side of the complex, taking into account the presence of real Doppler shift due to the real radial speed V R and the established frequency shift Δf 2 = -Δv 2 of laser radiation generated and emitted in the side of the complex.

Аналогично в бортовой части комплекса установление сдвига центральной частоты fф2 полосы приема АКФПЧ на измеренную величину Δν2 (7) обеспечивает точное равенство (совпадение) этой центральной частоты полосы приема fф2 с оптической частотой fпр2 (6) принятого лазерного излучения в бортовой части комплекса от базовой части комплекса с учетом реального доплеровского сдвига ΔfR и установленного сдвига Δf1 оптической частоты fГ1 лазерного излучения, генерируемого и излучаемого в базовой части комплекса, Δf1=-Δfd.Similarly, in the bead portion of the complex to establish shear center frequency f p2 reception band AKFPCH the measured value Δν 2 (7) provides exact equality (coincidence) of the center frequency f p2 reception band with an optical frequency f np2 (6) of the received laser radiation in the bead portion of the complex from the base of the complex, taking into account the real Doppler shift Δf R and the set shift Δf 1 of the optical frequency f G1 of the laser radiation generated and emitted in the base of the complex, Δf 1 = -Δf d .

Действительно, оптическая частота fпр2 принимаемого в бортовой части комплекса лазерного излучения равна согласно (6):Indeed, the optical frequency f pr2 received in the onboard part of the laser radiation complex is equal according to (6):

Figure 00000026
Figure 00000026

Одновременно центральная частота полосы приема излучения в АКФПЧ 5 в бортовой части комплекса с учетом установленного сдвига центральной частоты полосы приема на величину Δv2 равна:At the same time, the center frequency of the radiation reception band in the AFPCh 5 in the onboard part of the complex, taking into account the established shift of the center frequency of the reception band by Δv 2, is equal to:

Figure 00000027
Figure 00000027

Следует отметить, что данная величина центральной частоты полосы приема в АКФПЧ 5 в бортовой части комплекса установлена после приема лазерного излучения от базовой части и измерения сдвига Δν2 оптической частоты этого излучения относительно эталонной оптической частоты f0 эталонного генератора 17 лазерного излучения. Первоначальный прием лазерного излучения в бортовой части комплекса осуществляют, как было отмечено выше, с установленной в АКФПЧ 5 величиной центральной частоты fц2 полосы приема, равной эталонной оптической частоте f0 эталонного генератора 17 лазерного излучения и соответственно равной оптической частоте f0 рабочего перехода активного вещества в ЛГПЧ и АКФПЧ:It should be noted that this value of the center frequency of the reception band in the AFPCh 5 in the onboard part of the complex was established after receiving laser radiation from the base part and measuring a shift Δν 2 of the optical frequency of this radiation relative to the reference optical frequency f 0 of the reference laser generator 17. The initial reception of laser radiation in the onboard part of the complex is carried out, as noted above, with the central frequency f c2 of the reception bandwidth set in the AFCF 5 equal to the reference optical frequency f 0 of the reference laser generator 17 and correspondingly equal to the optical frequency f 0 of the active substance working transition in the LGPH and AKHPH:

Figure 00000028
Figure 00000028

При этом оптическая частота fпр2 принимаемого лазерного излучения в бортовой части комплекса (6) должна попадать в полосу приема и квантового усиления АКФПЧ 5 при величине центральной частоты fц2 в АКФПЧ 5, равной f0. Отсюда следует следующее требование к точности определения доплеровского сдвига Δfd, полученного на основании измерения радиальной скорости V1 (1):The optical frequency f np2 received laser radiation in the bead portion of the complex (6) should fall within the reception band and quantum amplification AKFPCH 5 when the value of the center frequency f n2 AKFPCH in 5 equal to f 0. This implies the following requirement for the accuracy of determination of the Doppler shift Δf d obtained on the basis of the measurement of the radial velocity V 1 (1):

Figure 00000029
Figure 00000029

Figure 00000030
Figure 00000030

где П - ширина полосы приема и квантового усиления лазерного излучения в АКФПЧ 5, которая является некоторым техническим параметром АКФПЧ, определяемом свойствами его рабочего активного вещества, режимом накачки и в стандартном режиме работы АКФПЧ равна, как было отмечено выше, П=300 МГц. Соответственно условие (24) является также требованием к точности определения радиальной скорости движения V1 относительно реальной величины радиальной скорости VR.where P is the width of the reception band and the quantum gain of laser radiation in the AFCF 5, which is some technical parameter of the AFCF determined by the properties of its working active substance, the pump mode, and in the standard AFCF operation mode, is equal to, as noted above, P = 300 MHz. Accordingly, condition (24) is also a requirement for the accuracy of determining the radial speed of movement V 1 relative to the real value of the radial speed V R.

Если условие (24) не выполняется, то есть точность определения радиальной скорости V1 и доплеровского сдвига Δfd недостаточна для попадания оптической частоты fпр2 принимаемого лазерного излучения в полосу П приема и квантового усиления в АКФПЧ 5, то в бортовой части комплекса операция по приему лазерного излучения и измерения его сдвига Δν2 относительно эталонной частоты f0 не может быть выполнена. В этом случае в бортовой части комплекса поступают следующим образом и выполняют следующие операции.If condition (24) is not satisfied, that is, the accuracy of determining the radial velocity V 1 and the Doppler shift Δf d is not sufficient for the optical frequency f pr2 of the received laser radiation to fall into the reception band P and quantum gain in the AFPC 5, then the reception operation in the side part of the complex laser radiation and measuring its shift Δν 2 relative to the reference frequency f 0 cannot be performed. In this case, in the onboard part of the complex proceed as follows and perform the following operations.

При отсутствии сигнала на выходе первого блока измерения оптической частоты 12 по управляющим сигналам от блока управления комплекса 25 АКФПЧ 5 переводят в режим сканирования центральной частоты fц полосы приема лазерного излучения. Режим сканирования характеризуется тем, что осуществляют изменение во времени центральной частоты полосы приема fц в АКФПЧ 5, например, по линейному закону, то есть пропорционально времени t, до момента времени t2 появления сигнала на выходе первого блока измерения оптической частоты 12. Далее в момент времени t2 останавливают процесс изменения центральной частоты полосы приема в АКФПЧ на достигнутом значении fц, измеряют величину сдвига Δν2 оптической частоты принятого лазерного излучения и далее осуществляют весь цикл операций установления лазерной связи в бортовой и базовой частях комплекса, приведенный выше после операции измерения сдвига оптической частоты Δν2 в бортовой части комплекса.In the absence of a signal at the output of the first optical frequency measuring unit 12, the control signals from the control unit of complex 25 of the AFPCR 5 are transferred to the scanning mode of the center frequency f c of the laser reception band. The scanning mode is characterized by the fact that the central frequency of the reception bandwidth f c is changed over time in the AFPCR 5, for example, according to a linear law, that is, proportional to the time t, until the time t 2 of the appearance of the signal at the output of the first optical frequency measurement unit 12. Next, at time t 2 is stopped by the process of changing the center frequency of receiving band in AKFPCH been achieved value f n is measured shift amount Δν 2 optical frequency of the received laser light and then perform the entire cycle of operations SET eniya laser communications in the vehicle and the base portions of the complex, after the above measurement operation of the optical frequency shift Δν 2 in the bead portion of the complex.

Таким образом, прием и квантовое усиление лазерного излучения в АКФПЧ 5 в бортовой части комплекса осуществляют в двух вариантах. В первом варианте прием осуществляют в АКФПЧ 5 с установленной центральной частотой полосы приема в АКФПЧ до момента попадания оптической частоты принимаемого лазерного излучения в полосу приема П АКФПЧ. Критерием выбора первого или второго вариантов приема в АКФПЧ является наличие сигнала на выходе первого блока измерения оптической частоты 12 (первый вариант приема лазерного излучения) или отсутствие такового сигнала (второй вариант приема).Thus, the reception and quantum amplification of laser radiation in the AFFC 5 in the onboard part of the complex is carried out in two versions. In the first embodiment, the reception is carried out in AFCCH 5 with the center frequency of the reception bandwidth set in the AFCCH until the optical frequency of the received laser radiation falls into the reception band P of the AFCCH. The selection criterion for the first or second reception options in the AFCHR is the presence of a signal at the output of the first optical frequency measuring unit 12 (the first option for receiving laser radiation) or the absence of such a signal (second reception option).

Следует отметить, что прием лазерного излучения в базовой части комплекса с помощью АКФПЧ 5 осуществляют в единственном варианте с установленным сдвигом центральной частоты fф1 полосы приема в АКФПЧ 5, равным величине измеренного доплеровского сдвига Δf1=Δfd (1). При этом вследствие установленного сдвига Δf2=-Δv2 частоты лазерного излучения, генерируемого в бортовой части комплекса, оптическая частота fпр1 лазерного излучения, принимаемого в бортовой части комплекса, будет равна соответствующей установленной величине центральной частоты полосы приема в АКФПЧ 5:It should be noted that the reception of laser radiation in the base part of the complex using AFCF 5 is carried out in a single embodiment with a set center frequency shift f f1 of the reception band in AFCF 5 equal to the measured Doppler shift Δf 1 = Δf d (1). In this case, due to the established shift Δf 2 = -Δv 2 of the frequency of the laser radiation generated in the onboard part of the complex, the optical frequency f pr1 of the laser radiation received in the onboard part of the complex will be equal to the corresponding set value of the central frequency of the reception band in the AFPC 5:

Figure 00000031
Figure 00000031

Figure 00000032
Figure 00000032

Измеренный в базовой части комплекса сдвиг оптической частоты Δν1 (11) является контрольным параметром и позволяет в базовой части комплекса судить о точности выполнения двух основных операций в бортовой части комплекса: операции измерения сдвига оптической частоты Δν2 и операции сдвига оптической частоты генерируемого лазерного излучения в бортовой части комплекса на величину - Δν2. При точном выполнении в бортовой части комплекса двух указанных операций величина измеренного сдвига Δν1 оптической частоты fпр1 принимаемого лазерного излучения в точности равна величине измеренного в базовой части комплекса доплеровского сдвига Δfd (1). Согласно (11)The optical frequency shift Δν 1 (11) measured in the base part of the complex is a control parameter and allows us to judge the accuracy of two basic operations in the onboard part of the complex in the base part of the complex: the operation of measuring the shift of the optical frequency Δν 2 and the shift of the optical frequency of the generated laser radiation in the onboard part of the complex by a value of Δν 2 . When the above two operations are accurately performed on the side of the complex, the measured shift Δν 1 of the optical frequency f pr1 of the received laser radiation is exactly equal to the value measured at the base of the Doppler shift complex Δf d (1). According to (11)

Figure 00000033
.
Figure 00000033
.

Соответственно первый параметр режима лазерной связи ε1 (14) характеризует количественный уровень точности выполнения операций в бортовой части комплекса на основании вычисления разности между измеренной величиной сдвига Δν1 и ранее полученным значением величины доплеровского сдвига Δfd (1) по отношению к абсолютному значению величины этого доплеровского сдвига.Accordingly, the first parameter of the laser communication mode ε 1 (14) characterizes the quantitative level of accuracy of operations in the onboard part of the complex on the basis of calculating the difference between the measured shear value Δν 1 and the previously obtained value of the magnitude of the Doppler shift Δf d (1) with respect to the absolute value of this Doppler shift.

Соответственно сумма сдвигов оптической частоты Δν1, Δν2, измеренных в базовой и бортовой частях комплекса при точном измерении и точном введении сдвига частоты Δf2 генерируемого лазерного излучения в бортовой части комплекса, равна величине реального доплеровского сдвигаAccordingly, the sum of the shifts of the optical frequency Δν 1 , Δν 2 measured in the base and side parts of the complex with accurate measurement and the exact introduction of the frequency shift Δf 2 of the generated laser radiation in the side of the complex is equal to the real Doppler shift

Figure 00000034
Figure 00000034

Величина сдвига Δν2 (7) характеризует разность между реальным значением доплеровского сдвига

Figure 00000035
и измеренной в базовой части величиной доплеровского сдвига Δfd (1) на основании измерения (оценки) радиальной скорости V1. Поэтому величина второго параметра ε2 (15) режима лазерной связи характеризует точность первичного определения доплеровского сдвига Δfd по отношению к реальной величине доплеровского сдвига
Figure 00000036
, так как измеренная величина сдвига Δν2 (7) характеризует собственно разность величин реального и измеренного Δfd доплеровских сдвигов. Соответственно отсюда при выполнении (16), (17) принимается решение о достижении заданного качества установления штатного режима лазерной связи между базовой и бортовой частями комплекса. При невыполнении условий (16), (17) принимается решение о проведении второго дополнительного цикла установления лазерной космической связи, при этом в качестве действующей величины доплеровского сдвига оптической частоты Δfd=Δfd2 на втором данном цикле используют сумму измеренных сдвигов оптической частоты Δfd2 (18), которая является в этом случае более точной оценкой величины реального доплеровского сдвига. Таким образом, согласно предложенному способу за один цикл выполнения операций по установлению связи в базовой и бортовой частях комплекса осуществляют точную компенсацию доплеровского сдвига оптической частоты лазерного излучения, а также осуществляют определение точности выполнения этой компенсации, что позволяет при необходимости осуществить второй дополнительный цикл установления лазерной космической связи для реализации более точной компенсации доплеровского сдвига оптической частоты используемых в базовой и бортовой частях комплекса лазерных излучений.The shift Δν 2 (7) characterizes the difference between the real value of the Doppler shift
Figure 00000035
and the value of the Doppler shift Δf d (1) measured in the base part based on the measurement (estimation) of the radial velocity V 1 . Therefore, the value of the second parameter ε 2 (15) of the laser communication mode characterizes the accuracy of the initial determination of the Doppler shift Δf d with respect to the real value of the Doppler shift
Figure 00000036
, since the measured shift Δν 2 (7) characterizes the actual difference between the real and measured Δf d Doppler shifts. Accordingly, when fulfilling (16), (17), a decision is made to achieve the specified quality of establishing a regular laser communication regime between the base and onboard parts of the complex. If conditions (16), (17) are not fulfilled, a decision is made to conduct a second additional cycle of establishing laser space communications, while the sum of the measured shifts of the optical frequency Δf d2 is used as the effective value of the Doppler shift of the optical frequency Δf d = Δf d2 18), which in this case is a more accurate estimate of the magnitude of the real Doppler shift. Thus, according to the proposed method, for one cycle of operations to establish communication in the base and onboard parts of the complex, exact Doppler shift of the optical frequency of laser radiation is carried out, and the accuracy of this compensation is determined, which allows, if necessary, a second additional cycle of establishing laser space communication to implement more accurate compensation for the Doppler shift of the optical frequency used in the base and onboard parts x complex laser radiation.

Далее в базовой и бортовой частях комплекса одновременно с двусторонней передачей информации на оптической частоте осуществляют непрерывное слежение за реальной величиной доплеровского сдвига ΔfR в соответствии с операциями изложенного способа, а также осуществляют непрерывную компенсацию доплеровского сдвига, что обеспечивает поддержку высококачественного режима лазерной космической связи, например, при движении бортовой или базовой частей комплекса по космической траектории (орбите вокруг планеты или Солнца), при котором происходит изменение во времени величины радиальной скорости VR.Further, in the base and onboard parts of the complex, simultaneously with the two-way transmission of information at the optical frequency, they continuously monitor the real value of the Doppler shift Δf R in accordance with the operations of the above method, and also continuously compensate for the Doppler shift, which provides support for a high-quality laser-space communication mode, for example when moving the airborne or base parts of the complex along a space trajectory (orbit around a planet or the Sun), in which dit the time variation value of radial velocity V R.

Рассмотрим ряд модификаций предложенного способа лазерной космической связи, направленных на упрощение и уменьшение состава аппаратуры, размещенной в бортовой части комплекса.Consider a number of modifications of the proposed method of laser space communications, aimed at simplifying and reducing the composition of the equipment located in the side of the complex.

Первый вариант модификации предложенного способа лазерной космической связи заключается в том, что в бортовой части комплекса используют лазерный генератор (ЛГ), а также активный квантовый фильтр (АКФ) без перестройки частоты. В этом случае уменьшается состав аппаратуры, а также уменьшается состав операций, выполняемых в бортовой части комплекса.The first version of the modification of the proposed method of laser space communication is that in the onboard part of the complex using a laser generator (LG), as well as an active quantum filter (ACF) without frequency tuning. In this case, the composition of the equipment decreases, and the composition of operations performed in the onboard part of the complex also decreases.

Последовательность операций первого модифицированного способа лазерной космической связи имеет следующий вид. В бортовой и базовой частях комплекса осуществляют взаимную ориентацию приемных и передающих антенн аналогично изложенному выше основному варианту лазерной космической связи. Далее в бортовой части комплекса осуществляют генерацию лазерного излучения с оптической частотой f0, соответствующей частоте рабочего перехода активного вещества, используемого в ЛГПЧ и АКФПЧ в базовой части комплекса. Сформированное в бортовой части лазерное излучение направляют посредством передающей оптической антенны в сторону базовой части комплекса. Одновременно прием лазерного излучения от базовой части комплекса в бортовой части комплекса осуществляют с помощью АКФ без перестройки частоты с центральной частотой fц полосы приема АКФ, равной оптической частоте f0 рабочего перехода активного вещества в ЛГ:The sequence of operations of the first modified method of laser space communications has the following form. In the airborne and base parts of the complex, the receiving and transmitting antennas are mutually orientated similarly to the basic version of laser space communication described above. Next, in the onboard part of the complex, laser radiation is generated with an optical frequency f 0 corresponding to the frequency of the working transition of the active substance used in LGPCH and AHFPC in the base part of the complex. The laser radiation formed in the airborne part is directed by means of a transmitting optical antenna towards the base part of the complex. Simultaneously, the reception of laser radiation from the base of the complex in the onboard part of the complex is carried out using ACF without tuning the frequency with a center frequency f c of the ACF reception band equal to the optical frequency f 0 of the working transition of the active substance in LG:

Figure 00000037
Figure 00000037

В базовой части комплекса осуществляют определение радиальной скорости V1, а также определяют на ее основе доплеровский сдвиг Δfd (1) аналогично основному варианту способа лазерной космической связи, изложенному выше.In the base part of the complex, the radial velocity V 1 is determined, and the Doppler shift Δf d (1) is also determined on its basis similarly to the main version of the laser-space communication method described above.

Далее в базовой части комплекса осуществляют прием излучения от бортовой части комплекса с помощью АКФПЧ 5, при этом осуществляют сдвиг центральной частоты fф1 полосы приема в АКФПЧ 5 на величину измеренного доплеровского сдвига Δfd, при котором центральная частота полосы приема в АКФПЧ 5 равнаThen, in the base part of the complex, radiation is received from the onboard part of the complex using AFCF 5, while the center frequency f f1 of the receive band in AFCF 5 is shifted by the measured Doppler shift Δf d at which the center frequency of the receive band in AFCF 5 is

Figure 00000038
Figure 00000038

Далее в базовой части комплекса осуществляют измерение сдвига Δν1 частоты принятого и усиленного лазерного излучения с выхода АКФПЧ 5. Так как в бортовой части сформировано и направлено в сторону базовой части комплекса лазерное излучение с оптической частотой f0, полученный сдвиг частоты Δν1 представляет собой точную оценку реального доплеровского сдвига частоты ΔfR=Δν1 между базовой и бортовой частями комплекса.Next, in the base part of the complex, the frequency shift Δν 1 of the received and amplified laser radiation is measured from the output of the AHFCH 5. Since the laser radiation with the optical frequency f 0 is generated and directed towards the base part of the complex, the obtained frequency shift Δν 1 is accurate estimation of the real Doppler frequency shift Δf R = Δν 1 between the base and onboard parts of the complex.

Далее в базовой части комплекса осуществляют генерацию лазерного излучения с помощью ЛГПЧ со сдвигом оптической частоты генерируемого лазерного излучения Δf1=-Δν1 на отрицательную величину измеренного сдвига частоты Δν1, а следовательно, на отрицательную величину измеренного реального доплеровского сдвига ΔfR=Δν1. Данное сформированное в базовой части лазерное излучение с частотой fГ1=f0-ΔfR направляется в сторону бортовой части комплекса, где осуществляют прием этого лазерного излучения с помощью АКФ с центральной частотой полосы приема fф2=f0. Вследствие наличия доплеровского сдвига частоты ΔfR между базовой и бортовой частями комплекса и установления сдвига Δf1=-Δν1 генерируемой частоты, противоположной данному доплеровскому сдвигу, реализуется точная компенсация этого сдвига и принимаемое в бортовой части комплекса лазерное излучение попадает точно в полосу приема АКФ с центральной частотой Next, in the base part of the complex, laser radiation is generated using LGPH with a shift of the optical frequency of the generated laser radiation Δf 1 = -Δν 1 by a negative value of the measured frequency shift Δν 1 , and therefore by a negative value of the measured real Doppler shift Δf R = Δν 1 . This formed in the base portion of laser radiation with a frequency f r1 = f 0 -Δf R directed towards the sides of the complex, where the reception is carried out of the laser radiation via the ACF with a central receiving frequency band f p2 = f 0. Due to the presence of a Doppler frequency shift Δf R between the base and onboard parts of the complex and the establishment of a shift Δf 1 = -Δν 1 of the generated frequency opposite to this Doppler shift, exact compensation of this shift is realized and the laser radiation received in the onboard part of the complex falls exactly in the ACF reception band with center frequency

fц=f0, то есть величина оптической частоты fпр лазерного излучения, принимаемого в бортовой части комплекса, равна центральной частоте АКФ fпр=fф2=f0. Далее в базовой и бортовой частях комплекса осуществляют передачу и прием лазерных излучений, модулированных информационными сигналами с установленными значениями сдвигов генерируемой частоты и центральной частоты приема в базовой части комплекса.f n = f 0, i.e., the optical frequency f direct laser radiation received at the sides of the complex autocorrelation function is equal to the center frequency f ave = f p2 = f 0. Then in the base and onboard parts of the complex transmit and receive laser radiation modulated by information signals with the set values of the shifts of the generated frequency and the central frequency of reception in the base part of the complex.

В представленном первом модифицированном варианте способа лазерной космической связи все операции по измерению сдвигов оптической частоты и компенсации измеренного доплеровского сдвига в ЛГПЧ и в АКФПЧ осуществляют в базовой части комплекса, а в бортовой части комплекса используют лазерный генератор ЛГ и АКФ с фиксированными параметрами генерируемой и принимаемой частоты f0. Это позволяет улучшить эксплуатационные технические характеристики бортовой части комплекса (вес, габариты и т.п.), однако в данном варианте реализации способа лазерной космической связи отсутствует возможность оперативного контроля точности компенсации доплеровского сдвига частоты.In the first modified version of the laser space communication method presented, all operations for measuring the optical frequency shifts and compensating for the measured Doppler shift in the LGPCH and AFPCH are performed in the base part of the complex, and the LG laser generator and ACF with fixed parameters of the generated and received frequencies are used in the side part of the complex f 0 . This allows you to improve the operational technical characteristics of the onboard part of the complex (weight, dimensions, etc.), however, in this embodiment of the method of laser space communication there is no possibility of operational control of the accuracy of compensation for Doppler frequency shift.

Для реализации этой возможности предлагается второй модифицированный вариант способа лазерной космической связи, который от первого варианта отличается добавлением следующих операций. Во-первых, в бортовой части комплекса после приема лазерного излучения от базовой части комплекса осуществляют определение сдвига частоты Δν2 принимаемого лазерного излучения относительно эталонной частоты f0.To realize this possibility, a second modified version of the method of laser space communication is proposed, which differs from the first version by the addition of the following operations. Firstly, in the onboard part of the complex after receiving laser radiation from the base part of the complex, the frequency shift Δν 2 of the received laser radiation relative to the reference frequency f 0 is determined.

Далее величина измеренного сдвига частоты Δν2 в цифровой форме пересылается от бортовой части в базовую часть комплекса путем модуляции этой информацией лазерного излучения в блоке модуляции лазерного излучения 30, фиг.1 в бортовой части комплекса.Next, the magnitude of the measured frequency shift Δν 2 is digitally sent from the onboard part to the base part of the complex by modulating this information with laser radiation in the laser modulation unit 30, Fig. 1 in the side part of the complex.

Во-вторых, в базовой части комплекса осуществляют прием и демодуляцию лазерного излучения от бортовой части комплекса, и полученное значение сдвига частоты Δν2 используют для проверки (анализа) точности компенсации доплеровского сдвига, для чего определяют следующий параметр режима лазерной связи в соответствии с соотношением:Secondly, in the base part of the complex, laser radiation is received and demodulated from the onboard part of the complex, and the obtained frequency shift value Δν 2 is used to check (analyze) the accuracy of Doppler shift compensation, for which the following laser communication mode parameter is determined in accordance with the ratio:

Figure 00000039
Figure 00000039

Данный параметр является аналогом соответствующего параметра ε2 (15) в основном варианте способа лазерной космической связи и, как и ε2, характеризует точность компенсации доплеровского сдвига через реакцию объекта приема лазерного излучения - бортовую часть комплекса. При этом здесь величина сдвига Δν2 аналогично (7) отражает разность между реальной величиной доплеровского сдвига по трассе базовая - бортовая часть комплекса и величиной сдвига оптической частоты Δf1 в ЛГГТЧ в базовой части комплекса, который был введен для предварительной компенсации доплеровского сдвига при генерации лазерного излучения в базовой части комплекса. Соответственно величина измеренного в базовой части комплекса сдвига оптической частоты Δν1 при приеме лазерного излучения от бортовой части комплекса определяет непосредственно величину реального доплеровского сдвига частоты ΔfR.This parameter is an analogue of the corresponding parameter ε 2 (15) in the main version of the method of laser space communication and, like ε 2 , characterizes the accuracy of compensation for the Doppler shift through the reaction of the laser receiving object — the airborne part of the complex. In this case, the shift value Δν 2, similarly to (7), reflects the difference between the real value of the Doppler shift along the base – side part of the complex and the shift of the optical frequency Δf 1 in the LHPS in the base part of the complex, which was introduced for preliminary compensation of the Doppler shift during laser generation radiation in the base of the complex. Accordingly, the magnitude of the shift of the optical frequency measured in the base part of the complex Δν 1 when receiving laser radiation from the onboard part of the complex directly determines the magnitude of the real Doppler frequency shift Δf R.

Отсюда отношение ε3=Δν2/Δν1 (29) во втором модифицированном варианте способа лазерной космической связи соответствует и равно отношению ε2 (15) в основном способе лазерной космической связи. Поэтому выполнение условия для ε3 (29):Hence, the ratio ε 3 = Δν 2 / Δν 1 (29) in the second modified version of the method of laser space communication corresponds to and is equal to the ratio ε 2 (15) in the main method of laser space communication. Therefore, the fulfillment of the condition for ε 3 (29):

Figure 00000040
Figure 00000040

аналогично условию (17) и характеризует точность компенсации доплеровского сдвига между базовой и бортовой частью комплекса.similar to condition (17) and characterizes the accuracy of the compensation of the Doppler shift between the base and side parts of the complex.

Соотношение (14) для Δν1 в рассматриваемом втором модифицированном варианте способа характеризует аналогично основному варианту способа лазерной космической связи точность первичного определения доплеровского сдвига по данным внешнего целеуказания, траекторным измерениям и т.п.:Relation (14) for Δν 1 in the considered second modified version of the method characterizes, similarly to the main version of the laser-space communication method, the accuracy of the initial determination of the Doppler shift according to external target designation, trajectory measurements, etc.

Figure 00000041
Figure 00000041

Данный параметр ε4 во втором модифицированном варианте способа также определяют в базовой части комплекса. Далее в результате анализа полученных параметров ε3 (29) и ε4 (31) в базовой части комплекса в блоке управления 25 при выполнении условийThis parameter ε 4 in the second modified version of the method is also determined in the base part of the complex. Further, as a result of the analysis of the obtained parameters ε 3 (29) and ε 4 (31) in the base part of the complex in the control unit 25 under the conditions

Figure 00000042
Figure 00000042

принимают решение о завершении цикла установления лазерной космической связи.decide on the completion of the laser space communications establishment cycle.

Таким образом, изложенные основной способ лазерной космической связи и первый и второй модифицированные варианты способа лазерной космической связи включают одни и те же операции в базовой или в бортовой частях комплекса. Перенос части этих операций от бортовой к базовой части комплекса позволяет уменьшить состав аппаратуры в бортовой части комплекса. В то же время распределение выполняемых операций между базовой и бортовой частью комплекса в основном способе позволяет обеспечить высокую точность компенсации доплеровского сдвига и одновременно реализовать контроль точности компенсации и оперативную подстройку компенсируемых параметров в базовой и бортовой частях комплекса, что позволяет обеспечить высокую точность компенсации в условиях изменения во времени параметров и траекторий движения космических аппаратов, несущих базовую и бортовую части комплекса.Thus, the stated main method of laser space communication and the first and second modified versions of the method of laser space communication include the same operations in the base or onboard parts of the complex. The transfer of part of these operations from the onboard to the base of the complex allows to reduce the composition of the equipment in the onboard part of the complex. At the same time, the distribution of the operations performed between the base and onboard parts of the complex in the main method allows for high accuracy of compensation for Doppler shift and at the same time provides control of the accuracy of compensation and operational adjustment of the compensated parameters in the base and onboard parts of the complex, which allows for high accuracy of compensation under changing conditions in time the parameters and trajectories of the motion of spacecraft carrying the base and onboard parts of the complex.

Предложенный способ лазерной космической связи за счет использования высокочувствительного квантового усиления принимаемых информационных лазерных сигналов и за счет обеспечения точной компенсации доплеровского сдвига позволяет реализовать передачу больших объемов информации на дальние космические расстояния, то есть увеличить дальность действия лазерной космической связи при одновременном увеличении скорости и объемов передаваемой информации, а также обеспечении необходимой достоверности и надежности связи. Высокую чувствительность и скорость передачи информации обеспечивает АКФПЧ, в качестве которого использован, например, лазерный (квантовый) усилитель на основе фотодиссоционного лазера [6, 7], обладающий предельной квантовой чувствительностью, ограниченной квантовым пределом, то есть обладающий возможностью приема однофотонных импульсных сигналов при амплитудно-импульсной или импульсно-поляризационной модуляции лазерного излучения цифровым информационным сигналом. Прием усиленного в АКФПЧ лазерного излучения с такой модуляцией и его демодуляцию осуществляют с помощью первого и второго фотоприемных блоков поз.9, 10 на фиг.1. Скорость передачи информации лазерным излучением с данным видом модуляции составляет для данного типа АКФПЧ порядка 300 Мбит в секунду. При этом для обеспечения необходимой достоверности и надежности осуществления связи с вероятностью правильного обнаружения 0,999 на входе АКФПЧ достаточно иметь 3 фотона на один бит информации на входной апертуре приемной оптической антенны [7], что соответствует при отношении сигнал/шум m равном m=3 энергии входного лазерного сигнала Евх=mhν, соответствующей энергии трех фотонов на рабочей длине волны λ0=с/f0 на входной апертуре приемной оптической антенны. Задачей, решаемой предложенным способом, является обеспечение работы АКФПЧ в высокочувствительном режиме приема слабых лазерных сигналов в условиях взаимного движения базовой и бортовой частей комплекса с космическими скоростями, что реализуется компенсацией доплеровского сдвига частоты принимаемых лазерных информационных сигналов. Использование АКФГТЧ с высокой чувствительностью в широкой полосе частот позволяет использовать в базовой и бортовой частях комплекса блок многоканальной лазерной связи 11, фиг.1 с частотным уплотнением каналов и лазерным гетеродинным методом приема и преобразования информационных сигналов на оптической несущей частоте. Использование предварительного перед лазерным гетеродинированием квантового усиления принимаемого лазерного излучения в АКФПЧ позволяет исключить влияние собственных шумов лазерного гетеродина и обеспечить высококачественный прием широкополосного информационного сигнала с частотным уплотнением каналов при сохранении указанной высокой чувствительности по входу АКФПЧ. Этим преодолевается известный недостаток гетеродинного метода приема сигналов в оптическом диапазоне, связанный с влиянием собственных (квантовых) шумов лазерного гетеродина, не позволяющих обеспечить прием широкополосных лазерных информационных сигналов с высокой чувствительностью. Таким образом, использование высокочувствительного АКФПЧ с компенсацией доплеровских сдвигов частоты позволяет обеспечить широкополосную лазерную связь на дальних космических трассах при использовании различных современных высокоэффективных методов модуляции лазерных сигналов, включающих амплитудно-импульсную (кодово-импульсную) прямую модуляцию лазерного излучения (ФПБ - 9, 10), а также различные методы модуляции оптической несущей с использованием СВЧ поднесущей и лазерным гетеродинным методом приема оптических сигналов (блок 11).The proposed method of laser space communication through the use of highly sensitive quantum amplification of received information laser signals and by providing accurate compensation for the Doppler shift allows for the transfer of large amounts of information over long space distances, that is, to increase the range of laser space communication while increasing the speed and volume of transmitted information , as well as providing the necessary reliability and reliability of communication. High sensitivity and information transfer rate are ensured by the AFCF, which is used, for example, as a laser (quantum) amplifier based on a photodissociation laser [6, 7], which has a limit quantum sensitivity limited by a quantum limit, that is, it has the ability to receive single-photon pulsed signals with amplitude -pulse or pulse-polarization modulation of laser radiation with a digital information signal. Reception of the laser radiation amplified in the AFCF with such modulation and its demodulation is carried out using the first and second photodetector blocks, items 9, 10 in FIG. 1. The speed of information transfer by laser radiation with this type of modulation for this type of AFPCR is about 300 Mbit per second. At the same time, to ensure the necessary reliability and reliability of communication with the probability of correct detection of 0.999 at the AHRC input, it is enough to have 3 photons per bit of information on the input aperture of the receiving optical antenna [7], which corresponds to a signal-to-noise ratio m equal to m = 3 input energy laser signal E Rin = mhν, three photons of energy corresponding to the wavelength λ 0 = c / f 0 at the input aperture receiving optical antenna. The problem solved by the proposed method is to ensure the operation of the AHFCH in a highly sensitive mode of receiving weak laser signals under conditions of mutual movement of the base and onboard parts of the complex with cosmic velocities, which is implemented by compensating for the Doppler frequency shift of the received laser information signals. The use of high-sensitivity AFCPT in a wide frequency band allows the use of a multi-channel laser communication unit 11, Fig. 1 with frequency channel multiplexing and a laser heterodyne method of receiving and converting information signals at an optical carrier frequency in the base and onboard parts of the complex. The use of quantum amplification of the received laser radiation before the laser heterodyning in the AFCF allows eliminating the influence of the intrinsic noise of the laser local oscillator and providing high-quality reception of a broadband information signal with frequency channel multiplexing while maintaining this high sensitivity at the AFCF input. This overcomes the well-known drawback of the heterodyne method of receiving signals in the optical range, associated with the influence of the intrinsic (quantum) noise of the laser local oscillator, which does not allow the reception of broadband laser information signals with high sensitivity. Thus, the use of a highly sensitive AFPC with compensation for Doppler frequency shifts makes it possible to provide broadband laser communication on long-distance cosmic paths using various modern highly effective methods for modulating laser signals, including amplitude-pulse (code-pulse) direct laser radiation modulation (FPB - 9, 10) , as well as various methods for modulating an optical carrier using a microwave subcarrier and a laser heterodyne method for receiving optical signals (block 11).

Дальность действия предложенного комплекса лазерной космической связи можно определить по следующей формуле [8]:The range of the proposed complex laser space communications can be determined by the following formula [8]:

Figure 00000043
Figure 00000043

где Еn - энергия импульса лазерного передатчика (ЛГПЧ), необходимая для передачи одного бита информации; Nmin=hν=h/λ0 - энергия одного шумового фотона, приведенная ко входу АКФПЧ и определяющая уровень предельной квантовой чувствительности АКФПЧ, соответствующий приему однофотонного импульсного сигнала с 1 бит информации; ε - величина отношения сигнал/шум на входе оптической антенны, поз.1, фиг.1. Для достоверного приема информации необходимо обеспечить величину ε=3; R - дальность действия комплекса лазерной космической связи - максимальное расстояние между базовой и бортовой частями комплекса; Dn, Dпр - диаметры передающей и приемной оптических антенн комплекса.where E n is the pulse energy of the laser transmitter (LGPCH), necessary to transmit one bit of information; N min = hν = h / λ 0 is the energy of one noise photon reduced to the input of the AHFR and determining the level of the ultimate quantum sensitivity of the AHFH corresponding to the reception of a single-photon pulse signal with 1 bit of information; ε is the value of the signal-to-noise ratio at the input of the optical antenna, item 1, figure 1. For reliable reception of information, it is necessary to provide a value of ε = 3; R is the range of the laser space communications complex - the maximum distance between the base and onboard parts of the complex; D n , D CR - the diameters of the transmitting and receiving optical antennas of the complex.

Формула (33) определяет энергию на один бит и соответственно мощность ЛГПЧ, необходимую для обеспечения лазерной связи на расстоянии R между базовой и бортовой частями комплекса. При этом предполагается, что реализована компенсация доплеровского сдвига частоты и лазерное приемное устройство комплекса - АКФПЧ 5 - работает в режиме предельной квантовой чувствительности, характеризуемой величиной энергии одного шумового фотона Nmin=hν0=h/λ0 за время Δτ=10-9 с, определяемого шириной полосы

Figure 00000044
квантового усиления излучения в АКФПЧ [7]. Соответственно мощность ЛГПЧ в непрерывном режиме работы равна:Formula (33) determines the energy per bit and, accordingly, the power of the LGPH necessary to provide laser communication at a distance R between the base and onboard parts of the complex. In this case, it is assumed that Doppler frequency shift compensation has been implemented and the laser receiving device of the complex - AFPCh 5 - operates in the mode of ultimate quantum sensitivity, characterized by the energy of one noise photon N min = hν 0 = h / λ 0 for a time Δτ = 10 -9 s determined by the bandwidth
Figure 00000044
quantum amplification of radiation in the AFCHR [7]. Accordingly, the power of LGPCH in continuous operation is equal to:

Figure 00000045
Figure 00000045

Далее приведены параметры комплекса лазерной космической связи для различных космических трасс, начиная от ближнего космоса - в пределах орбиты Луны и до дальних границ солнечной системы - до орбиты Плутона. Приведены диаметры Dn и Dпр передающей и приемной оптических антенн и необходимые мощности лазерных передатчиков, а также энергия лазерного импульса, приходящаяся на один бит передаваемой информации.The following are the parameters of the laser-space communications complex for various space routes, starting from near space - within the orbit of the moon and to the far borders of the solar system - to the orbit of Pluto. The diameters D n and D pr of the transmitting and receiving optical antennas and the required power of the laser transmitters, as well as the laser pulse energy per one bit of the transmitted information are given.

1. Система космической связи Земля - Луна1. Earth-Moon space communication system

Figure 00000046
Figure 00000047
Figure 00000046
Figure 00000047

Figure 00000048
Figure 00000049
Figure 00000048
Figure 00000049

2. Система космической связи Земля - спутник Земли на стационарной орбите2. Space communications system Earth - satellite of the Earth in a stationary orbit

Figure 00000050
Figure 00000051
Figure 00000050
Figure 00000051

Figure 00000052
Figure 00000053
Figure 00000052
Figure 00000053

Figure 00000054
Figure 00000054

3. Система космической связи Земля - Марс3. Earth-Mars space communications system

Figure 00000055
Figure 00000056
Figure 00000055
Figure 00000056

Figure 00000057
Figure 00000058
Figure 00000057
Figure 00000058

4. Система космической связи Земля - Плутон до границ солнечной системы4. Earth-Pluto space communications system to the borders of the solar system

Figure 00000059
Figure 00000060
Figure 00000059
Figure 00000060

Figure 00000061
Figure 00000062
Figure 00000061
Figure 00000062

Представленные параметры комплекса лазерной космической связи на основе АКФПЧ свидетельствуют о высокой эффективности предложенного способа и комплекса ЛКС для его реализации. В пределах ближнего космоса до орбиты Луны требуемая энергия и мощность лазерных передатчиков является весьма умеренной (Рn=0,6 мВт), что позволяет использовать в качестве лазерного передатчика полупроводниковый лазерный диод с перестройкой частоты [9], аналогичный используемым в современной волоконно-оптической системе связи, причем объем и скорость передачи информации в такой лазерной космической системе связи соответствует аналогичным параметрам широкополосных волоконно-оптических линий связи. Наиболее перспективно использование предложенного комплекса ЛКС для организации стационарной связи Земля - Луна для обеспечения широкополосной связью лунные космические станции. Весьма перспективна также система лазерной космической связи с планетой Марс, для которой потребуется лазерный передатчик с мощностью Рn=2 Вт, а также система ЛКС в пределах солнечной системы до орбиты Плутона. Таким образом, предложенный комплекс лазерной космической связи на основе высокочувствительного АКФПЧ позволяет обеспечить высокоэффективную широкополосную связь с космическими аппаратами и станциями в пределах солнечной системы и успешно конкурирует с современными системами космической связи радиодиапазона, которые уступают системам ЛКС по ряду параметров, например по скорости и объему передаваемой информации. Так, например, использование предлагаемого комплекса лазерной космической связи в ближнем космосе до орбиты Луны позволяет повысить скорость и объем передаваемой информации по сравнению с СВЧ диапазоном ~ в 10 раз.The presented parameters of the laser space communication complex based on the AFCHF indicate the high efficiency of the proposed method and the LKS complex for its implementation. In the near space to the orbit of the moon, the required energy and power of the laser transmitters is very moderate (P n = 0.6 mW), which allows the use of a semiconductor laser diode with frequency tuning [9], similar to that used in modern fiber optic, as a laser transmitter a communication system, the volume and speed of information transfer in such a laser space communication system corresponds to the same parameters of broadband fiber-optic communication lines. The most promising is the use of the proposed LKS complex for organizing stationary Earth-Moon communications to provide lunar space stations with broadband communications. A system of laser space communication with the planet Mars is also very promising, which will require a laser transmitter with a power of P n = 2 W, as well as an LKS system within the solar system to the orbit of Pluto. Thus, the proposed complex of space-based laser communications based on a highly sensitive AFFC allows for highly efficient broadband communication with spacecraft and stations within the solar system and successfully competes with modern radio-frequency space communication systems that are inferior to LSS systems in a number of parameters, for example, in speed and volume of transmitted information. So, for example, the use of the proposed complex of laser space communications in near space to the orbit of the moon makes it possible to increase the speed and amount of transmitted information in comparison with the microwave range by ~ 10 times.

Предложенный комплекс лазерной космической связи на основе АКФПЧ с предельной квантовой чувствительностью позволяет в перспективе реализовать гипотетические системы лазерной связи с КА в пределах всей нашей Галактики, а также с ближайшей к нам галактикой « Туманность Андромеды». Далее приведены параметры таких систем космической связи, рассчитанные по формуле (33).The proposed complex of space-based laser communications based on the AFCHR with the ultimate quantum sensitivity makes it possible in the future to realize hypothetical systems of laser communications with spacecraft throughout our Galaxy, as well as with the Andromeda Nebula galaxy closest to us. The following are the parameters of such space communication systems calculated by the formula (33).

Перспективные системы космической связиPromising space communications systems

5. Система космической связи в пределах Галактики5. Space communication system within the Galaxy

RГ=105 св. лет=9,5·1020 мR G = 10 5 St. years = 9.5 · 10 20 m

5.1. Dn=Dnp=30 м; En=1,4·106 Дж; Рn=3·1014 Вт5.1. D n = D np = 30 m; E n = 1.4 · 10 6 J; P n = 3 · 10 14 W

5.2. Dn=Dnp=120 м; Еn=5,4·103 Дж; Рn=1,08·1012 Вт5.2. D n = D np = 120 m; E n = 5.4 · 10 3 J; P n = 1,08 · 10 12 W

6. Система космической связи с галактикой «Туманность Андромеды»6. Space communication system with the Andromeda Nebula galaxy

RTA=1,5·106 cв. лeт=1,42·1022 мR TA = 1.5 · 10 6 st. summer = 1.42 · 10 22 m Еn=1,2·106 ДжE n = 1.2 · 10 6 J Dn=Dnp=120 мD n = D np = 120 m Рn=2,4·1014 ВтP n = 2.4 · 10 14 W

В настоящее время уже существуют мощные лазерные генераторы с указанными параметрами мощности и энергии, используемые для лазерного термоядерного синтеза [10]. Диаметр оптических антенн (телескопов) в настоящее время достиг величины D=10 м [11]. В проектировании [12] имеются перспективные разработки телескопов с Dp=30 м, а также составные телескопические системы с эффективным диаметром в несколько раз большим Dp.Таким образом, использование АКФПЧ с предельной квантовой чувствительностью, современных мощных лазерных генераторов-передатчиков и перспективных оптических антенных систем [11] позволяет реализовать комплекс лазерной космической связи на сверхдальние космические расстояния как в пределах нашей Галактики на расстояния 100 тыс. св. лет, так и до ближайшей к нам галактики «Туманность Андромеды» на расстояние 1,5 млн св.лет.Currently, powerful laser generators already exist with the indicated parameters of power and energy used for laser thermonuclear fusion [10]. The diameter of optical antennas (telescopes) has now reached D = 10 m [11]. In the design [12], there are promising designs of telescopes with D p = 30 m, as well as composite telescopic systems with an effective diameter several times larger than D p. Thus, the use of AFPCR with the ultimate quantum sensitivity, modern high-power laser transmitter-generators, and advanced optical antenna systems [11] allows us to realize a complex of laser-space communications at ultra-long-distance cosmic distances within our Galaxy at distances of 100 thousand stars years, and to the closest galaxy to us, the Andromeda Nebula, at a distance of 1.5 million light years.

Высокая дальность действия предложенного комплекса лазерной космической связи обусловливает возможность использования его для решения одной из важных проблем современной науки и техники: проблемы поиска сигналов внеземных цивилизаций [8]. При этом особенности физических свойств активного вещества фотодиссоционных лазерных генераторов и квантовых усилителей - атомарного йода - предопределяет использование рабочей длины волны квантового перехода атомарного йода λ0=1,315 мкм в качестве естественного репера, указывающего длину волны, в пределах которой следует осуществлять поиск сигналов внеземных цивилизаций и устанавливать дальнюю космическую связь.The high range of the proposed complex of laser space communications makes it possible to use it to solve one of the important problems of modern science and technology: the problem of searching for signals of extraterrestrial civilizations [8]. The features of the physical properties of the active substance of photodissociation laser generators and quantum amplifiers - atomic iodine - determine the use of the working wavelength of the quantum transition of atomic iodine λ 0 = 1.315 μm as a natural reference indicating the wavelength within which to search for signals of extraterrestrial civilizations and establish long-distance space communications.

В устройстве фиг.1, реализующем предложенный способ лазерной космической связи, генерацию лазерного излучения на рабочей длине волны λ0=c/f0 лазерной связи осуществляет лазерный генератор с перестройкой частоты (ЛГПЧ). На фиг.3 представлена блок-схема одного из возможных вариантов выполнения ЛГПЧ на основе фотодиссоционного йодного лазерного генератора с перестройкой частоты генерации [13].In the device of figure 1, which implements the proposed method of laser space communication, the generation of laser radiation at a working wavelength λ 0 = c / f 0 of the laser communication is carried out by a laser with frequency tuning (LGPCH). Figure 3 presents a block diagram of one of the possible LGPH embodiments based on a photodissociation iodine laser generator with tuning of the generation frequency [13].

В качестве рабочего вещества в кювете 3-1 фиг.3 используется атомарный йод в газовой фазе, который образуется в результате фотодиссоциации перфторалкилйодидов под действием излучения импульсных ламп накачки, входящих в блок накачки 3-2. Рабочая длина волны λ0, генерируемая в ЛГПЧ и соответствующая рабочему лазерному переходу атомарного йода, равна λ0=1,3 мкм; частота излучения f0=с/λ0=2,3·1014 Гц. Перестройку частоты лазерного генератора на фиг.3 осуществляют с помощью блока управления частотой генерации 3-3, который содержит несколько электромагнитов (соленоидов), создающих поперечное магнитное поле в кювете 3-1 с рабочим веществом - атомарным йодом. Величину магнитного поля в кювете 3-1 изменяют путем изменения величины тока в электромагнитах под действием управляющего сигнала, поступающего в блок 3 от блока управления комплекса 25 фиг.1. Под действием магнитного поля в кювете 3-1 осуществляется плавная перестройка частоты генерируемого излучения. Достигаемая величина сдвига Δf частоты генерируемого лазерного излучения fг по отношению к исходной частоте генерации f0, генерируемой при нулевом магнитном поле Н=0, равнаAs the working substance in the cuvette 3-1 of figure 3, atomic iodine is used in the gas phase, which is formed as a result of the photodissociation of perfluoroalkyl iodides under the action of radiation from flash pump tubes included in the pump unit 3-2. The working wavelength λ 0 generated in the LGPH and corresponding to the working laser transition of atomic iodine is λ 0 = 1.3 μm; radiation frequency f 0 = s / λ 0 = 2.3 · 10 14 Hz. The frequency tuning of the laser generator in figure 3 is carried out using the control unit of the frequency of generation 3-3, which contains several electromagnets (solenoids) that create a transverse magnetic field in a cell 3-1 with a working substance - atomic iodine. The magnitude of the magnetic field in the cell 3-1 is changed by changing the magnitude of the current in the electromagnets under the action of a control signal received in block 3 from the control unit of the complex 25 of figure 1. Under the influence of a magnetic field in the cell 3-1, the frequency of the generated radiation is smoothly tuned. The achieved shift value Δf of the frequency of the generated laser radiation f g with respect to the initial generation frequency f 0 generated at a zero magnetic field H = 0 is

Figure 00000063
Figure 00000063

При включении магнитного поля происходит также расширение полосы квантового усиления лазерного излучения активным веществом в кювете 3-1 фиг.3. Для более точного селектирования и генерации лазерного излучения с заданной частотой fг используют оптическую пластину 3-6 фиг.3, введенную в оптическую схему лазерного генератора на фиг.3 и сориентированную под определенным углом φ к оси O1O2 резонатора ЛГПЧ. Данная пластина 3-6 представляет собой интерферометр Фабри-Перо [14], обеспечивающий селекцию одной из продольных мод резонатора с определенной частотой колебаний (генерации). Изменяя угол наклона данной пластины 3-6 по отношению к оси резонатора O1O2, обеспечивают сдвиг частоты генерируемого лазерного излучения в пределах его полосы квантового усиления, которая ранее под воздействием приложенного магнитного поля Н была сдвинута и расширена на некоторую величину, обусловленную величиной Н магнитного поля. Управление наклоном пластины 3-6 относительно оси O1O2 резонатора осуществляют с помощью блока позиционирования 3-7, содержащего шаговый электродвигатель, механически соединенный с пластиной 3-6 и управляемый по сигналам от блока управления комплекса 25. Для более точного установления заданной величины частоты fГ генерации лазерного излучения в ЛГПЧ фиг.3 осуществляют измерение частоты генерации fГ лазерного излучения с выхода ЛГПЧ 21 фиг.1 с помощью второго блока измерения оптической частоты 22 на фиг.1. Для этого на вход блока 22 с выхода ЛГПЧ 21 фиг.1 посредством полупрозрачного зеркала 23 и отражательного зеркала 24 поступает часть генерируемого лазерного излучения. На второй вход блока 22 измерения оптической частоты поступает лазерное излучение от эталонного генератора лазерного излучения 17 с эталонным значением частоты генерации f0. Блок 22 осуществляет измерение сдвига частоты Δf=fг-f0, величина которого в цифровой форме поступает в блок управления комплекса 25. Таким образом осуществляют измерение частоты генерации лазерного излучения fГ с выхода ЛГПЧ относительно эталонной частоты f0 от эталонного генератора лазерного излучения 17:When the magnetic field is turned on, the band of quantum amplification of laser radiation by the active substance in the cell 3-1 of FIG. 3 also expands. For more accurate selection and generation of laser radiation with a given frequency f g , an optical plate 3-6 of FIG. 3 is used, inserted into the optical circuit of the laser generator in FIG. 3 and oriented at a certain angle φ to the axis O 1 O 2 of the LGPH resonator. This plate 3-6 is a Fabry-Perot interferometer [14], which provides for the selection of one of the longitudinal modes of the resonator with a certain frequency of oscillation (generation). By changing the angle of inclination of this plate 3-6 with respect to the axis of the resonator O 1 O 2 , they provide a frequency shift of the generated laser radiation within its quantum gain band, which was previously shifted under the influence of the applied magnetic field H and expanded by a certain amount due to the value of H magnetic field. The inclination of the plate 3-6 relative to the axis O 1 O 2 of the resonator is controlled by means of a positioning unit 3-7, containing a step motor, mechanically connected to the plate 3-6 and controlled by signals from the control unit of the complex 25. To more accurately establish a given frequency value f G the laser radiation generation in LGPCH of FIG. 3 measure the frequency of generation f G laser radiation from the output of the LGPCH 21 of FIG. 1 using the second optical frequency measurement unit 22 in FIG. 1. To this end, at the input of block 22 from the output of the LGPCH 21 of FIG. 1, a part of the generated laser radiation enters through the translucent mirror 23 and the reflective mirror 24. The second input of the optical frequency measuring unit 22 receives laser radiation from a reference laser radiation generator 17 with a reference value of the generation frequency f 0 . Block 22 measures the frequency shift Δf = f g -f 0 , the value of which is digitally supplied to the control unit of the complex 25. Thus, the laser radiation frequency f G is measured from the LGPH output relative to the reference frequency f 0 from the reference laser radiation generator 17 :

Figure 00000064
Figure 00000064

где Δf - фактически измеренная величина сдвига оптической частоты fг относительно эталонной частоты f0.where Δf is the actually measured value of the shift of the optical frequency f g relative to the reference frequency f 0 .

Далее в блоке управления комплекса 25 осуществляют сравнение измеренной величины fГ с заданной величиной оптической частоты лазерного излучения ЛГПЧ и при их равенстве осуществляют фиксирование установленных величин магнитного поля Н с помощью блока 3-3 и величины угла φ наклона пластины 3-6 к оси резонатора O1O2 с помощью блока позиционирования 3-7 и осуществляют далее генерацию лазерного излучения в ЛГПЧ 21 фиг.1 с установленной заданной величиной оптической частоты fГ лазерного излучения. При отличии измеренной в блоке 22 оптической частоты fГ (36) от ее заданного в блоке 25 значения в последнем вырабатывают командные сигналы управления, по которым в ЛГПЧ на фиг.3 устанавливают уточненное новое значение величины магнитного поля в кювете 3-1 и новое значение угла наклона φ пластины 3-6 до получения заданного значения оптической частоты генерируемого лазерного излучения.Next, in the control unit of complex 25, the measured value f G is compared with the predetermined optical frequency of the LGPH laser radiation and, if they are equal, the set values of the magnetic field H are fixed using block 3-3 and the angle φ of the slope of the plate 3-6 to the resonator axis O 1 O 2 using the positioning unit 3-7 and then carry out the generation of laser radiation in LGPH 21 of figure 1 with a set predetermined optical frequency f G of the laser radiation. If the optical frequency f G (36) measured in block 22 differs from its value specified in block 25, the command signals are generated in the latter, according to which the updated new value of the magnetic field in the cuvette 3-1 and a new value are set in the LGPH the angle of inclination φ of the plate 3-6 to obtain a given value of the optical frequency of the generated laser radiation.

В устройстве на фиг.1, реализующем способ лазерной космической связи, квантовое усиление принимаемого лазерного излучения осуществляют посредством активного квантового фильтра с перестройкой частоты (АКФПЧ), поз.5. На фиг.4 представлена блок-схема одного из возможных вариантов выполнения АКФПЧ на основе фотодиссоционного йодного лазера с перестройкой спектральной линии - основного перехода рабочего вещества йодного лазера [6]. Представленный на фиг.4 АКФПЧ содержит кювету 4-1 с тем же активным веществом - атомарным йодом, что и изложенный выше ЛГПЧ на фиг.3. Оптическая схема АКФПЧ содержит такой же, как и в ЛГПЧ, оптический резонатор, образованный полупрозрачными входным 4-4 и выходным 4-5 зеркалами. Блок накачки 4-2 в АКФПЧ фиг.4 аналогичен блоку накачки поз.3-2 на фиг.3 в ЛГПЧ. Блок управления частотой спектральной линии 4-3 фиг.4 аналогичен по составу и конструкции блоку управления частотой генерации поз.3-3 на фиг.3 в ЛГПЧ и осуществляет установление заданной величины магнитного поля Н в кювете 4-1 с активным веществом. В отличие от ЛГПЧ фиг.3 в АКФПЧ на фиг.4 воздействие магнитного поля Н на активное вещество в кювете 4-1 приводит к изменению частоты спектральной линии активного вещества и к некоторому расширению полосы квантового усиления лазерного излучения, проходящего через кювету 4-1 с активным веществом в АКФПЧ. Поэтому название данного блока 4-3 фиг.4 отражает выполняемую функцию при совпадении состава с блоком 3-3 на фиг.3, выполняющем в ЛГПЧ фиг.3 функцию сдвига частоты генерации лазерного излучения.In the device of figure 1, which implements the method of laser space communication, the quantum gain of the received laser radiation is carried out by means of an active quantum filter with frequency tuning (AFCF), pos.5. Figure 4 presents a block diagram of one of the possible embodiments of the AFCF based on a photodissociation iodine laser with a spectral line tuning — the main transition of the working substance of an iodine laser [6]. Presented in FIG. 4, the AHFCR contains a cuvette 4-1 with the same active substance, atomic iodine, as the above-described LGFG in FIG. 3. The optical scheme of the AFCF contains the same as in the LGPF optical resonator formed by translucent 4-4 input and 4-5 output mirrors. The pumping unit 4-2 in the AFCHF of FIG. 4 is similar to the pumping unit pos. The control unit for the frequency of the spectral line 4-3 of FIG. 4 is similar in composition and design to the control unit for the control of the frequency of generation of poses 3-3 in FIG. 3 in LGPCH and sets a predetermined value of the magnetic field H in the cell 4-1 with the active substance. In contrast to the LGFH of FIG. 3, in the AHFH of FIG. 4, the action of the magnetic field H on the active substance in the cell 4-1 leads to a change in the frequency of the spectral line of the active substance and to some expansion of the quantum gain band of the laser radiation passing through the cell 4-1 s active substance in the AHRC. Therefore, the name of this block 4-3 of FIG. 4 reflects the function to be performed when the composition coincides with block 3-3 of FIG. 3, which performs the function of shifting the frequency of laser radiation generation in LGPH 3.

Оптическая пластина 4-8 с блоком позиционирования 4-9 аналогичны соответствующим элементам поз.3-6, 3-7 в ЛГПЧ фиг.3.The optical plate 4-8 with the positioning unit 4-9 are similar to the corresponding elements pos.3-6, 3-7 in the LGPCH of Fig.3.

Оптическая пластина 4-8 фиг.4 осуществляет селекцию заданной продольной моды в резонаторе АКФПЧ, образованном полупрозрачными зеркалами 4-4, 4-5, аналогично селекции продольной моды в резонаторе ЛГПЧ на фиг.3. Селекцию заданной продольной моды в АКФПЧ фиг.4 осуществляют путем изменения угла наклона φ пластины 4-8 относительно продольной оси O1O2 АКФПЧ посредством блока позиционирования 4-9 и установления заданного угла φ по командам от блока управления комплекса 25. Дополнительное изменение частоты селектируемой продольной моды в АКФПЧ фиг.4 осуществляют путем сдвига положения на оптической оси O1O2 второго выходного полупрозрачного зеркала 4-5, которое установлено на пьезоэлементе 4-6. Последний под действием управляющих сигналов от блока управления 4-7 осуществляет сдвиг выходного полупрозрачного зеркала 4-5 вдоль оптической оси O1O2 в ту или в другую сторону. В результате этого происходит изменение оптической длины резонатора в АКФПЧ фиг.4, обеспечивающее точную настройку селектируемой продольной моды на заданную величину оптической частоты принимаемого лазерного излучения. Сдвиг выходного полупрозрачного зеркала 4-5 фиг.4 с помощью пьезоэлемента 4-6 на заданную величину осуществляют в соответствии с управляющим сигналом, поступающим в блок управления 4-7 с выхода блока управления комплекса 25 на фиг.1. АКФПЧ фиг.4 дополнительно снабжен акустооптическим модулятором 4-10, с помощью которого в резонатор АКФПЧ фиг.4 вносят дополнительные потери, препятствующие развитию непрерывной генерации в АКФПЧ. Уровень вносимых потерь определяется управляющим электрическим сигналом, поступающим на электрический вход акустооптического модулятора 4-10 от его блока управления 4-11 в соответствии с сигналом управления от блока управления комплекса 25 фиг.1.The optical plate 4-8 of FIG. 4 selects a predetermined longitudinal mode in the AFPH resonator formed by translucent mirrors 4-4, 4-5, similarly to the selection of the longitudinal mode in the LGPH resonator in FIG. 3. The selection of a given longitudinal mode in the AFCHF of Fig. 4 is carried out by changing the angle of inclination φ of the plate 4-8 relative to the longitudinal axis O 1 O 2 of the AHFCF by means of a positioning unit 4-9 and setting a given angle φ by commands from the control unit of the complex 25. An additional change in the frequency of the selected the longitudinal mode in the AFCF of FIG. 4 is carried out by shifting the position on the optical axis O 1 O 2 of the second output translucent mirror 4-5, which is mounted on the piezoelectric element 4-6. The latter under the action of control signals from the control unit 4-7 carries out the shift of the output translucent mirror 4-5 along the optical axis O 1 O 2 in one direction or another. As a result of this, a change in the optical length of the resonator occurs in the AFCF of FIG. 4, which ensures fine tuning of the selectable longitudinal mode to a predetermined value of the optical frequency of the received laser radiation. The shift of the output translucent mirror 4-5 of FIG. 4 using a piezoelectric element 4-6 by a predetermined value is carried out in accordance with the control signal received by the control unit 4-7 from the output of the control unit of complex 25 in FIG. 1. The AFCHF of FIG. 4 is additionally equipped with an acousto-optic modulator 4-10, with which additional losses are added to the AHFR cavity of FIG. 4, which impede the development of continuous generation in AHFC. The level of insertion loss is determined by the control electrical signal supplied to the electrical input of the acousto-optic modulator 4-10 from its control unit 4-11 in accordance with the control signal from the control unit of the complex 25 of Fig.1.

Квантовое усиление принимаемого лазерного излучения в АКФПЧ фиг.4 осуществляют следующим образом. С помощью блока накачки 4-2 фиг.4 осуществляют накачку активного вещества в кювете 4-1 и перевод его в возбужденное состояние, обеспечивающее определенную величину коэффициента усиления, проходящего через кювету 4-1 излучения на один проход. Уровень дополнительных вносимых потерь с помощью акустооптического модулятора 4-10 выбирают таким, чтобы при установленной накачке активного вещества обеспечивать регенеративный режим усиления принимаемого излучения в течение нескольких проходов излучения при его отражении от зеркал резонатора 4-4 и 4-5. При этом усиленное за несколько проходов принимаемое лазерное излучение через выходное полупрозрачное зеркало 4-5 направляется на оптический выход АКФПЧ фиг.4, который образован выходной диафрагмой 4-13. При этом режим генерации излучения в АКФПЧ благодаря наличию акустооптического (АО) модулятора 4-10 не достигается, так как АО-модулятор 4-10 обеспечивает вывод части усиленного излучения из резонатора АКФПЧ. В АКФПЧ фиг.4 возможен также второй сверхрегенеративный режим усиления принимаемого излучения, при котором вначале АО-модулятор 4-10 выключен, потери в резонаторе минимальны и осуществляется развитие генерации, которое периодически срывают путем импульсного периодического быстрого включения АО-модулятора 4-10, обеспечивающего внесение потерь, которые периодически обеспечивают срыв генерации в резонаторе АКФПЧ фиг.4. В этом режиме работы АКФПЧ усиление приходящего лазерного излучения осуществляют на фоне импульсной периодической генерации собственного излучения в АКФПЧ, при этом при небольшом превышении уровня принимаемого излучения над уровнем собственных спонтанных шумов в АКФПЧ реализуется предельно высокая чувствительность по отношению к входному принимаемому оптическому сигналу. Заданный сдвиг центральной частоты fф полосы приема и квантового усиления в АКФПЧ фиг.4 осуществляют путем установления некоторого заданного уровня величины H поперечного магнитного поля в кювете 4-1 с помощью блока 4-3 фиг.4 управления частотой спектральной линии, в результате чего происходит расширение полосы приема излучения в АКФПЧ и сдвиг центральной полосы приема. Одновременно устанавливают некоторый заданный угол φ наклона оптической пластины 4-8. В результате более точно выделяют и фиксируют определенную продольную моду, определяющую величину центральной частоты полосы приема излучения в АКФПЧ. Окончательную точную установку центральной частоты fф полосы приема излучения в АКФПЧ осуществляют путем позиционирования и фиксации выходного полупрозрачного зеркала 4-5 с помощью пьезоэлемента 4-6. Для точного установления заданного значения центральной частоты полосы приема в АКФПЧ осуществляют измерение собственной частоты генерации излучения в АКФПЧ 5 фиг.1 с установленными величинами угла φ оптической пластины 4-8, позиционированием выходного полупрозрачного зеркала 4-5 фиг.4 и с установленным уровнем величины Н магнитного поля в кювете 4-1 и установленным уровнем накачки в блоке 4-2. Для этого на короткое время отключают АО-модулятор от его блока управления 4-7, уменьшают вносимые потери до минимального уровня, в результате чего осуществляют генерацию собственного лазерного излучения в АКФПЧ 5 фиг.1 с собственной частотой fсоб, которая в этот момент совпадает с центральной частотой полосы приема и усиления излучения в АКФПЧ с установленными ранее значениями его управляющих параметров (Н, угол φ и положение полупрозрачного зеркала 4-5). Далее осуществляют измерение оптической частоты fсоб этого излучения, которое с выхода АКФПЧ 5 фиг.1 поступает на вход первого блока измерения оптической частоты 12 через полупрозрачное зеркало 13 и отражательное зеркало 16. Измеренное значение fсоб поступает с выхода блока 12 в блок управления комплекса 25, где осуществляют сравнение fсоб с заданным значением fф (или величиной fф=f0+Δνc, где Δνc - заданный сдвиг центральной частоты), осуществляют фиксацию установленных управляющих параметров АКФПЧ и далее осуществляют прием и квантовое усиление лазерного излучения в АКФПЧ 5. При несовпадении заданного значения fф с измеренным значением fсоб осуществляют дополнительную установку управляющих параметров АКФПЧ и повторяют операцию измерения частоты генерации fсоб до получения результата совпадения fсоб с заданной величиной fф значения центральной частоты полосы приема и квантового усиления в АКФПЧ.The quantum gain of the received laser radiation in the AFCF of FIG. 4 is as follows. Using the pumping unit 4-2 of FIG. 4, the active substance is pumped in the cell 4-1 and brought into an excited state, which provides a certain value of the gain passing through the radiation cell 4-1 in one pass. The level of additional insertion loss with the help of an acousto-optical modulator 4-10 is chosen such that, when the active substance is pumped, it provides a regenerative mode of amplification of the received radiation over several passes of radiation when it is reflected from the mirrors of the resonator 4-4 and 4-5. At the same time, the received laser radiation amplified in several passes through the output translucent mirror 4-5 is sent to the optical output of the AFPCh of Fig. 4, which is formed by the output diaphragm 4-13. In this case, the mode of radiation generation in the AFCF due to the presence of an acousto-optical (AO) modulator 4-10 is not achieved, since the AO modulator 4-10 provides the output of a part of the amplified radiation from the AFCF resonator. In the AFCHF of Fig. 4, a second super-regenerative mode of amplification of the received radiation is also possible, in which the AO modulator 4-10 is first turned off, the losses in the resonator are minimal and the generation is developed, which is periodically disrupted by pulse periodic fast switching on of the AO modulator 4-10, which ensures the introduction of losses that periodically provide a stall of generation in the cavity of the AFCRF of FIG. 4. In this mode of operation of the AHFRC, the amplification of the incoming laser radiation is carried out against the background of periodic pulsed generation of the own radiation in the AHFC; in this case, when the level of the received radiation is slightly higher than the level of intrinsic spontaneous noise, the AHFCH achieves an extremely high sensitivity with respect to the input optical signal received. A predetermined shift of the center frequency f f of the reception and quantum gain bands in the AFCHF of FIG. 4 is carried out by setting a certain predetermined level of the transverse magnetic field H in the cuvette 4-1 using the spectral line frequency control unit 4-3 of FIG. 4, whereby widening the reception band of radiation in the AFCH and shifting the center reception band. At the same time, a certain predetermined inclination angle φ of the optical plate 4-8 is set. As a result, a certain longitudinal mode determining the magnitude of the center frequency of the radiation receiving band in the AFCHR is more accurately isolated and fixed. The final exact installation of the center frequency f f of the radiation reception band in the AFCF is carried out by positioning and fixing the output translucent mirror 4-5 using a piezoelectric element 4-6. To accurately establish a given value of the center frequency of the reception band in the AFCHF, the natural frequency of radiation generation is measured in the AFCHF of Fig. 1 with the set values of the angle φ of the optical plate 4-8, positioning of the output translucent mirror 4-5 of Fig. 4, and with the set level of H magnetic field in the cell 4-1 and the installed pump level in block 4-2. For this short time disconnected AO modulator from its control unit 4-7, the insertion loss is reduced to a minimum level, thereby generating a laser emission own AKFPCH 5 in Figure 1 with the natural frequency f GSS, which at this moment coincides with the the central frequency of the reception and amplification band of the radiation in the AFPCR with the previously established values of its control parameters (H, angle φ and the position of the translucent mirror 4-5). Next, they measure the optical frequency f soob of this radiation, which from the output of the AFCS 5 of Fig. 1 is fed to the input of the first unit for measuring the optical frequency 12 through a translucent mirror 13 and a reflective mirror 16. The measured value of f soob comes from the output of block 12 to the control unit of the complex 25 where f is compared with a predetermined value GSS f f (or the value f f = f 0 + Δν c, where Δν c - predetermined center frequency shift) is performed installed fixation AKFPCH control parameters and further to receive and quantum GAIN of the laser radiation in AKFPCH 5. mismatch setpoint f f f from the measured value GSS performed additional installation AKFPCH control parameters and measurement operation is repeated oscillation frequency f GSS to obtain a result of coincidence f GSS with a predetermined value f p values and center frequency of the reception band of the quantum amplification in AFCHR.

В качестве лазерного генератора с перестройкой частоты (ЛГПЧ) и активного квантового фильтра с перестройкой частоты (АКФПЧ) в комплексе, реализующем предложенный способ лазерной космической связи, возможно использование волоконно-оптических лазерных генераторов (ВОЛГ) и квантовых усилителей с перестройкой частоты видимого и ближнего ИК-диапазона. На фиг.5, 6, 7 приведены блок-схемы ЛГПЧ и АКФПЧ, выполненные на основе волоконно-оптической лазерной техники.As a laser generator with frequency tuning (LGPCH) and an active quantum filter with frequency tuning (AFCF) in a complex that implements the proposed method of laser space communication, it is possible to use fiber-optic laser generators (VOLG) and quantum amplifiers with tuning the frequency of visible and near IR -range. Figure 5, 6, 7 shows the block diagrams of LGPCH and AFPCH, made on the basis of fiber-optic laser technology.

На фиг.5 приведена схема АКФПЧ на основе волоконно-оптического квантового усилителя, где обозначены следующие элементы:Figure 5 shows a diagram of an AFFC based on a fiber optic quantum amplifier, where the following elements are indicated:

5-1 - активное волокно, легированное, например, атомами иттербия для квантового усиления в диапазоне λ=1,2÷1,34 мкм;5-1 - active fiber doped, for example, with ytterbium atoms for quantum gain in the range λ = 1.2 ÷ 1.34 μm;

5-2 - оптический разветвитель;5-2 - optical splitter;

5-3 - блок полупроводниковой лазерной накачки;5-3 - semiconductor laser pumping unit;

5-4 - волоконно-оптическая брэгговская решетка (ВБР);5-4 - fiber optic Bragg grating (FBG);

5-5 - блок управления параметрами ВБР;5-5 - control unit parameters FBG;

5-6 - оптический элемент согласования;5-6 - optical matching element;

5-7, 5-8 - входная и выходная линзы.5-7, 5-8 - input and output lenses.

На фиг.6 приведена схема ЛГПЧ на основе волоконно-оптического лазерного генератора (ВЛГ), где обозначены следующие элементы:Figure 6 shows the scheme of LGPH based on a fiber optic laser generator (VLG), where the following elements are indicated:

6-1 - активное волокно;6-1 - active fiber;

6-2 волоконно-оптическая брэгговская решетка, выполняющая роль отражателя резонатора лазера;6-2 fiber optic Bragg grating, acting as a reflector of the laser resonator;

6-3 - блок полупроводниковой лазерной накачки;6-3 - semiconductor laser pumping unit;

6-4 - блок управления параметрами ВБР;6-4 - control unit parameters FBG;

6-5 - оптический согласующий элемент;6-5 - optical matching element;

6-6 выходная линза.6-6 output lens.

На фиг.7 приведена схема АКФПЧ, выполненного на основе полупроводникового лазерного усилителя и волоконно-оптической брэгговской решетки (ВБР). На фиг.7 обозначены следующие элементы:Figure 7 shows a diagram of an AFFC made on the basis of a semiconductor laser amplifier and a fiber optic Bragg grating (FBG). 7, the following elements are indicated:

7-1 - полупроводниковый лазерный усилитель, сопряженный с оптическим волокном 7-2;7-1 - a semiconductor laser amplifier coupled to an optical fiber 7-2;

7-2 - пассивное оптическое волокно;7-2 - passive optical fiber;

7-3 - волоконно-оптическая брэгговская решетка (ВБР);7-3 - fiber optic Bragg grating (FBG);

7-4 - блок управления параметрами ВБР;7-4 - control unit parameters FBG;

7-5 - оптический сопрягающий элемент;7-5 - optical mating element;

7-6, 7-7 - входная и выходная линзы;7-6, 7-7 - input and output lenses;

7-8 - оптический разветвитель.7-8 - optical splitter.

Представленные на фиг.5, 6 волоконно-оптические ЛГПЧ и АКФПЧ основаны на использовании активных оптических волокон в качестве рабочего вещества лазера и волоконно-оптических брэгговских решеток показателя преломления (ВБР) в качестве отражательных зеркал резонатора и узкополосных оптических фильтров. Накачка активных волокон осуществляется с помощью полупроводниковых (инжекционных) лазеров, имеющих волоконный выход и сопрягаемых с активным волокном через оптический разветвитель. Изменение частоты генерации и полосы пропускания волоконно-оптического узкополосного фильтра на основе ВБР (поз.6-2, поз.5-4, поз.7-3) осуществляют путем изменения температуры ВБР с помощью блока управления (поз.5-5 фиг.5, поз.6-4 фиг.6 и поз.7-4 фиг.7), в состав которого входит полупроводниковый элемент Пельтье, обеспечивающий управление изменением температуры ВБР. Под воздействием изменения температуры ВБР изменяются и оптические параметры ВБР, определяющие сдвиг частоты полосы пропускания ВБР и сдвиг генерируемой частоты ЛГПЧ.Presented in FIGS. 5 and 6, fiber-optic LGPCH and AFCF are based on the use of active optical fibers as a working medium of the laser and fiber-optic Bragg gratings of refractive index (FBG) as reflective mirrors of the resonator and narrow-band optical filters. The active fibers are pumped using semiconductor (injection) lasers having a fiber output and interfaced with the active fiber through an optical splitter. Changing the generation frequency and passband of a fiber-optic narrow-band filter based on FBG (pos. 6-2, pos. 5-4, pos. 7-3) is carried out by changing the temperature of the FBG using the control unit (pos. 5-5 of FIG. 5, pos.6-4 of Fig.6 and pos.7-4 of Fig.7), which includes a Peltier semiconductor element that provides control of the temperature change of the FBG. Under the influence of FBG temperature changes, the FBG optical parameters change, which determine the frequency shift of the FBG passband and the shift of the generated LGPH frequency.

Волоконно-оптический АКФПЧ обладает высокой чувствительностью за счет высокого коэффициента усиления активного волокна в широком диапазоне длин волн ближнего ИК-диапазона. ВБР с управляемыми параметрами позволяет оперативно изменять ширину полосы приема и квантового усиления лазерного излучения, а также величину центральной частоты полосы приема для компенсации доплеровского сдвига частоты.Fiber optic AFPCh has high sensitivity due to the high gain of the active fiber in a wide range of near-infrared wavelengths. FBG with controlled parameters allows you to quickly change the reception bandwidth and quantum gain of laser radiation, as well as the magnitude of the center frequency of the reception band to compensate for the Doppler frequency shift.

Представленный на фиг.7 вариант исполнения АКФПЧ на основе полупроводникового лазерного (оптического) усилителя на диапазон λ=1÷1,5 мкм позволяет за счет использования отражательной ВБР 7-3 и двухпроходного режима усиления лазерного излучения в полупроводниковом лазерном усилителе поз.7-1, фиг.7 обеспечить высокий коэффициент усиления порядка 103 в полосе 100-300 МГц с перестройкой центральной частоты полосы приема и усиления в пределах нескольких нанометров, что позволяет компенсировать доплеровские сдвиги частоты при взаимных скоростях движения базовой и бортовой частей комплекса до десятков км/с в диапазоне λ=1÷1,5 мкм.Presented in Fig. 7, an embodiment of the AFCF based on a semiconductor laser (optical) amplifier in the range λ = 1 ÷ 1.5 μm allows using reflective FBG 7-3 and a two-pass mode for amplifying laser radiation in a semiconductor laser amplifier pos.7-1 , 7 provide high gain of 10 3 in the band 100-300 MHz with a center frequency rearrangement reception gain band within a few nanometers, to compensate for the Doppler frequency shifts during reciprocal motion speeds eniya base and side parts of the complex to tens km / s in the range λ = 1 ÷ 1,5 mm.

Блок измерения оптической частоты (фиг.8) выполнен на основе стандартных элементов и узлов. На фиг.8 приведена блок-схема блока измерения оптической частоты (поз.12 и 22 на фиг.1), который содержит следующие элементы:The optical frequency measuring unit (Fig. 8) is based on standard elements and nodes. On Fig shows a block diagram of a unit for measuring the optical frequency (12 and 22 in figure 1), which contains the following elements:

8-1 и 8-2 - первая и вторая входные диафрагмы;8-1 and 8-2 - the first and second input diaphragms;

8-3 - светоделительный элемент;8-3 - beam splitting element;

8-4 - фотоприемник;8-4 - photodetector;

8-5 - усилитель промежуточной частоты;8-5 - intermediate frequency amplifier;

8-6 - измеритель частоты.8-6 - frequency meter.

Светоделительный элемент 8-3 осуществляет суммирование двух оптических потоков излучения - с выхода источника измеряемого лазерного излучения (ЛГПЧ или АКФПЧ) и с выхода эталонного генератора лазерного излучения 17 (фиг.1). Принцип работы блока измерения оптической частоты эквивалентен принципу работы известного лазерного доплеровского измерителя скорости [18]. Фотоприемник поз.8-4, фиг.8 выполняет роль оптического смесителя и формирует на своем выходе сигнал биений, частота которого fи равна сдвигу измеряемой оптической частоты fл лазерного излучения на первом входе (входная диафрагма 1) относительно оптической частоты f0 эталонного генератора лазерного излучения на втором входе (входная диафрагма 8-2, фиг.8): fи=fл-f0.The beam splitting element 8-3 sums the two optical radiation fluxes - from the output of the measured laser radiation source (LGPCH or AFPCH) and from the output of the reference laser radiation generator 17 (Fig. 1). The principle of operation of the optical frequency measuring unit is equivalent to the principle of operation of the well-known laser Doppler speed meter [18]. Photocell poz.8-4, 8 serves as an optical mixer and generates at its output a beat signal having a frequency f and is equal to the measured shift in the optical frequency f L of the laser radiation at the first input (input 1 aperture) with respect to optical frequency f 0 of the reference oscillator laser radiation at the second input (input diaphragm 8-2, Fig. 8): f and = f l -f 0 .

Далее после усиления этого сигнала в усилителе промежуточной частоты 8-5 осуществляют измерение величины частоты fи в измерителе частоты 8-6, с выхода которого в цифровой форме информация о величине fи, соответствующая величине сдвига частоты Δν=fи, поступает в блок управления комплекса 25. Измеритель частоты 8-6 представляет собой стандартный электронный прибор для измерения величины частоты электрического сигнала и может быть выполнен, например, на основе набора узкополосных резонансных фильтров, регистрирующих, частоту поступающего электрического сигнала. Возможно также использование электронного цифрового измерителя частоты, основанного на оцифровке электрического сигнала и подсчете числа импульсов, заполняющих период измеряемого электрического сигнала.Then, after amplification of the signal in the intermediate frequency amplifier 8-5 is carried out measurement of the frequency f and a frequency meter 8-6, the output of which the information in digital form the magnitude f and corresponding value of the frequency shift Δν = f and is fed to the control unit complex 25. The frequency meter 8-6 is a standard electronic device for measuring the frequency of an electrical signal and can be performed, for example, on the basis of a set of narrow-band resonant filters that record the frequency of the incoming electric electric signal. It is also possible to use an electronic digital frequency meter, based on the digitization of the electrical signal and counting the number of pulses filling the period of the measured electrical signal.

Блок многоканальной лазерной связи (БМЛС) поз.11 на фиг.1 представляет собой оптический супергетеродинный приемник лазерных сигналов с частотным уплотнением каналов на оптической несущей частоте f0 - основной рабочей оптической частоте ЛГПЧ.The multi-channel laser communication unit (BWLS), item 11 in figure 1 is an optical superheterodyne laser signal receiver with a frequency channel multiplexing at an optical carrier frequency f 0 - the main working optical frequency of the LGPH.

На фиг.9 представлена схема блока многоканальной лазерной связи, содержащего следующие элементы:Figure 9 presents the block diagram of a multi-channel laser communication containing the following elements:

9-1 - входная диафрагма;9-1 - input diaphragm;

9-2 - светоделитель;9-2 - a beam splitter;

9-3 - оптический аттенюатор - лазерный гетеродин - ЛГПЧ во втором варианте;9-3 - optical attenuator - laser local oscillator - LGPCH in the second embodiment;

9-4 - фотоприемник;9-4 - photodetector;

9-5 - первый усилитель промежуточной частоты;9-5 - the first intermediate frequency amplifier;

9-6 - смеситель радиодиапазона;9-6 - radio range mixer;

9-7 - гетеродин;9-7 - local oscillator;

9-8 - многоканальный усилитель промежуточных частот;9-8 - multichannel amplifier of intermediate frequencies;

9-9 - многоканальный демодулятор;9-9 - multi-channel demodulator;

9-10 - отражательное зеркало;9-10 - reflective mirror;

9-11 - акустооптический модулятор;9-11 - acousto-optical modulator;

9-12 - вторая входная диафрагма.9-12 - the second input diaphragm.

Данный блок (БМЛС) реализует прием лазерных информационных сигналов по методу лазерного гетеродинирования и преобразования принимаемого сигнала на оптической несущей частоте в сигнал радиодиапазона, с последующим его усилением в усилителе промежуточной частоты радиодиапазона (например, СВЧ - диапазона) и демодуляцией принятого и усиленного широкополосного сигнала с частотным уплотнением каналов.This unit (BWLS) implements the reception of laser information signals by the method of laser heterodyning and converting the received signal at an optical carrier frequency into a radio frequency signal, followed by its amplification in an intermediate frequency amplifier of the radio frequency range (for example, the microwave range) and demodulating the received and amplified broadband signal with frequency channel multiplexing.

В качестве лазерного гетеродина в первом варианте выполнения данного блока многоканальной лазерной связи (БМЛС) поз.11 использован эталонный генератор лазерного излучения поз.17, фиг.1, излучение с выхода которого посредством полупрозрачного зеркала 19, фиг.1 и отражательного зеркала 18 поступает на второй оптический вход БМЛС 11 - на вторую входную диафрагму 9-12 фиг.9. Далее данное излучение поступает на оптический вход фотоприемника 9-4 через акустооптический модулятор 9-11 и через оптический аттенюатор поз.9-3, а также поступает посредством отражательного зеркала 9-10 и светоделителя 9-2. Акустооптический модулятор 9-11 фиг.9 подключен своим управляющим входом к блоку управления комплекса 25. Данный акустооптический модулятор 9-11 служит для изменения (сдвига) оптической частоты лазерного излучения от эталонного генератора лазерного излучения 17 фиг.1, что необходимо для установления необходимой оптической частоты лазерного гетеродина, в качестве которого в данном варианте исполнения БМЛС использован эталонный генератор лазерного излучения 17. Оптический аттенюатор 9-3 фиг.9 выполняет функцию управляемого ослабления лазерного излучения, что необходимо для установления оптимального режима лазерного гетеродинирования при регистрации с помощью фотоприемника 9-4 на фиг.9 биений излучения лазерного гетеродина от эталонного источника лазерного излучения 17 и принимаемого излучения, поступающего на первую входную диафрагму поз.9-1 фиг.9 БМЛС. Управление сдвигом оптической частоты и ослаблением лазерного излучения осуществляют по командам от блока управления комплекса 25 фиг.1, поступающим на акустооптический модулятор 9-11 ив оптический аттенюатор 9-3 фиг.9. В качестве последнего использован, например, блок оптических фильтров, перемещаемых шаговым электродвигателем. В блок 9-3 (фиг.9) входит также дополнительная линза, фокусирующая излучение в плоскость фотоприемника 9-4. Во втором варианте выполнения БМЛС 11 в качестве лазерного гетеродина используют лазерный генератор с перестройкой частоты, аналогичный ЛГПЧ фиг.3, поз.21 фиг.1, управляющие блоки которого подсоединены к блоку управления комплекса 25. Данный ЛГПЧ в этом втором варианте занимает позицию 9-3 на фиг.9. Далее при описании работы блока БМЛС 11 приведен именно этот второй вариант исполнения лазерного гетеродина, при котором под позицией 9-3 на фиг.9 следует понимать ЛГПЧ, описание которого представлено в тексте заявки и на фиг.3.As the laser local oscillator in the first embodiment of this multichannel laser communication unit (BMS), item 11, a reference laser radiation generator, item 17, figure 1, the radiation from the output of which by means of a translucent mirror 19, figure 1 and reflective mirror 18 is used on the second optical input BMS 11 to the second input diaphragm 9-12 of Fig.9. Further, this radiation enters the optical input of the photodetector 9-4 through the acousto-optical modulator 9-11 and through the optical attenuator pos.9-3, and also comes through the reflective mirror 9-10 and the beam splitter 9-2. The acousto-optic modulator 9-11 of Fig. 9 is connected by its control input to the control unit of the complex 25. This acousto-optic modulator 9-11 serves to change (shift) the optical frequency of the laser radiation from the reference laser radiation generator 17 of Fig. 1, which is necessary to establish the necessary optical the frequency of the laser local oscillator, which, in this embodiment of the BMS, uses a reference laser radiation generator 17. The optical attenuator 9-3 of Fig. 9 serves as a controlled attenuation of the laser about radiation, which is necessary to establish the optimal laser heterodyning mode when registering with a photodetector 9-4 in Fig. 9 beatings of laser oscillator radiation from a reference laser radiation source 17 and received radiation entering the first input diaphragm, pos. 9-1 of Fig. 9 BMLS. The shift of the optical frequency and the attenuation of the laser radiation are controlled by commands from the control unit of the complex 25 of Fig. 1, received by the acousto-optic modulator 9-11 and optical attenuator 9-3 of Fig. 9. As the last used, for example, a block of optical filters moved by a stepper motor. Block 9-3 (Fig. 9) also includes an additional lens focusing the radiation into the plane of the photodetector 9-4. In the second embodiment, the BMSS 11 uses a frequency-tunable laser generator as a laser local oscillator, similar to the LGPCH of FIG. 3, item 21 of FIG. 1, the control units of which are connected to the control unit of the complex 25. This LGPCH in this second embodiment takes position 9- 3 in FIG. 9. Further, when describing the operation of the BMLS unit 11, this particular second embodiment of the laser local oscillator is given, in which the position 9-3 in Fig. 9 should be understood as LGPH, the description of which is presented in the application text and in Fig. 3.

При этом в основном чертеже комплекса фиг.1 приведен более общий случай выполнения БМЛС 11, при котором в качестве лазерного гетеродина используют эталонный источник лазерного излучения 17, а для сдвига частоты лазерного гетеродина используют акустооптический модулятор 9-11 фиг.9, управляемый от блока управления комплекса 25. Представленное далее описание работы БМЛС 11 отражает оба представленных варианта выполнения лазерного гетеродина в виде или отдельного ЛГПЧ или в виде эталонного генератора лазерного излучения 17.At the same time, in the main drawing of the complex of Fig. 1, a more general case of performing BMS 11 is given, in which the reference laser source 17 is used as the laser local oscillator, and the acousto-optic modulator 9-11 of Fig. 9, controlled from the control unit, is used to shift the frequency of the laser local oscillator complex 25. The following description of the operation of the BMSL 11 reflects both of the presented embodiments of the laser local oscillator in the form of either a separate LGPCH or in the form of a reference laser radiation generator 17.

Усиленное в АКФПЧ 5 фиг.1 лазерное излучение поступает на оптический вход БМЛС 11 через оптический фильтр 6 и полупрозрачные зеркала 13, 14, 15 и соответственно на входную диафрагму поз.9-1 на фиг.9. Далее лазерное излучение поступает на фоточувствительную площадку фотоприемника 9-4 фиг.9, выполняющего функцию смесителя оптического диапазона. Одновременно на фотоприемник 9-4 поступает лазерное излучение от лазерного гетеродина 9-3 через отражательное зеркало 9-10 и светоделитель 9-2. Первый усилитель промежуточной частоты 9-5 осуществляет усиление сигнала биений и всей полосы частот многоканального сигнала, которая может составлять порядка 200-300 МГц. Далее с помощью смесителя радиодиапазона 9-6 и гетеродина 9-7 радиодиапазона осуществляют второе преобразование и понижение частоты принимаемого информационного сигнала. В результате второго преобразования формируется многоканальный сигнал с частотным уплотнением каналов передачи информации, который далее усиливается многоканальным усилителем промежуточных частот 9-8.The laser radiation amplified in the AFPCh 5 of FIG. 1 is fed to the optical input of the BMS 11 through the optical filter 6 and translucent mirrors 13, 14, 15 and, accordingly, to the input diaphragm, pos. 9-1 in Fig. 9. Next, the laser radiation enters the photosensitive area of the photodetector 9-4 of Fig. 9, which performs the function of an optical range mixer. At the same time, the laser detector 9-4 receives laser radiation from the laser local oscillator 9-3 through a reflective mirror 9-10 and a beam splitter 9-2. The first intermediate frequency amplifier 9-5 amplifies the beat signal and the entire frequency band of the multi-channel signal, which can be on the order of 200-300 MHz. Next, using the mixer of the radio range 9-6 and the local oscillator 9-7 of the radio range carry out the second conversion and lowering the frequency of the received information signal. As a result of the second conversion, a multi-channel signal with frequency multiplexing of information transmission channels is formed, which is further amplified by a multi-channel amplifier of intermediate frequencies 9-8.

Далее осуществляют демодуляцию сигналов в каждом из каналов с помощью многоканального демодулятора 9-9, с выходов которого в цифровой форме (или в аналоговой форме) информация поступает в блок 27 получатель информации и в блок управления комплекса 25. Информация с выхода блока 9-9 фиг.9 поступает в блок-получатель информации 27 фиг.1 через блок управления комплекса 25.Next, the signals are demodulated in each of the channels using a multi-channel demodulator 9-9, from the outputs of which in digital form (or in analog form) the information goes to the information receiver unit 27 and to the control unit of the complex 25. Information from the output of unit 9-9 of FIG. .9 enters the information receiving unit 27 of FIG. 1 through the control unit of the complex 25.

В качестве лазерного гетеродина 9-3 фиг.9 используют лазерный генератор с перестройкой частоты, аналогичный ЛГПЧ 21 фиг.1. Управление частотой излучения лазерного гетеродина 9-3 фиг.9 осуществляют по сигналам от блока управления комплекса 25. Величину частоты лазерного гетеродина 9-3 fГ устанавливают в соответствии со следующим соотношением:As a laser local oscillator 9-3 of FIG. 9, a frequency-tunable laser generator similar to the LGPCH 21 of FIG. 1 is used. The frequency of the laser oscillator 9-3 of Fig. 9 is controlled by the signals from the control unit of the complex 25. The frequency of the laser oscillator 9-3 f G is set in accordance with the following ratio:

Figure 00000065
Figure 00000065

где fПЧ1 - промежуточная частота первого усилителя промежуточной частоты 9-5 фиг.9, лежащая в общем случае в СВЧ-диапазоне и определяемая частотой поднесущей модулирующего сигнала, поступающего на модулятор лазерного излучения 30 фиг.1 в базовой (или соответственно бортовой) части комплекса при модуляции лазерного излучения информационным передаваемым сигналом; fпр - оптическая частота принимаемого лазерного излучения.where f IF1 is the intermediate frequency of the first intermediate frequency amplifier 9-5 of Fig. 9, which generally lies in the microwave range and is determined by the frequency of the subcarrier of the modulating signal supplied to the laser radiation modulator 30 of Fig. 1 in the base (or, respectively, onboard) part of the complex when modulating laser radiation with an information transmitted signal; f CR - the optical frequency of the received laser radiation.

При приеме излучения в бортовой части комплекса согласно (6) fпр равна:When receiving radiation in the onboard part of the complex according to (6), f pr is equal to:

Figure 00000066
Figure 00000066

При приеме лазерного излучения в базовой части комплекса согласноWhen receiving laser radiation in the base of the complex according to

Figure 00000067
Figure 00000067

Таким образом, в базовой и бортовой частях комплекса при одинаковой величине промежуточной частоты fПЧ1 устанавливают различные величины оптической частоты fг лазерного гетеродина 9-3.Thus, in the base and onboard parts of the complex with the same value of the intermediate frequency f IF 1 set different values of the optical frequency f g of the laser oscillator 9-3.

При приеме излучения в бортовой части комплекса необходимая оптическая частота лазерного гетеродина 9-3 fЛГ2 равна:When receiving radiation in the onboard part of the complex, the necessary optical frequency of the laser oscillator 9-3 f LG2 is equal to:

Figure 00000068
Figure 00000068

При приеме лазерного излучения в базовой части комплекса необходимая оптическая частота лазерного гетеродина 9-3 fЛГ1 равна:When receiving laser radiation in the base part of the complex, the necessary optical frequency of the laser oscillator 9-3 f LG1 is equal to:

Figure 00000069
Figure 00000069

Данное различие частот лазерного гетеродина 9-3 обусловлено тем, что в базовой части комплекса осуществляют предварительную компенсацию доплеровского сдвига оптической частоты как при излучении лазерного сигнала (излучения) в сторону бортовой части, так и при приеме лазерного излучения от бортовой части комплекса путем сдвига центральной частоты полосы приема лазерного излучения в АКФПЧ 5 фиг.1. В бортовой части комплекса прием лазерного излучения и генерацию лазерного излучения, несущего информационный сигнал, осуществляют вначале на частоте f0 рабочего лазерного перехода. При этом частоту лазерного гетеродина 9-3 выбирают равной fЛГ2=f0-fПЧ1.This difference in the frequencies of the laser oscillator 9-3 is due to the fact that in the base part of the complex, the Doppler shift of the optical frequency is preliminarily compensated both when the laser signal (radiation) is radiated towards the side part, and when laser radiation is received from the side part of the complex by shifting the center frequency laser reception bands in the AHRC 5 of FIG. 1. In the onboard part of the complex, the reception of laser radiation and the generation of laser radiation carrying an information signal is carried out initially at a frequency f 0 of the working laser transition. The frequency of the laser local oscillator 9-3 is chosen equal to f LG2 = f 0 -f IF1 .

Далее в бортовой части комплекса после определения величины сдвига оптической частоты Δν2 (7) частоту лазерного гетеродина устанавливают равнойThen, in the onboard part of the complex, after determining the shift of the optical frequency Δν 2 (7), the frequency of the laser local oscillator is set equal to

Figure 00000070
Figure 00000070

В результате реализуется точная компенсация доплеровского сдвига при приеме и демодуляции лазерного излучения в блоке многоканальной лазерной связи фиг.9 методом лазерного гетеродинирования, при которой полоса и несущая частота биений на выходе фотоприемника 9-4 фиг.9 точно соответствует промежуточной частоте и параметрам первого усилителя промежуточной частоты 9-5 фиг.9.As a result, accurate compensation of the Doppler shift is realized when laser radiation is received and demodulated in the multi-channel laser communication unit of Fig. 9 by laser heterodyning, in which the band and the carrier beat frequency at the output of the photodetector 9-4 of Fig. 9 exactly correspond to the intermediate frequency and the parameters of the first intermediate amplifier frequencies 9-5 of Fig. 9.

В базовой части комплекса частоту лазерного гетеродина 9-3 fЛГ1 сразу устанавливают в соответствии с величиной (39), определяемой первоначально измеренной величиной доплеровского сдвига (1). После определения в бортовой части комплекса оптического сдвига Δν2 и изменения в соответствии с этим измеренным сдвигом оптической частоты fГ2 лазерного излучения, генерируемого в бортовой части комплекса и излучаемого в направлении базовой части комплекса, реализуется точная компенсация доплеровского сдвига при приеме лазерного излучения от бортовой части комплекса в базовой части комплекса, в результате чего установленное в базовой части комплекса значение частоты лазерного гетеродина fЛГ1 (39) является оптимальным и обеспечивает полное и точное согласование полосы и частоты сигнала биений на выходе фотоприемника 9-4 фиг.9 в базовой части комплекса с частотой и параметрами первого усилителя промежуточной частоты 9-5 фиг.9.In the base part of the complex, the frequency of the laser oscillator 9-3 f LG1 is immediately set in accordance with the value (39) determined by the initially measured value of the Doppler shift (1). After determining the optical shift Δν 2 in the side part of the complex and changing the laser radiation generated in the side part of the complex and emitted in the direction of the base part of the complex in accordance with this measured shift of the optical frequency f Г2 , the exact Doppler shift is compensated when receiving laser radiation from the side part complex in the base part of the complex, as a result of which the frequency of the laser local oscillator f LG1 (39) set in the base part of the complex is optimal and provides full and accurate matching of the band and frequency of the beat signal at the output of the photodetector 9-4 of Fig. 9 in the base part of the complex with the frequency and parameters of the first intermediate frequency amplifier 9-5 of Fig. 9.

Далее в базовой и бортовой частях комплекса с помощью смесителя радиодиапазона 9-6 и гетеродина 9-7 фиг.9 осуществляют второе частотное преобразование принимаемого информационного сигнала с выхода первого усилителя промежуточной частоты 9-5 и обеспечивают точную настройку этого сигнала на соответствующие частоты многоканального усилителя промежуточной частоты 9-8. После этого осуществляют раздельную демодуляцию в каждом из каналов с выхода многоканального усилителя промежуточной частоты 9-8 с помощью соответствующих элементов многоканального демодулятора 9-9 фиг.9.Next, in the base and onboard parts of the complex, using a radio frequency mixer 9-6 and a local oscillator 9-7 of Fig. 9, a second frequency conversion of the received information signal from the output of the first intermediate frequency amplifier 9-5 is performed and the signal is precisely tuned to the corresponding frequencies of the multi-channel intermediate amplifier frequencies 9-8. After that, separate demodulation is carried out in each of the channels from the output of the multi-channel amplifier of intermediate frequency 9-8 using the corresponding elements of the multi-channel demodulator 9-9 of Fig. 9.

Следует отметить, что в бортовой части комплекса на первом этапе приема лазерного излучения при установленном первичном значении частоты лазерного гетеродина fЛГ2 в соответствии с (38) вследствие неполной компенсации реального доплеровского сдвига частоты часть каналов многоканального принимаемого информационного сигнала может оказаться вне полосы высокочувствительного приема лазерного излучения в АКФПЧ 5. В этом случае на первом этапе в бортовой части комплекса возможен прием только ограниченного объема информации с помощью блока лазерной многоканальной связи фиг.9 за счет нескольких каналов, попадающих в полосу приема и усиления в АКФПЧ 5. Этого достаточно для передачи технической информации от базовой части комплекса к бортовой части комплекса, необходимой на первом этапе для вхождения в режим космической связи. На втором этапе после компенсации измеренной величины сдвига Δν2 оптической частоты в бортовой части комплекса в базовой и бортовой частях комплекса установлен режим приема информационного сигнала в блоке многоканальной лазерной связи 11 фиг.1, обеспечивающий передачу полномасштабного широкополосного сигнала с частотным уплотнение каналов и большим объемом передаваемой информации, соответствующим потенциальным возможностям лазерного информационного сигнала.It should be noted that in the on-board part of the complex at the first stage of laser radiation reception with the initial value of the laser oscillator frequency f LG2 set in accordance with (38) due to incomplete compensation of the real Doppler frequency shift, some of the channels of the multichannel received information signal may be outside the band of highly sensitive laser radiation reception in AFCHR 5. In this case, at the first stage, only a limited amount of information can be received using the the multi-channel communication of Fig. 9 due to several channels falling into the reception and amplification band in the AHFCH 5. This is sufficient to transmit technical information from the base of the complex to the airborne part of the complex, which is necessary at the first stage to enter the space communication mode. In the second stage, after compensation of the measured amount of the shift Δν 2 of the optical frequency in the onboard part of the complex in the base and onboard parts of the complex, the mode of receiving the information signal in the multi-channel laser communication unit 11 of Fig. 1 is established, which ensures the transmission of a full-scale wideband signal with frequency channel multiplexing and a large amount of transmitted information relevant to the potential of the laser information signal.

Первый и второй фотоприемные блоки (ФПБ) 9, 10 выполнены на основе стандартных двумерных фотоприемных матриц, имеющих диапазон чувствительности, соответствующий используемой длине волны λ0 активной среды ЛГПЧ. Многоканальные выходы от ФПБ 9, 10 подсоединены через соответствующий интерфейс к блоку управления комплекса 25. Первый ФПБ 9 предназначен для приема координатной информации и определяет двумерные координаты принимаемого лазерного излучения в фокусе первой линзы 7, которые в блоке управления комплекса 25 используют для выработки управляющих сигналов, поступающих в цифровой форме в ОПУ 3 для более точного направления осей приемной 1 и передающей 4 оптических антенн в сторону бортовой (или соответственно базовой) части комплекса.The first and second photodetector blocks (FPBs) 9, 10 are made on the basis of standard two-dimensional photodetector arrays having a sensitivity range corresponding to the used wavelength λ 0 of the active LGSL medium. The multi-channel outputs from the FPB 9, 10 are connected via an appropriate interface to the control unit of the complex 25. The first FPB 9 is designed to receive coordinate information and determines the two-dimensional coordinates of the received laser radiation at the focus of the first lens 7, which are used in the control unit of the complex 25 to generate control signals, arriving in digital form in the OPU 3 for a more accurate direction of the axes of the receiving 1 and transmitting 4 optical antennas towards the side (or base) of the complex.

Второй фотоприемный блок 10 предназначен для приема и демодуляции принимаемого лазерного излучения, усиленного в АКФПЧ 5. Каждый чувствительный элемент в ФПБ 10 снабжен электронным усилителем, выход которого подключен к соответствующему индивидуальному аналого-цифровому преобразователю. Выходы ФПБ 10 так же, как и поз.9, подключены к соответствующим интерфейсам блока управления комплекса 25. ФПБ 10 осуществляет демодуляцию принятого лазерного излучения, промодулированного передаваемым цифровым сигналом по амплитуде или поляризации. Для демодуляции лазерного излучения с модуляцией по поляризации ФПБ 10 снабжен поляризационным оптическим фильтром, установленным перед фоточувствительной матрицей в ФПБ 10.The second photodetector unit 10 is designed to receive and demodulate the received laser radiation amplified in the AFPCh 5. Each sensitive element in the FPB 10 is equipped with an electronic amplifier, the output of which is connected to the corresponding individual analog-to-digital converter. The outputs of the FPB 10 as well as pos. 9 are connected to the corresponding interfaces of the control unit of the complex 25. The FPB 10 demodulates the received laser radiation modulated by the transmitted digital signal in amplitude or polarization. For demodulation of laser radiation with polarization modulation, the FPB 10 is equipped with a polarizing optical filter installed in front of the photosensitive matrix in the FPB 10.

При этом информация снимается с того элемента (или группы элементов) в фоточувствительной матрице в ФПБ 10, на который в данный момент попадает (поступает) лазерное излучение, принятое оптической приемной антенной 1. При смещении принимаемого пятна (лазерного излучения) в фокусе линзы 8 вследствие неточного наведения оси приемной оптической антенны 1 на корреспондента - бортовую (базовую) часть комплекса информация снимается с соседнего элемента (группы элементов) в матрице ФПБ 10. Таким образом, наличие в ФПБ 10 многоэлементной двумерной матрицы позволяет компенсировать неточность наведения оптической оси приемной оптической антенны 1 на передающую антенну корреспондента (передатчика) без дополнительного устройства наведения, как в устройстве-прототипе [5].In this case, information is taken from that element (or group of elements) in the photosensitive matrix in the FPB 10, which is currently receiving (receiving) laser radiation received by the optical receiving antenna 1. When the received spot (laser radiation) is displaced in the focus of the lens 8 due to inaccurate pointing of the axis of the receiving optical antenna 1 to the correspondent — the airborne (base) part of the complex, the information is removed from the neighboring element (group of elements) in the FPB 10 matrix. Thus, the presence of a multi-element two-dimensional matrix in the FPB 10 gical compensates pointing inaccuracy of the optical axis of the optical reception antenna 1 to transmit a correspondent antenna (transmitter) without any additional guidance device, as in the prior art device [5].

Блок определения параметров движения поз.26 на фиг.1 содержит стандартную электронно-вычислительную машину, осуществляющую вычисление скорости движения бортовой части комплекса относительно базовой части (и наоборот) по траекторным параметрам, или другим данным, поступающим от блока внешнего целеуказания 29.The block for determining the motion parameters of pos. 26 in FIG. 1 contains a standard electronic computer that calculates the speed of the onboard part of the complex relative to the base part (and vice versa) according to the trajectory parameters or other data coming from the external target designation unit 29.

Блок определения параметров движения 26 дополнительно снабжен радиолокатором, установленным совместно с оптическими приемной и передающей антеннами на базовом конструктивном элементе поз.2 фиг.1. Данный радиолокатор имеет свое опорно-поворотное устройство, позволяющее ориентировать визирную ось радиолокатора в направлении соответственно бортовой или базовой частей комплекса по данным внешнего целеуказания, аналогично предварительной ориентации приемной и передающей оптических антенн. Предполагается использование стандартного радиолокатора, который обеспечивает подсвет бортовой (базовой) части комплекса излучением электромагнитной волны в сантиметровом или миллиметровом диапазоне, прием и обработку отраженного сигнала, определение пространственных координат и радиальной скорости V1 бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса и соответственно скорости базовой части относительно бортовой части комплекса [15]. Полученная информация о величине V1 поступает далее в блок управления комплекса 25.The motion parameter determination unit 26 is additionally equipped with a radar installed in conjunction with the optical receiving and transmitting antennas on the basic structural element pos.2 of figure 1. This radar has its own rotary support device that allows you to orient the radar sighting axis in the direction of the airborne or base parts of the complex, respectively, according to external target designation, similar to the preliminary orientation of the receiving and transmitting optical antennas. It is supposed to use a standard radar, which provides illumination of the side (base) part of the complex with electromagnetic wave radiation in the centimeter or millimeter range, reception and processing of the reflected signal, determination of spatial coordinates and radial velocity V 1 of the side part of the complex relative to the base part of the complex and, accordingly, the speed of the base part relative to the side of the complex [15]. The obtained information on the value of V 1 then goes to the control unit of the complex 25.

Оптический фильтр поз.6 фиг.1 предназначен для фильтрации от фоновых и помеховых излучений в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах длин волн и выполнен из оптического стекла с заданной характеристикой спектрального пропускания и ослабления проходящего излучения.The optical filter pos.6 of figure 1 is designed for filtering from background and interfering radiation in the ultraviolet and infrared wavelength ranges and is made of optical glass with a given characteristic of spectral transmittance and attenuation of transmitted radiation.

Блок управления комплекса поз.25 на фиг.1 выполнен на базе стандартной ЭВМ с соответствующими блоками сопряжения с элементами устройства - базовой или бортовой частей комплекса. В данном блоке 25 формируют управляющие сигналы, определяющие работу отдельных элементов комплекса, а также распределение полученных информационных сигналов и принятие решения о переводе комплекса в соответствующий режим работы.The control unit of the complex pos.25 in figure 1 is made on the basis of a standard computer with corresponding blocks for interfacing with the elements of the device - the base or onboard parts of the complex. In this block 25, control signals are generated that determine the operation of individual elements of the complex, as well as the distribution of the received information signals and the decision to transfer the complex to the appropriate operating mode.

Одним из вариантов определения (оценки) скорости движения V1 бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса является прямое определение (оценка) в базовой части комплекса величины скорости V1 и соответственно доплеровского сдвига частоты Δfd. Для осуществления этого варианта определения V1 в стадии установления космической связи после взаимной ориентации антенн в базовой и бортовой частях комплекса в бортовой части комплекса осуществляют генерацию лазерного излучения с помощью ЛГПЧ на частоте f0 - основной рабочей частоте используемого активного вещества ЛГПЧ и АКФПЧ в обеих частях комплекса, которая хорошо известна. Далее в базовой части комплекса осуществляют прием и квантовое усиление данного излучения и осуществляют определение сдвига частоты данного принятого излучения относительно эталонной оптической частоты f0 эталонного генератора 17 лазерного излучения с помощью первого блока измерения оптической частоты 12 Δf01. Данный полученный сдвиг частоты используют для определения скорости V1 по формуле

Figure 00000071
.One of the options for determining (estimating) the speed of movement V 1 of the onboard part of the complex relative to the base part of the complex is to directly determine (estimate) in the base part of the complex the magnitude of the velocity V 1 and, accordingly, the Doppler frequency shift Δf d . To implement this variant of determining V 1 at the stage of establishing space communication after the relative orientation of the antennas in the base and onboard parts of the complex, on-board parts of the complex generate laser radiation using LGPH at a frequency f 0 - the main working frequency of the active substance used LGPH and AFCH in both parts a complex that is well known. Then, in the base part of the complex, a reception and quantum amplification of a given radiation are carried out and a frequency shift of a given received radiation is determined relative to a reference optical frequency f 0 of a reference laser generator 17 using the first optical frequency measuring unit 12 Δf 01 . This obtained frequency shift is used to determine the speed V 1 according to the formula
Figure 00000071
.

Соответственно в качестве величины доплеровского сдвига частоты Δfd используют в данном случае величину полученной оценки Δf01 измеренного сдвига частоты: Δfd=Δf01. Данную оценку Δfd используют далее вместо оценки доплеровского сдвига по формуле (1).Accordingly, in this case, the value of the obtained estimate Δf 01 of the measured frequency shift is used as the value of the Doppler frequency shift Δf d : Δf d = Δf 01 . This estimate Δf d is then used instead of estimating the Doppler shift according to formula (1).

Определение скорости V1 на основании траекторных данных в блоке определения параметров движения 26 осуществляют следующим образом. В блок 26 от блока внешнего целеуказания поз.29 фиг.1 поступают данные, характеризующие траекторию движения бортовой части комплекса поз.2 фиг.2 - траекторию движения космического аппарата поз.4 фиг.2, на борту которого находится бортовая часть комплекса. Данные представлены в виде массива информации S(t)={x(t),y(t),z(t)}, характеризующего координаты бортовой части комплекса в зависимости от параметра t - единого времени в системе координат относительно базовой части комплекса. При расположении базовой части комплекса на поверхности Земли параметры траектории S(t) бортовой части комплекса относительно Земли являются непосредственно результатами расчета параметров движения в космическом пространстве относительно Земли бортовой части комплекса для единого текущего времени, которые выполняются в центре управления полетами космических аппаратов для каждого запуска КА в космическое пространство и которые используются для слежения за движением КА, контроля выполнения КА заданных функций космического полета и для осуществления космической связи с КА. В случае совместного и одновременного движения в космическом пространстве бортовой и базовой частей комплекса в центре управления полетами космических аппаратов осуществляют расчет параметров движения по отдельности бортовой и базовой частей комплекса относительно Земли и по этим данным вычисляют траекторию движения бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса (и наоборот). Как отмечено, данный массив информации S(t)={x(t),y(t),z(t)} поступает от блока внешнего целеуказания 29 в блок определения параметров движения 26, в котором по известным стандартным алгоритмам определяют параметры вектора скорости V(t) движения бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса в виде, например, соответствующих производных по времени для любого момента t единого времени:The determination of the speed V 1 based on the trajectory data in the block for determining the motion parameters 26 is as follows. In block 26, from the external target designation block, pos. 29 of Fig. 1, data are received characterizing the trajectory of the onboard part of the complex, pos. 2 of Fig. 2 - the trajectory of the spacecraft pos. 4 of Fig. 2, on board of which there is an onboard part of the complex. The data are presented as an array of information S (t) = {x (t), y (t), z (t)}, which characterizes the coordinates of the onboard part of the complex, depending on the parameter t, which is a single time in the coordinate system relative to the base part of the complex. When the base part of the complex is located on the Earth’s surface, the trajectory parameters S (t) of the onboard part of the complex relative to the Earth are directly the results of calculating the motion parameters in outer space relative to the Earth of the onboard part of the complex for a single current time, which are performed in the spacecraft flight control center for each spacecraft launch into outer space and which are used to monitor the motion of the spacecraft, to monitor the performance of the spacecraft given functions of space flight and To implement space communication with the spacecraft. In the case of joint and simultaneous movement in outer space of the onboard and base parts of the complex at the spacecraft flight control center, the motion parameters are calculated separately for the onboard and base parts of the complex relative to the Earth, and the trajectory of the onboard part of the complex relative to the base part of the complex is calculated from these data (and vice versa ) As noted, this array of information S (t) = {x (t), y (t), z (t)} comes from the external target designation unit 29 to the motion parameter determination unit 26, in which the velocity vector parameters are determined by known standard algorithms V (t) the movement of the onboard part of the complex relative to the base part of the complex in the form, for example, of the corresponding derivatives with respect to time for any time t of a single time:

Figure 00000072
Figure 00000072

Далее в блоке 26 для любого момента времени t определяют составляющую скорости V1 бортовой части комплекса по линии взаимного визирования относительно базовой части комплекса на основе вектора скорости V(t), характеризуемого тремя компонентами вектора скорости по трем осям декартовой системы координат (x, y, z). При этом линия визирования является известной и определяется для каждого момента времени t по направляющим косинусам вектора направления от базовой части комплекса в бортовую часть комплекса с координатами {x(t), y(t), z(t)}. Далее полученное значение относительной радиальной скорости V1 используют для определения доплеровского сдвига Δfd оптической частоты.Next, in block 26, for any time moment t, the velocity component V 1 of the onboard part of the complex is determined from the mutual sight line relative to the base part of the complex based on the velocity vector V (t), characterized by three components of the velocity vector along the three axes of the Cartesian coordinate system (x, y, z). Moreover, the line of sight is known and is determined for each moment of time t by the direction cosines of the direction vector from the base of the complex to the side of the complex with coordinates {x (t), y (t), z (t)}. Next, the obtained value of the relative radial velocity V 1 is used to determine the Doppler shift Δf d of the optical frequency.

Определение параметров траектории движения космических аппаратов осуществляют по известным алгоритмам, приведенным в литературе по исследованию движения космических объектов и спутников [16].The determination of the parameters of the trajectory of spacecraft is carried out according to well-known algorithms given in the literature on the study of the motion of space objects and satellites [16].

Таким образом, определение скорости V1 движения бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса может быть осуществлено следующими тремя способами:Thus, the determination of the speed V 1 the movement of the onboard part of the complex relative to the base part of the complex can be carried out in the following three ways:

1. Определение скорости V1 на основе вычисления, исходя из параметров траектории движения бортовой части относительно базовой части комплекса.1. The determination of the speed V 1 based on a calculation based on the parameters of the trajectory of the airborne part relative to the base part of the complex.

2. На основе определения скорости V1 с помощью стандартного радиолокатора, входящего в состав блока определения параметров движения поз.26 фиг.1.2. Based on the determination of the speed V 1 using a standard radar, which is part of the unit for determining the parameters of motion pos.26 figure 1.

3. На основе определения скорости V1 путем измерения сдвига оптической частоты лазерного излучения, излученного в бортовой части комплекса на известной частоте f0 рабочего лазерного перехода и принятого в базовой части комплекса.3. Based on the determination of the speed V 1 by measuring the shift of the optical frequency of the laser radiation emitted in the side part of the complex at a known frequency f 0 of the working laser transition and adopted in the base part of the complex.

Каждый из этих способов определения скорости V1 имеет свои преимущества при установлении лазерной космической связи в соответствующих условиях. Например, при установлении дальней космической связи целесообразно использовать информацию о траектории бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса и определять скорость V1 на основе расчета по параметрам траектории, полученным по данным внешнего целеуказания.Each of these methods for determining the speed V 1 has its own advantages in establishing laser space communications in appropriate conditions. For example, when establishing long-distance space communications, it is advisable to use information about the trajectory of the onboard part of the complex relative to the base part of the complex and determine the speed V 1 based on the calculation of the trajectory parameters obtained from the external target designation.

При установлении лазерной связи с КА, входящим в плотные слои атмосферы при посадке на Землю, целесообразно использовать определение скорости V1 с помощью радиолокатора, входящего в состав блока определения параметров движения 26.When establishing laser communication with a spacecraft entering the dense layers of the atmosphere when landing on Earth, it is advisable to use the definition of speed V 1 using a radar, which is part of the unit for determining motion parameters 26.

Соответственно используемому варианту определения скорости движения V1 блок определения параметров движения 26 может иметь различный состав.According to the used variant of determining the speed of movement V 1, the block for determining motion parameters 26 may have a different composition.

Блок определения параметров движения 26 содержит стандартную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ, ПК), в которой осуществляют определение скорости V1 на основе траекторных данных, поступающих от блока внешнего целеуказания 29. Дополнительно в состав блока определения параметров движения 26 введен радиолокатор, обеспечивающий определение скорости V1 локационным методом [15], то есть путем анализа параметров сигнала, отраженного от бортовой части комплекса при ее облучении данным радиолокатором. Определение скорости V1 бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса, в состав блока 26 которой введен данный радиолокатор, осуществляют по известным алгоритмам, позволяющим на основе обработки радиолокационного сигнала определять скорость V1 лоцируемого объекта, в данном случае скорость бортовой части комплекса [15].The motion parameter determination unit 26 contains a standard electronic computer (PC, PC), in which the speed V 1 is determined based on the trajectory data received from the external target designation unit 29. Additionally, a radar providing speed determination is added to the motion parameter determination unit 26 V 1 by the location method [15], that is, by analyzing the parameters of the signal reflected from the side of the complex when it is irradiated with this radar. Determining the speed V 1 of the onboard part of the complex relative to the base part of the complex, into the block 26 of which this radar is introduced, is carried out according to well-known algorithms that allow, based on the processing of the radar signal, to determine the speed V 1 of the located object, in this case the speed of the side of the complex [15].

Входящий в состав блока определения параметров движения 26 фиг.1 радиолокатор может быть установлен на базовом элементе 2 совместно с приемной и передающей оптическими антеннами или может иметь отдельное ОПУ и устанавливается на платформе КА 32 фиг.1.The radar, which is part of the motion parameter determination unit 26 of FIG. 1, can be mounted on the base element 2 together with the receiving and transmitting optical antennas, or it can have a separate control system and is installed on the SC 32 platform of FIG. 1.

Высокая чувствительность приема информационных лазерных сигналов, реализованная в предлагаемом комплексе ЛКС, а также высокая помехозащищенность комплекса по отношению к внешним фоновым засветкам позволяет эффективно использовать его для создания специальных систем космической связи.The high sensitivity of receiving information laser signals implemented in the proposed LKS complex, as well as the high noise immunity of the complex with respect to external background illumination, allows it to be effectively used to create special space communication systems.

Важной областью применения комплекса лазерной космической связи является использование его для осуществления связи с космическим кораблем (КК), входящим в плотные слои атмосферы при посадке КК на Землю, а также и при посадке на поверхность других планет, обладающих атмосферой, например, на поверхность Венеры. Вследствие высокой скорости вхождения КК в атмосферу вокруг его корпуса возникает плазма, препятствующая прохождению электромагнитных волн радиодиапазона, вследствие чего в момент посадки КК на Землю всегда имеет место перерыв радиосвязи. Этот перерыв исключает возможность осуществлять переговоры между экипажем КК и командным пунктом на Земле, а также препятствует приему на КК и передаче на Землю телеметрической информации.An important area of application of the laser-space communications complex is its use for communicating with a spacecraft (SC) entering the dense layers of the atmosphere when the spacecraft land on the Earth, as well as other planets with an atmosphere, for example, on the surface of Venus, landing on the surface. Due to the high speed of spacecraft entering the atmosphere around its body, a plasma appears, which prevents the passage of electromagnetic waves in the radio range, as a result of which there is always a break in radio communications at the time of the landing of the spacecraft on Earth. This break excludes the possibility of negotiations between the spacecraft crew and the command post on Earth, and also prevents the reception of spacecraft and the transmission of telemetry information to Earth.

В то же время электромагнитное излучение видимого и ближнего ИК-диапазона свободно проходит через плазменный слой, образующийся вокруг КК при его движении в атмосфере Земли, что обеспечивает возможность осуществления непрерывной связи с КК в течение всего периода его посадки на поверхность Земли.At the same time, electromagnetic radiation of the visible and near infrared ranges freely passes through the plasma layer formed around the spacecraft during its movement in the Earth’s atmosphere, which provides the possibility of continuous communication with the spacecraft during the entire period of its landing on the Earth’s surface.

На фиг.10 приведена схема организации лазерной связи с КК во время его посадки на Землю с использованием предложенного комплекса лазерной космической связи.Figure 10 shows a diagram of the organization of laser communication with spacecraft during its landing on Earth using the proposed complex of laser space communications.

На фиг.10 приведены следующие элементы комплекса лазерной космической связи (ЛКС).Figure 10 shows the following elements of the complex laser space communications (LKS).

10-1. Базовая часть комплекса ЛКС, установленная на космическом аппарате 10-2, находящемся на орбите вокруг Земли.10-1. The base part of the LKS complex, installed on the 10-2 spacecraft in orbit around the Earth.

10-3. Приемная и передающая оптические антенны базовой части комплекса.10-3. The receiving and transmitting optical antennas of the base part of the complex.

10-4. Блок определения параметров движения базовой части комплекса, содержащий радиолокатор.10-4. The unit for determining the motion parameters of the base part of the complex, containing a radar.

10-5. Космический корабль (КК), осуществляющий посадку на поверхность Земли 10-8 и проходящий через плотные слои атмосферы Земли.10-5. A spacecraft (SC), landing on the surface of the Earth 10-8 and passing through the dense layers of the Earth's atmosphere.

10-6. Бортовая часть комплекса лазерной космической связи, установленная на борту КК 10-5.10-6. The onboard part of the complex of laser space communications installed onboard the spacecraft 10-5.

10-7. Иллюминатор, установленный вровень с корпусом КК 10-5 для вывода и приема лазерного излучения оптических антенн бортовой части комплекса лазерной космической связи.10-7. A porthole installed flush with the KK 10-5 case for outputting and receiving laser radiation from optical antennas of the onboard part of the laser-space communication complex.

Таким образом, согласно приведенной на фиг.10 схеме связь с КК 10-5, совершающим посадку на Землю, осуществляют через космический аппарат 10-2, несущий базовую часть комплекса лазерной космической связи. КА 10-2 находится на околоземной орбите и обеспечивает ретрансляцию связи с КК 10-5 через соответствующие каналы связи на Землю. Возможно также использование базового комплекса лазерной космической связи, установленного на поверхности Земли и обеспечивающего лазерную связь с КК 10-5 непосредственно с поверхности Земли. При осуществлении лазерной космической связи с КК 10-5 радиолокатор, входящий в блок определения параметров движения 10-4 в базовой части комплекса ЛКС, обеспечивает базовую часть комплекса информацией о направлении на КК 10-5 и величине радиальной скорости V1 КК 10-5 относительно КА 10-2, что необходимо, как было показано выше, для вхождения в режим лазерной связи и установления оптимального режима лазерной связи между движущимися базовой и бортовой частями комплекса ЛКС.Thus, according to the diagram shown in FIG. 10, communication with the spacecraft 10-5 landing on Earth is carried out through a spacecraft 10-2 carrying the basic part of the laser-space communication complex. KA 10-2 is in near-Earth orbit and provides relay communication with KK 10-5 through the appropriate communication channels to the Earth. It is also possible to use the basic complex of laser space communications installed on the Earth’s surface and providing laser communication with spacecraft 10-5 directly from the Earth’s surface. When carrying out laser space communication with KK 10-5, the radar included in the block for determining the parameters of motion 10-4 in the base part of the LKS complex provides the base part of the complex with information about the direction to KK 10-5 and the magnitude of the radial velocity V 1 KK 10-5 relative to KA 10-2, which is necessary, as was shown above, to enter the laser communication mode and establish the optimal laser communication mode between the moving base and onboard parts of the LKS complex.

Для снижения веса, габаритов и энергопотребления аппаратуры, находящейся на борту КК 10-5, в бортовой части комплекса ЛКС использованы лазерный генератор (ЛГ) и АКФ без перестройки частоты, работающие на фиксированной частоте f0. В этом случае реализуется первый или второй модифицированный вариант рассмотренного выше способа лазерной космической связи. Одним из вариантов сокращения объемов аппаратуры бортовой части комплекса ЛКС является исключение из его состава лазерного генератора (ЛГ). При этом для передачи информации с борта КК 10-5 от бортовой части комплекса к базовой части комплекса используют модулятор лазерного излучения поз.30 на фиг.1, выполненный в отражательном исполнении.To reduce the weight, dimensions and energy consumption of the equipment onboard the KK 10-5, a laser generator (LG) and ACF without frequency tuning operating at a fixed frequency f 0 were used in the onboard part of the LKS complex. In this case, the first or second modified version of the laser space communication method discussed above is implemented. One of the options for reducing the equipment volume of the onboard part of the LKS complex is to exclude a laser generator (LG) from its composition. In this case, to transmit information from the KK 10-5 from the onboard part of the complex to the base part of the complex, a laser radiation modulator pos. 30 in Fig. 1 is used, made in a reflective design.

При этом модулятор лазерного излучения 30 фиг.1 осуществляет модуляцию лазерного излучения от базовой части комплекса, принятую передающей оптической антенной 4, которая в этом случае работает как приемная антенна и улавливает излучение, идущее от базовой части комплекса - от передающей оптической антенны базовой части комплекса.In this case, the laser radiation modulator 30 of FIG. 1 modulates the laser radiation from the base part of the complex, received by the transmitting optical antenna 4, which in this case acts as a receiving antenna and picks up radiation coming from the base part of the complex - from the transmitting optical antenna of the base part of the complex.

В этом режиме работы модулятора лазерного излучения 30 падающее на него лазерное излучение от передающей оптической антенны 4 подвергается модуляции информационным сигналом от блока 25 и от источника информации 28, далее отражается от зеркала, нанесенного в виде покрытия на вторую внешнюю грань модулятора 30. В обратном ходе промодулированное лазерное излучение проходит через передающую оптическую антенну 4 и излучается в сторону базовой части комплекса. Таким образом, реализуется передача информации от бортовой к базовой части комплекса путем модуляции внешнего лазерного излучения (источника) от базовой части комплекса без использования собственного ЛГПЧ. При этом лазерный генератор ЛГПЧ в базовой части комплекса работает в импульсно-периодическом режиме, при котором часть времени осуществляют модуляцию лазерного излучения от ЛГПЧ информационным передаваемым сигналом, а вторую часть времени модуляция лазерного излучения в базовой части комплекса не производится, а осуществляют модуляцию этого лазерного излучения информационным сигналом в бортовой части комплекса, после чего модулированное лазерное излучение отражается назад в сторону базовой части комплекса, в котором осуществляют прием этого излучения с помощью приемной оптической антенны, усиление излучения в ЛГПЧ и его демодуляцию обычным способом в фотоприемном блоке 10, или в блоке многоканальной лазерной связи 11. На фиг.11 приведена схема модулятора лазерного излучения в отражательном исполнении, где обозначены следующие элементы:In this mode of operation of the laser radiation modulator 30, the laser radiation incident on it from the transmitting optical antenna 4 is subjected to modulation by an information signal from the block 25 and from the information source 28, then it is reflected from the mirror deposited in the form of a coating on the second outer face of the modulator 30. In reverse the modulated laser radiation passes through the transmitting optical antenna 4 and is emitted towards the base part of the complex. Thus, information is transferred from the airborne to the base part of the complex by modulating the external laser radiation (source) from the base part of the complex without using its own LGPCH. In this case, the LGPCH laser generator in the base part of the complex operates in a pulsed-periodic mode, in which part of the time the laser radiation is modulated from the LGPCH by the information transmitted signal, and the second part of the time, laser radiation is not modulated in the base part of the complex, and this laser radiation is modulated an information signal in the onboard part of the complex, after which the modulated laser radiation is reflected back towards the base part of the complex, in which the reception of this radiation using a receiving optical antenna, amplification of the radiation in the LGPH and its demodulation in the usual way in the photodetector unit 10, or in the multi-channel laser communication unit 11. Figure 11 shows a diagram of a laser radiation modulator in reflective design, where the following elements are indicated:

11-1 - модулятор лазерного излучения, выполненный, например, на основе электрооптического кристалла;11-1 - laser radiation modulator, made, for example, based on an electro-optical crystal;

11-2 - отражательное зеркало, нанесенное на вторую грань модулятора;11-2 - reflective mirror deposited on the second face of the modulator;

11-3 - фокусирующая линза, обеспечивающая фокусировку принимаемого немодулированного лазерного излучения от базовой части комплекса на отражательное зеркало 11-2;11-3 - a focusing lens that focuses the received unmodulated laser radiation from the base of the complex on a reflective mirror 11-2;

11-4 - блок управления модулятором 11-1;11-4 - control unit of the modulator 11-1;

11-5 - отраженное модулированное лазерное излучение.11-5 - reflected modulated laser radiation.

Для работы модулятора лазерного излучения 30 в отражательном режиме необходима дополнительная фокусирующая линза (поз.11-3), установленная между передающей оптической антенной 4 и модулятором 30, обеспечивающая обратное отражение излучения точно в направлении излучения, пришедшего от базовой части комплекса. Данный предложенный режим работы комплекса лазерной космической связи без использования в бортовой части комплекса лазерного генератора (передатчика) ЛГПЧ реализован благодаря высокой чувствительности АКФПЧ, достигающей предельной однофотонной квантовой чувствительности, ограниченной квантовым пределом. Данная реализованная экспериментально чувствительность АКФПЧ [7] позволяет обеспечить уверенный прием лазерного информационного сигнала на уровне 2-3 фотона на один бит информации за время порядка Δτ=3 нс на входной апертуре приемной оптической антенны.For the laser radiation modulator 30 to operate in reflective mode, an additional focusing lens (pos. 11-3) is required, which is installed between the transmitting optical antenna 4 and the modulator 30, which ensures the reflection of the radiation exactly in the direction of the radiation coming from the base of the complex. This proposed mode of operation of the laser-space communication complex without the use of an LGPCH in the on-board part of the complex of a laser generator (transmitter) is realized due to the high sensitivity of the AFCF, which reaches the ultimate single-photon quantum sensitivity limited by the quantum limit. This experimentally realized sensitivity of the AFPCR [7] allows for reliable reception of the laser information signal at the level of 2-3 photons per bit of information for a time of the order of Δτ = 3 ns at the input aperture of the receiving optical antenna.

Высокая помехозащищенность комплекса по отношению к внешним фоновым засветкам обусловлена достаточно узкой оптической полосой приема и квантового усиления излучения в АКФПЧ, что позволяет обеспечить прием лазерных информационных сигналов на фоне таких космических источников фоновой засветки, как солнечный диск, практически без снижения чувствительности приема лазерных сигналов. В работе [17] теоретически и экспериментально продемонстрирована возможность приема лазерных сигналов с помощью АКФПЧ комплекса ЛКС на уровне предельной квантовой чувствительности, при которой величина снижения чувствительности при приеме лазерных сигналов на фоне солнечного диска составляла не более 12%.The high noise immunity of the complex with respect to external background illumination is caused by a rather narrow optical band of reception and quantum amplification of radiation in the AFCF, which allows the reception of laser information signals against the background of such cosmic sources of background illumination as the solar disk, with practically no decrease in the sensitivity of reception of laser signals. In [17], theoretically and experimentally, the possibility of receiving laser signals using the AFCF of the LKS complex at the level of ultimate quantum sensitivity was demonstrated, at which the magnitude of the decrease in sensitivity when receiving laser signals against the background of the solar disk was no more than 12%.

Одним из преимуществ лазерных систем космической связи перед системами космической связи радиодиапазона является возможность использования для накачки лазерных генераторов солнечного излучения, то есть использование солнечного излучения для непосредственного возбуждения активного рабочего вещества лазерного генератора - прямой солнечной накачки. Это позволяет сократить количество аппаратуры, находящейся на борту КА, за счет исключения источников электрического питания для накачки лазерных генераторов, а также в определенных пределах повысить КПД лазерных генераторов-передатчиков при использовании солнечной накачки по сравнению с вариантом использования солнечных полупроводниковых батарей и выработки электроэнергии для последующей накачки лазерных генераторов-передатчиков.One of the advantages of laser systems of space communication over space communication systems of the radio range is the possibility of using solar radiation for pumping laser generators, that is, using solar radiation to directly excite the active working substance of a laser generator - direct solar pumping. This makes it possible to reduce the amount of equipment on board the spacecraft by eliminating the sources of electrical power for pumping laser generators, and also to increase the efficiency of laser transmitters when using solar pumping to a certain extent compared with the option of using solar semiconductor batteries and generating electricity for subsequent pumping laser transmitters.

Использование прямой солнечной накачки фотодиссоционных лазерных генераторов на борту КА основано на наличии в спектре солнечного излучения полосы спектра ΔФH, эффективно поглощаемой рабочим веществом лазера, которое в результате этого переходит в возбужденное состояние, обеспечивающее генерацию лазерного излучения.The use of direct solar pumping of photodissociation laser generators onboard a spacecraft is based on the presence in the spectrum of the solar radiation of a band of the spectrum ΔФ H , which is effectively absorbed by the working substance of the laser, which as a result passes into an excited state that generates laser radiation.

Для накачки, например, фотодиссоционных лазерных генераторов эффективной полосой спектра является полоса в солнечном излучении шириной ΔФH=250÷300 нм в ультрафиолетовом диапазоне со средней длиной волны λH≅270 нм. Для этой длины волны и указанной полосы ΔФH на уровне орбиты Земли солнечная постоянная равна: НλH=0,405·10-2 Вт·см-2. Отсюда получаем следующую оценку для энергии импульса лазерного генератора, возбуждаемого потоком солнечного излучения, при импульсно-периодической модуляции лазерного излучения:For pumping, for example, photodissociation laser generators, the effective band of the spectrum is the band in solar radiation with a width Δ Ф H = 250 ÷ 300 nm in the ultraviolet range with an average wavelength λ H ≅270 nm. For this wavelength and the indicated band ΔФ H at the level of the Earth’s orbit, the solar constant is equal to: N λH = 0.405 · 10 -2 W · cm -2 . From this we obtain the following estimate for the pulse energy of a laser generator excited by a solar radiation flux with periodic periodic modulation of laser radiation:

Figure 00000073
Figure 00000073

где Нλ - солнечная постоянная для указанного диапазона ΔФH на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца, то есть на уровне орбиты Земли; Sk, γk - площадь и коэффициент полезного действия коллектора солнечного излучения; η - КПД активного вещества лазера по оптической накачке; Δt - время накопления излучения накачки.where H λ is the solar constant for the specified range ΔF H at a distance of one astronomical unit from the Sun, that is, at the level of the Earth’s orbit; S k , γ k - area and efficiency of the solar collector; η is the efficiency of the active substance of the laser by optical pumping; Δt is the accumulation time of the pump radiation.

Таким образом, для обеспечения импульсного режима работы фотодиссоционного ЛГ с периодом Т=Δt=10 мкс при КПД γk=0,5 и η=0,2 с энергией излучения в импульсе Thus, to ensure a pulsed mode of operation of a photodissociation LG with a period of T = Δt = 10 μs at an efficiency of γ k = 0.5 and η = 0.2 with the radiation energy in the pulse

Еn=3·10-6 Дж необходимая площадь коллектора солнечного излучения Sk на уровне орбиты Земли составляет Sk=750 см2 (dk=31 см). Данной площади коллектора достаточно для обеспечения лазерной связи до границ солнечной системы при использовании указанных выше параметров и размеров приемной антенны на КА Dка=0,5 м и приемопередающей антенны на орбите спутника Земли D3=8 м.E n = 3 · 10 -6 J, the required area of the solar radiation collector S k at the level of the Earth’s orbit is S k = 750 cm 2 (d k = 31 cm). This collector area is sufficient to provide laser communication to the boundaries of the solar system using the above parameters and the dimensions of the receiving antenna on the spacecraft D ka = 0.5 m and the transceiving antenna in the orbit of the Earth’s satellite D 3 = 8 m.

Таким образом, использование солнечной накачки для прямого возбуждения активного вещества в фотодиссоционных ЛГ позволяет решить ряд проблем установления дальней лазерной космической связи.Thus, the use of solar pumping for direct excitation of the active substance in photodissociation LGs makes it possible to solve a number of problems in establishing long-range laser cosmic communication.

Еще более эффективным является использование в лазерных космических системах связи наряду с АКФПЧ современных волоконно-оптических лазерных генераторов ближнего ИК-диапазона, указанных выше (фиг.5 -7).Even more effective is the use in laser space communication systems along with the AFCF of the modern near-infrared fiber-optic laser generators mentioned above (Figs. 5-7).

Высокая чувствительность АКФПЧ комплекса лазерной космической связи и наличие компенсации доплеровского сдвига частоты позволяют использовать его для проведения ряда фундаментальных физических экспериментов в области астрофизики и космических исследований.The high sensitivity of the AFCF of the laser-space communication complex and the presence of compensation for the Doppler frequency shift make it possible to use it for a number of fundamental physical experiments in the field of astrophysics and space research.

Далее показана возможность использования предложенного комплекса ЛКС для экспериментальной проверки теории относительности А.Эйнштейна. На фиг.12 представлена схема эксперимента для проверки выводов теории относительности, где обозначены следующие элементы. Бортовая часть комплекса поз.12-1 с оптическими приемной 12-2 и передающей 12-3 антеннами расположена в точке О1 на оси О1С. Вдоль оси O1С с постоянной скоростью V движется платформа 12-10, в точках В, С и The following shows the possibility of using the proposed LKS complex for experimental verification of the theory of relativity by A. Einstein. On Fig presents a diagram of an experiment to test the conclusions of the theory of relativity, where the following elements are indicated. The onboard part of the complex pos.12-1 with optical receiving 12-2 and transmitting 12-3 antennas is located at point O 1 on the axis O 1 C. Along the axis O 1 C with a constant speed V moves platform 12-10, at points B, C and

А1 которой установлены и жестко закреплены уголковые отражатели поз.12-5, 12-6, 12-7. В точке А на оси АС расположено светоделительное зеркало, разделяющее лазерное излучение, падающее от бортовой части 12-1, на два световых потока, распространяющихся соответственно по оси АС и в перпендикулярном направлении. Диафрагмы 12-8, 12-9 перекрывают по отдельности указанные световые потоки и позволяют раздельно принимать и измерять параметры световых потоков, отраженных от уголковых отражателей 12-6 и 12-7. Оптические антенны 12-2 и 12-3 бортовой части комплекса ориентированы вдоль оси O1AC и обеспечивают излучение лазерных сигналов в направлении движущейся платформы 12-10 и прием лазерных сигналов, отраженных от уголковых отражателей 12-5, 12-6, 12-7.And 1 of which angular reflectors pos. 12-5, 12-6, 12-7 are installed and rigidly fixed. At point A, a beam splitting mirror is located on the AS axis, separating the laser radiation incident from the airborne portion 12-1 into two light fluxes propagating along the AS axis and in the perpendicular direction. The diaphragms 12-8, 12-9 overlap these luminous fluxes individually and allow separate reception and measurement of luminous flux parameters reflected from corner reflectors 12-6 and 12-7. Optical antennas 12-2 and 12-3 of the onboard part of the complex are oriented along the O 1 AC axis and provide laser signals in the direction of the moving platform 12-10 and receive laser signals reflected from corner reflectors 12-5, 12-6, 12-7 .

ЛГПЧ в бортовой части комплекса 12-1 излучает последовательность коротких импульсов - импульсно-периодический лазерный сигнал, период следования которых должен быть больше времени прохождения импульсным сигналом расстояния 2АС. Соответственно длительность отдельного импульса должна быть меньше указанного времени распространения излучения на расстояние 2АС и позволять по отдельности измерять моменты времени прихода на приемную оптическую антенну 12-3 лазерных импульсов, отраженных от уголковых отражателей 12-5, 12-6, 12-7. Таким образом, излученный оптической антенной 12-2 лазерный импульс достигает платформы 12-10, отражается от уголковых отражателей 12-5, 12-6 и 12-7, возвращается назад к оптической приемной антенне 12-3 и регистрируется аппаратурой бортовой части 12-1. По измерениям моментов прихода лазерных импульсов, отраженных от указанных уголковых отражателей, можно судить о выполнении эффектов, предсказанных теорией относительности. При этом отрезки ВА=АС, угол ВАС=90°, а расстояние АА1 значительно меньше, чем O1А, вследствие чего отраженный сигнал от уголкового отражателя 12-5 можно считать исходящим из точки А.LGPCH in the on-board part of complex 12-1 emits a sequence of short pulses - a pulse-periodic laser signal, the repetition period of which should be longer than the transit time of the pulse signal 2AC. Accordingly, the duration of a single pulse should be less than the specified radiation propagation time over a distance of 2 ° C and should separately measure the time moments of arrival of 12-3 laser pulses to the receiving optical antenna reflected from corner reflectors 12-5, 12-6, 12-7. Thus, the laser pulse emitted by the optical antenna 12-2 reaches the platform 12-10, is reflected from the corner reflectors 12-5, 12-6 and 12-7, returns back to the optical receiving antenna 12-3 and is recorded by the equipment of the airborne part 12-1 . By measuring the moments of arrival of laser pulses reflected from the indicated corner reflectors, one can judge the fulfillment of the effects predicted by the theory of relativity. In this case, the segments BA = AC, the angle BAC = 90 °, and the distance AA 1 is much smaller than O 1 A, as a result of which the reflected signal from the corner reflector 12-5 can be considered to be outgoing from point A.

Рассмотрим взаимосвязь моментов отражения импульсного лазерного излучения от уголковых отражателей 12-5, 12-6, 12-7. Момент прихода t0 лазерного импульса от передающей оптической антенны 12-2 в точку А равен моменту времени отражения этого импульса от уголкового отражателя 12-5 и есть начальный отсчетный момент времени t0 с точки зрения наблюдателя в бортовой части комплекса 12-1, которую условно считаем неподвижной. Платформа 12-10 движется со скоростью V по оси O1AC относительно бортовой части поз.12-1 фиг.12. Далее считаем диафрагму 12-9 закрытой, диафрагму 12-8 открытой и рассмотрим момент времени t2 прихода лазерного импульса, отраженного от полупрозрачного зеркала 12-4, на уголковый отражатель 12-6 (точка В) и соответственно момент отражения этого импульса обратно в точку А.Consider the relationship between the reflection times of pulsed laser radiation from corner reflectors 12-5, 12-6, 12-7. The moment of arrival t 0 of the laser pulse from the transmitting optical antenna 12-2 to point A is equal to the time of reflection of this pulse from the corner reflector 12-5 and is the initial reference time t 0 from the point of view of the observer in the side part of the complex 12-1, which is conditionally we consider motionless. The platform 12-10 moves with a speed V along the axis O 1 AC relative to the side part 12-1 of Fig. 12. Next, we consider the diaphragm 12-9 closed, the diaphragm 12-8 open and consider the time t 2 of arrival of the laser pulse reflected from the translucent mirror 12-4 to the corner reflector 12-6 (point B) and, accordingly, the moment of reflection of this pulse back to the point BUT.

С точки зрения наблюдателя, движущегося вместе с платформой 12-10, этот момент времени t2 отстоит от момента t0 прихода лазерного импульса от бортовой части в точку А на величину τ=l0/с, где l0=ВА=AC - длина отрезков платформы 12-10, с - скорость света. Соответственно t2B=t0+τ.From the point of view of an observer moving with platform 12-10, this moment in time t 2 is separated from the moment t 0 of arrival of the laser pulse from the onboard part to point A by the value τ = l 0 / s, where l 0 = BA = AC is the length segments of the platform 12-10, with - the speed of light. Accordingly, t 2B = t 0 + τ.

С точки зрения наблюдателя в бортовой части (неподвижного) момент времени tB=t0+Т прихода лазерного импульса на уголковый отражатель 12-6 соответствует приходу этого импульса в точку пространства В1, так как платформа 12-10 движется со скоростью V относительно бортовой части комплекса 1 и за время Т=tB-t0 пройдет расстояние ВВ1=VT. Отсюда из треугольника АВВ1 имеем:From the point of view of the observer in the onboard part (stationary), the time moment t B = t 0 + T of the arrival of the laser pulse at the corner reflector 12-6 corresponds to the arrival of this pulse at the point in space B 1 , since the platform 12-10 moves with speed V relative to the side part of complex 1 and during the time T = t B -t 0 the distance BB 1 = VT will pass. Hence from the triangle ABB 1 we have:

Figure 00000074
Figure 00000075
Figure 00000074
Figure 00000075

Figure 00000076
Figure 00000076

Отсюда сразу следует известное соотношение для замедления времени Т с точки зрения неподвижного наблюдателя в бортовой части комплекса относительно наблюдателя, движущегося вместе с платформой со скоростью V:This immediately implies the well-known relation for time dilation T from the point of view of a stationary observer in the airborne part of the complex relative to an observer moving with the platform at a speed V:

Figure 00000077
Figure 00000077

В точку А отраженный от точки В импульс придет через промежуток времени 2Т после момента времени t0 с точки зрения наблюдателя в бортовой части комплекса:At point A, the pulse reflected from point B will come through a period of time 2T after the time t 0 from the point of view of the observer in the airborne part of the complex:

Figure 00000078
Figure 00000078

Соответственно в бортовой части 12-1 комплекса данный импульс будет принят со сдвигом Δt02 по времени относительно принятия первого импульса, отраженного в момент времени t0 от уголкового отражателя 12-5, на величину:Accordingly, in the onboard part 12-1 of the complex, this pulse will be received with a shift Δt 02 in time relative to the reception of the first pulse reflected at time t 0 from the corner reflector 12-5 by the amount:

Figure 00000079
Figure 00000079

Малая добавка 2T V/с образуется за счет перемещения платформы на расстояние 2TV за время обратного прихода импульса, отраженного от уголкового отражателя 12-6 обратно в точку А. Величина Δt02 является измеримым параметром, в который входят известные величины l0, V, с.A small addition of 2T V / s is formed by moving the platform a distance of 2TV during the pulse return time reflected from the corner reflector 12-6 back to point A. The value Δt 02 is a measurable parameter that includes the known values l 0 , V, s .

Рассмотрим далее измерение момента времени прихода на приемную оптическую антенну 12-3 бортовой части комплекса лазерного импульса, отраженного от уголкового отражателя 12-7. Для проведения этого эксперимента диафрагму 12-8 закрывают, а диафрагму 12-9 переводят в открытое состояние.Let us further consider measuring the time of arrival at the receiving optical antenna 12-3 of the onboard part of the laser pulse complex reflected from the corner reflector 12-7. For this experiment, the diaphragm 12-8 is closed, and the diaphragm 12-9 is brought into the open state.

С точки зрения наблюдателя, движущегося вместе с платформой 12-10, момент времени t3C=t0+τ достижения лазерным импульсом уголкового отражателя 12-7 - точки С равен (соответствует) моменту времени прихода t2B=t0+τ лазерного импульса в точку В на уголковый отражатель 12-6 от момента времени t0 прихода лазерного импульса от оптической передающей антенны 12-2, где по-прежнему τ=l0/с и l0=АВ=АС.From the point of view of the observer moving with the platform 12-10, the time t 3C = t 0 + τ of the laser pulse reaching the corner reflector 12-7 - point C is equal to (corresponds to) the time of arrival t 2B = t 0 + τ of the laser pulse at point B to the corner reflector 12-6 from the time t 0 of the arrival of the laser pulse from the optical transmitting antenna 12-2, where, as before, τ = l 0 / s and l 0 = AB = AC.

С точки зрения неподвижного наблюдателя в бортовой части комплекса 12-1 момент времени прихода импульса излучения в точку С tC1 отличается от момента времени прихода лазерного импульса в точку В (tB=t0+T) на величину сдвига фазы одновременности tM в движущейся системе координат для точек А и С, находящихся на расстоянии lx=АС по направлению движения платформы со скоростью V:From the point of view of a stationary observer in the onboard part of complex 12-1, the moment of arrival of a radiation pulse at point C t C1 differs from the time of arrival of a laser pulse at point B (t B = t 0 + T) by the magnitude of the phase shift t M in the moving coordinate system for points A and C located at a distance l x = AC in the direction of movement of the platform with speed V:

Figure 00000080
Figure 00000080

Здесь lx - величина отрезка АС по направлению движения платформы, которая для неподвижного наблюдателя является априори неизвестной вследствие кажущегося уменьшения длины данного отрезка АС и подлежит дистанционному измерению путем определения моментов времени прихода лазерных импульсов, отраженных от уголковых отражателей 12-5 и 12-7. Данный сдвиг фаз одновременности можно получить как разность времен tC-tA прихода импульса лазерного излучения, испущенного из центра А2 отрезка АС длиной lx к его концам - точкам А и C с точки зрения неподвижного наблюдателя. Указанную разность времен tC-tA=tM можно получить из следующих соотношений:Here l x is the magnitude of the AC segment in the direction of the platform motion, which is a priori unknown due to the apparent decrease in the length of this AC segment and must be measured remotely by determining the arrival times of laser pulses reflected from corner reflectors 12-5 and 12-7. This simultaneous phase shift can be obtained as the time difference t C −t A of the arrival of a laser pulse emitted from the center A 2 of the AC segment of length l x to its ends — points A and C from the point of view of a fixed observer. The specified time difference t C -t A = t M can be obtained from the following relationships:

Figure 00000081
Figure 00000081

Figure 00000082
Figure 00000082

Figure 00000083
Figure 00000083

Отсюда момент tC достижения лазерным импульсом точки С можно определить из следующего соотношения:Hence, the moment t C when the laser pulse reaches point C can be determined from the following relation:

Figure 00000084
Figure 00000084

Одновременно имеем соотношение:At the same time, we have the ratio:

Figure 00000085
Figure 00000085

которое определяет длину пути, пройденного лазерным импульсом от точки А до точки С с учетом движения платформы со скоростью V. Из последних двух уравнений получаем неизвестную априори величину lx=(АС)н длины отрезка АС - расстояния между точкой А - полупрозрачным зеркалом-разветвителем 12-4 - и уголковым отражателем 12-7 в точке С1 с точки зрения неподвижного наблюдателя в бортовой части 12-1 фиг.12 комплекса.which determines the length of the path traveled by the laser pulse from point A to point C, taking into account the movement of the platform with speed V. From the last two equations we obtain a priori unknown value l x = (АС) n of the length of the AC segment - the distance between point А - a semitransparent mirror splitter 12-4 - and a corner reflector 12-7 at point C 1 from the point of view of a fixed observer in the side part 12-1 of Fig. 12 of the complex.

Исключая величину tC-t0, получаем уравнение для определения lx:Excluding the value of t C -t 0 , we obtain the equation for determining l x :

Figure 00000086
Figure 00000086

Здесь

Figure 00000087
- ранее определенная величина замедления (удлинения) времени платформы с точки зрения неподвижного наблюдателя в бортовой части 1 комплекса, τ=l0/с, l0=ВА=AC - размеры отрезков платформы 12-10 с точки зрения наблюдателя на платформе.Here
Figure 00000087
- the previously determined value of the deceleration (lengthening) of the platform time from the point of view of a fixed observer in the airborne part 1 of the complex, τ = l 0 / s, l 0 = BA = AC - the dimensions of the segments of the platform 12-10 from the point of view of the observer on the platform.

Отсюда получаемFrom here we get

Figure 00000088
Figure 00000088

что соответствует известной формуле сокращения длины движущегося объекта в теории относительности. Соответственно момент времени tC достижения лазерным импульсом точки С и обратного отражения его от уголкового отражателя 12-7 равен:which corresponds to the well-known formula for reducing the length of a moving object in the theory of relativity. Accordingly, the point in time t C the laser pulse reaches point C and its back reflection from the corner reflector 12-7 is equal to:

Figure 00000089
Figure 00000089

В бортовой части 12-1 комплекса данный импульс, отраженный в точке С от уголкового отражателя 12-7, будет принят со сдвигом Δt03 по времени относительно принятия первого импульса, отраженного от уголкового отражателя 12-5, в момент времени t0 на следующую величину:In the side part 12-1 of the complex, this pulse reflected at point C from the corner reflector 12-7 will be received with a shift Δt 03 in time relative to the reception of the first pulse reflected from the corner reflector 12-5 at time t 0 by the following value :

Figure 00000090
Figure 00000090

Здесь второе слагаемое определено перемещением в пространстве точки С - уголкового отражателя 12-7 - за время распространения лазерного импульса от точки А до точки С (фиг.12), а также собственно длиной отрезка АС=lx с точки зрения неподвижного наблюдателя. С учетомHere, the second term is determined by the spatial displacement of point C — the corner reflector 12–7 — during the propagation of the laser pulse from point A to point C (Fig. 12), as well as the length of the AC segment itself = l x from the point of view of a fixed observer. Taking into account

Figure 00000091
и
Figure 00000092
Figure 00000091
and
Figure 00000092

получаем:we get:

Figure 00000093
Figure 00000093

Таким образом, сдвиг во времени лазерного импульса Δt03, отраженного от уголкового отражателя 12-7 в точке С относительно лазерного импульса, отраженного от уголкового отражателя 12-5 в точке A1, равен сдвигу по времени лазерного импульса от уголкового отражателя 12-6 в точке В фиг.12 при их приеме оптической приемной антенной 12-3 в бортовой части комплекса. В формулу для Δt03, и Δt02 входят все известные параметры: l0 - длина отрезков АВ=АС платформы и V - скорость движения платформы относительно бортовой части комплекса, которая может быть измерена при приеме лазерного излучения в бортовой части по величине доплеровского сдвига частоты.Thus, the time shift of the laser pulse Δt 03 reflected from the corner reflector 12-7 at point C relative to the laser pulse reflected from the corner reflector 12-5 at point A 1 is equal to the time shift of the laser pulse from the corner reflector 12-6 point In Fig.12 when they are received by the optical receiving antenna 12-3 in the onboard part of the complex. The formula for Δt 03 and Δt 02 includes all known parameters: l 0 is the length of the segments AB = AC of the platform and V is the speed of the platform relative to the side of the complex, which can be measured when receiving laser radiation in the side of the Doppler frequency shift .

Измерение сдвигов по времени Δt02 и Δt03 можно осуществить в блоке управления бортовой части комплекса 25 фиг.1 по моменту прихода на фотоприемный блок лазерных амплитудно-модулированных импульсов, отраженных от уголковых отражателей платформы 12-10. Непосредственное измерение указанных временных сдвигов и сравнение их величин с теоретическими значениями по приведенным формулам позволит осуществить прямое измерение замедления времени Т для движущегося объекта и тем самым осуществить экспериментальную проверку выводов теории относительности А.Эйнштейна. При этом измерение сдвига по времени Δt03 лазерного импульса, отраженного от уголкового отражателя 12-7 в точке С, следует трактовать как измерение длины lx отрезка АС в движущейся со скоростью V платформы, так как при выводе теоретического соотношения для Δt03 учтен эффект сокращения длины отрезка АС в движущейся платформе, полученный в соответствии с основными фундаментальными принципами теории относительности: постоянством и равенством скорости света в неподвижной и движущейся системах координат, а также наличием сдвигов фаз моментов одновременности для точек А и С, находящихся на прямой, параллельной вектору скорости V. Итак, предложенное устройство - комплекс лазерной космической связи - позволяет вследствие высокой чувствительности и компенсации доплеровского сдвига в оптическом диапазоне длин волн осуществить прямую экспериментальную проверку выводов теории относительности А.Эйнштейна путем реализации эксперимента по локации короткими лазерными импульсами специально изготовленной платформы с уголковыми отражателями и измерения временных сдвигов отраженных импульсов с помощью находящихся в космосе бортовой части комплекса лазерной космической связи.The time shifts Δt 02 and Δt 03 can be measured in the control unit of the onboard part of the complex 25 of Fig. 1 at the time of arrival of the laser amplitude-modulated pulses reflected from the corner reflectors of the platform 12-10 at the photodetector. A direct measurement of the indicated time shifts and a comparison of their values with theoretical values using the above formulas will make it possible to directly measure the time dilation T for a moving object and thereby experimentally verify the conclusions of A. Einstein's theory of relativity. In this case, the measurement of the time shift Δt 03 of the laser pulse reflected from the corner reflector 12-7 at point C should be interpreted as measuring the length l x of the AC segment in the platform moving at speed V, since the reduction effect was taken into account when deriving the theoretical relation for Δt 03 the length of the AC segment in a moving platform, obtained in accordance with the basic fundamental principles of the theory of relativity: the constancy and equality of the speed of light in a fixed and moving coordinate system, as well as the presence of phase shifts of moments the magnitudes for points A and C located on a straight line parallel to the velocity vector V. Thus, the proposed device — a complex of laser space communications — allows direct experimental verification of the conclusions of A. Einstein’s theory of relativity by means of high sensitivity and Doppler shift compensation in the optical wavelength range by the implementation of the experiment on location of short laser pulses of a specially made platform with angular reflectors and the measurement of time shifts of reflected and pulses using spaceborne on-board laser space communications complex.

Проведенный анализ показал, что основной физической сущностью теории относительности является информационный аспект: а именно получение информации о параметрах движущегося объекта неподвижным наблюдателем, то есть специальный измерительный процесс с использованием лазерного приемного устройства комплекса космической связи, позволяющий принимать лазерные импульсы, измерять их параметры и трактовать полученные данные как эффект замедления скорости течения времени и сокращения длин в движущейся платформе с точки зрения неподвижного наблюдателя. Полученные результаты сокращения длин и замедления времени можно трактовать как результат искажения информации, полученной в специфических условиях лазерной космической связи как измерительного процесса.The analysis showed that the main physical essence of the theory of relativity is the information aspect: namely, obtaining information about the parameters of a moving object by a fixed observer, that is, a special measuring process using a laser receiver of the space communication complex, which allows you to receive laser pulses, measure their parameters and interpret the received data as the effect of slowing down the speed of time and shortening lengths in a moving platform in terms of motionless about the observer. The results obtained by reducing lengths and time dilation can be interpreted as a result of distortion of information obtained under specific conditions of laser space communication as a measuring process.

В качестве справочного материала приводим данные о величине изменения частоты излучения движущегося источника, определяемой эффектом Доплера [19]. Изменение частоты колебаний, воспринимаемое наблюдателем, при движении источника со скоростью V в соответствии с теорией относительности равно:As a reference, we present data on the magnitude of the change in the radiation frequency of a moving source, determined by the Doppler effect [19]. The change in the oscillation frequency perceived by the observer when the source moves at a speed V in accordance with the theory of relativity is equal to:

Figure 00000094
Figure 00000094

где

Figure 00000095
с - скорость света; ϑ - угол между вектором скорости и волновым вектором излучаемой световой волны; f0 - собственная частота колебаний неподвижного источника излучения.Where
Figure 00000095
c is the speed of light; ϑ is the angle between the velocity vector and the wave vector of the emitted light wave; f 0 is the natural frequency of oscillation of a stationary radiation source.

Данная формула определяет как продольный эффект Доплера при ϑ=0 или ϑ=π при движении источника вдоль линии визирования, так и поперечный эффект Доплера при ϑ=π/2 и движении источника излучения перпендикулярно линии визирования. При небольшой величине скорости движения V источника по сравнению со скоростью света с поперечный эффект Доплера весьма мал, а формула Доплер-эффекта принимает следующий вид, соответствующий вышеприведенной формуле (l)(ϑ=0):This formula determines both the longitudinal Doppler effect at ϑ = 0 or ϑ = π when the source moves along the line of sight, and the transverse Doppler effect at ϑ = π / 2 and the movement of the radiation source perpendicular to the line of sight. With a small value of the source’s speed V compared to the speed of light c, the transverse Doppler effect is very small, and the formula for the Doppler effect takes the following form, corresponding to the above formula (l) (ϑ = 0):

Figure 00000096
Figure 00000096

где f0 V/c=Δfd - величина доплеровского сдвига оптической частоты; V - взаимная скорость движения источника и наблюдателя по линии визирования - продольная скорость движения.where f 0 V / c = Δf d is the magnitude of the Doppler shift of the optical frequency; V is the mutual velocity of the source and observer along the line of sight — the longitudinal velocity of motion.

По материалам представленного способа и комплекса для его осуществления разработан экспериментальный образец приемопередающего устройства лазерной космической связи, испытания которого подтвердили высокую эффективность комплекса ЛКС при реализации режима предельной квантовой чувствительности.Based on the materials of the presented method and the complex for its implementation, an experimental model of the transceiver device for laser space communication was developed, the tests of which confirmed the high efficiency of the LKS complex when implementing the regime of ultimate quantum sensitivity.

Экспериментально показано, что чувствительность приема лазерных сигналов связи с помощью экспериментального образца устройства лазерной космической связи, созданного на основе АКФПЧ, остается практически неизменной при приеме сигнала на фоне любого мощного источника света естественного происхождения. При приеме сигнала лазерной космической связи на фоне солнечного диска, температура поверхности которого 6000 К, чувствительность снижается всего на 12% [17]. Проведен эксперимент по приему сигнала лазерной космической связи на фоне плазменного источника излучения с яркостной температурой, равной 40000 К. На фиг.13 представлена осциллограмма напряжения, зарегистрированного в ФПБ поз.9 на фиг.1, сигнала на фоне плазменного источника с указанной яркостной температурой. Длительность лазерного импульса τ=40 нc; момент прихода данного импульса на фиг.13 соответствует 13-й микросекунде. При пересчете отношения сигнал/шум на данной осциллограмме (q=7) к величине q=1 достигнутая чувствительность приема составляет 3 фотона вне импульса плазменного источника и 6 фотонов на фоне плазменного источника, фоновый импульс от которого простирается на осциллограмме от 8-й до 16-й микросекунды. Таким образом, экспериментально доказана реализация высокой чувствительности приема сигналов лазерной связи на фоне излучения мощного плазменного источника, превосходящего по яркости Солнце.It has been experimentally shown that the sensitivity of receiving laser communication signals using an experimental model of a laser cosmic communication device created on the basis of the AFCF remains almost unchanged when a signal is received against the background of any powerful light source of natural origin. When a laser cosmic communication signal is received against a solar disk with a surface temperature of 6000 K, the sensitivity decreases by only 12% [17]. An experiment was conducted on the reception of a laser cosmic communication signal against a background of a plasma radiation source with a brightness temperature equal to 40,000 K. Figure 13 shows an oscillogram of the voltage registered in the FPB, item 9 in figure 1, of a signal against a background of a plasma source with a specified brightness temperature. Laser pulse duration τ = 40 ns; the moment of arrival of this pulse in Fig. 13 corresponds to the 13th microsecond. When recalculating the signal-to-noise ratio on a given waveform (q = 7) to q = 1, the achieved reception sensitivity is 3 photons outside the pulse of the plasma source and 6 photons against the background of the plasma source, the background pulse from which extends from the 8th to 16th waveform microseconds. Thus, the implementation of high sensitivity for receiving laser communication signals against the background of radiation from a powerful plasma source that is superior in brightness to the Sun has been experimentally proven.

На фиг.14 представлена осциллограмма сигнала на выходе АКФПЧ при приеме сигнала лазерной связи в виде импульсно-периодического модулированного лазерного сигнала, сформированного лазерным передатчиком - полупроводниковым лазерным диодом, работающим на длине волны, попадающей в полосу квантового усиления АКФПЧ. Использование АКФПЧ с предельной квантовой чувствительностью и полупроводникового лазера в качестве передатчика позволяет реализовать эффективную лазерную космическую связь в ближней космической зоне Земля - Луна, а также с постоянной станцией космической связи на поверхности Луны с весьма ограниченным энергопотреблением.On Fig presents the waveform of the signal at the output of the AHFRC when receiving a laser communication signal in the form of a pulse-periodic modulated laser signal generated by a laser transmitter - a semiconductor laser diode operating at a wavelength falling into the quantum gain band of the AHFC. The use of an AFFC with the ultimate quantum sensitivity and a semiconductor laser as a transmitter makes it possible to realize effective laser space communication in the near space zone Earth - Moon, as well as with a permanent space communication station on the lunar surface with very limited energy consumption.

На фиг.15 представлен внешний вид активного квантового фильтра (АКФ), входящего в состав экспериментального образца устройства лазерной космической связи, на котором экспериментально реализована предельная квантовая однофотонная чувствительность приема сигналов лазерной космической связи.On Fig presents the appearance of the active quantum filter (ACF), which is part of the experimental model of the device of laser space communications, which experimentally implemented the ultimate quantum single-photon sensitivity of the reception of laser space communication signals.

Предложенный способ лазерной космической связи и комплекс для его осуществления за счет реализации предельной квантовой чувствительности приема лазерных информационных сигналов посредством лазерного квантового усилителя (АКФПЧ) и за счет обеспечения компенсации доплеровского сдвига на космических протяженных трассах позволяет достигнуть следующих результатов:The proposed method of laser space communication and a complex for its implementation by implementing the ultimate quantum sensitivity of receiving laser information signals by means of a laser quantum amplifier (AFCF) and by providing compensation for Doppler shift on cosmic extended paths allows to achieve the following results:

- повысить дальность действия комплекса лазерной космической связи и одновременно обеспечить увеличение объемов и скорости передачи информации (порядка 300 Мбит·с-1) между космическими аппаратами и наземными станциями в пределах солнечной системы;- increase the range of the laser space communications complex and at the same time provide an increase in the volume and speed of information transfer (about 300 Mbit · s -1 ) between spacecraft and ground stations within the solar system;

- реализовать предельную квантовую чувствительность приема широкополосных лазерных информационных сигналов в условиях дальней космической связи между быстро движущимися космическими аппаратами, реализовать непрерывную связь с космическим аппаратом в момент входа КА в плотные слои атмосферы при посадке на Землю через слой плазмы, окружающий КА;- to realize the ultimate quantum sensitivity of the reception of broadband laser information signals in the conditions of long-distance space communication between fast-moving spacecraft, to realize continuous communication with the spacecraft at the moment the spacecraft enters the dense layers of the atmosphere when it lands on the Earth through the plasma layer surrounding the spacecraft;

- реализовать связь с КА на фоне солнечного излучения, например лазерную связь с КА на поверхности Марса в период противостояния Марса с Землей, когда связь осуществляется вблизи солнечного диска.- realize communication with the spacecraft on the background of solar radiation, for example, laser communication with the spacecraft on the surface of Mars during the confrontation of Mars with the Earth, when communication is carried out near the solar disk.

Важным перспективным направлением использования предложенного способа и комплекса лазерной космической связи является его применение для решения проблемы поиска сигналов внеземных цивилизаций и установления после обнаружения непрерывной связи с ВЦ [8].An important promising area for the use of the proposed method and complex for laser space communications is its application to solve the problem of searching for signals from extraterrestrial civilizations and establishing, after detection, continuous communication with the CC [8].

Источники информацииInformation sources

1. Кацман М. Лазерная космическая связь. - М.: Радио и связь, 1993, стр.50-59.1. Katsman M. Laser space communications. - M.: Radio and Communications, 1993, p. 50-59.

2. Росс М. Лазерные приемники. - М.: Мир. 1969. С.141.2. Ross M. Laser receivers. - M .: World. 1969. S. 141.

3. Патент РФ №2154906 от 28.06.1999, кл. Н04В, 10/00.3. RF patent No. 2154906 from 06/28/1999, cl. Н04В, 10/00.

4. Патент США №5408351. 1995, кл. 359/186, Н04В, 10/00.4. US Patent No. 5,408,351. 1995, class 359/186, H04B, 10/00.

5. Патент РФ №2111617 (20.05.1998), кл. Н04В, 10/00. Прототип.5. RF patent No. 2111617 (05.20.1998), cl. Н04В, 10/00. Prototype.

6. Земсков Е.М., Казанский В.М., Кутаев Ю.Ф., Манкевич С.К., Носач О.Ю. Патент РФ №2133533 от 30.09.1997 г. Способ спектральной фильтрации оптических сигналов и устройство для его осуществления - активный квантовый фильтр. - Изобретения, №20, С.480 (1999).6. Zemskov E.M., Kazansky V.M., Kutaev Yu.F., Mankevich S.K., Nosach O.Yu. RF patent No. 2133533 dated 09/30/1997. The method of spectral filtering of optical signals and a device for its implementation is an active quantum filter. - Inventions, No. 20, S.480 (1999).

7. Кутаев Ю.Ф., Манкевич С.К., Носач О.Ю., Орлов Е.П. Лазерное приемное устройство с квантовым пределом чувствительности в ближнем ИК-диапазоне. - Квантовая электроника, 2000, Т.30, №9, С.833-838.7. Kutaev Yu.F., Mankevich S.K., Nosach O.Yu., Orlov E.P. Laser receiver with a quantum limit of sensitivity in the near infrared range. - Quantum Electronics, 2000, V.30, No. 9, S.833-838.

8. Кутаев Ю.Ф., Манкевич С.К., Носач О.Ю., Орлов Е.П. - Квантовая электроника. 2007. Т.37, №7. С.С.685-690. Лазерный переход Р3/2-P1/2 атомарного йода и проблема поиска сигналов внеземных цивилизаций.8. Kutaev Yu.F., Mankevich S.K., Nosach O.Yu., Orlov EP - Quantum electronics. 2007. Vol. 37, No. 7. C. S. 685-690. Laser transition P 3/2 -P 1/2 atomic iodine and the problem of searching for signals of extraterrestrial civilizations.

9. Кутаев Ю.Ф., Манкевич С.К., Носач О.Ю., Орлов Е.П. Патент №2248555 РФ от 20.10.2003 г.Способ определения характеристик лазерной среды. - Изобретения. 2005. №8.9. Kutaev Yu.F., Mankevich S.K., Nosach O.Yu., Orlov E.P. Patent No. 2248555 of the Russian Federation of 10.20.2003, the Method of determining the characteristics of the laser medium. - Inventions. 2005. No8.

10. Аржанов В.П. и др. Йодный лазер с накачкой светом фронта ударной волны, создаваемой взрывом взрывчатого вещества. Квантовая электроника. 1992. Т.19. №2. С.135-138.10. Arzhanov V.P. et al. An iodine laser pumped with light from the front of a shock wave created by an explosive. Quantum Electronics. 1992.V.19. No. 2. S.135-138.

11. Теребиж В.Ю. Современные оптические телескопы. - М.: Физматлит, 2005. 80 с.11. Terebizh V.Yu. Modern optical telescopes. - M .: Fizmatlit, 2005. 80 p.

12. Большие наземные оптические телескопы, 10 м>D>3 м. - http://astrotelecope.narod.ru/tele3links.html.12. Large ground-based optical telescopes, 10 m> D> 3 m. - http://astrotelecope.narod.ru/tele3links.html.

13. Бредерлов Г., Филл Э., Витте К. Мощный йодный лазер. // Перевод с англ. под ред. В.С.Зуева. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 160 с.13. Brederlov G., Phill E., Witte K. Powerful iodine laser. // Translation from English. under the editorship of V.S. Zueva. - M .: Energoatomizdat, 1985 .-- 160 p.

14. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. // Перевод с англ. Под ред. Г.П.Мотулевич. М.: Наука, 1970, с.432.14. Bourne M., Wolf E. Fundamentals of optics. // Translation from English. Ed. G.P. Motulevich. M .: Nauka, 1970, p.432.

15. Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации. - М.: Сов. радио. 1970.15. Shirman Y.D. Theoretical foundations of radar. - M .: Owls. radio. 1970.

16. Основы теории полета космических аппаратов. // Под. ред. акад. М.К.Тихонравова. - М.: Машиностроение, 1972.16. Fundamentals of the theory of spacecraft flight. // Under. ed. Acad. M.K. Tikhonravova. - M.: Mechanical Engineering, 1972.

16.1. Саврасов Ю.С.Методы определения орбит космических объектов. - М.: Машиностроение, 1981.16.1. Savrasov Yu.S. Methods for determining the orbits of space objects. - M.: Mechanical Engineering, 1981.

16.2. Патент РФ №2150414 от 01.02.99. Способ определения параметров орбиты космических аппаратов.16.2. RF patent No. 2150414 dated 01.02.99. A method for determining the parameters of the orbit of spacecraft.

17. Кутаев Ю.Ф., Манкевич С.К., Носач О.Ю., Орлов Е.П. Влияние мощной фоновой засветки на чувствительность ЛПУ с йодным активным квантовым фильтром. - Квантовая электроника, 2002, Т.32, №4, С.349-356.17. Kutaev Yu.F., Mankevich S.K., Nosach O.Yu., Orlov EP The effect of powerful background illumination on the sensitivity of an MPI with an iodine active quantum filter. - Quantum Electronics, 2002, T.32, No. 4, S.349-356.

18. Лазерные измерительные системы. // Под ред. Д.П.Лукьянова. М.: Радио и связь, 1981, стр. 169.18. Laser measuring systems. // Ed. D.P. Lukyanova. M .: Radio and communications, 1981, p. 169.

19. Физический энциклопедический словарь. // Под ред. А.М.Прохорова. М.: Сов. энциклопедия, 1983 г.19. Physical encyclopedic dictionary. // Ed. A.M. Prokhorova. M .: Sov. Encyclopedia, 1983

Claims (11)

1. Способ лазерной космической связи, осуществляемой между базовой и бортовой частями комплекса лазерной космической связи (ЛКС), включающий последовательную генерацию и модуляцию лазерного излучения в базовой и бортовой частях комплекса, взаимную ориентацию передающих и приемных оптических антенн и взаимный прием лазерного излучения в базовой и бортовой частях комплекса, отличающийся тем, что до генерации лазерного излучения в базовой части комплекса определяют скорость движения бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса, определяют доплеровский сдвиг частоты Δfd лазерного излучения от базовой части комплекса при его приеме в бортовой части комплекса, генерирование лазерного излучения в базовой части комплекса осуществляют со сдвигом оптической частоты Δf1 на отрицательную величину доплеровского сдвига частоты Δf1=-Δfd, после приема этого лазерного излучения в бортовой части комплекса осуществляют его квантовое усиление, измеряют сдвиг оптической частоты Δv2 принятого и усиленного лазерного излучения относительно эталонной оптической частоты f0, генерацию лазерного излучения в бортовой части комплекса осуществляют со сдвигом оптической частоты Δf2 на отрицательную величину измеренного сдвига оптической частоты Δv2 принятого лазерного излучения Δf2=-Δv2, осуществляют дополнительную модуляцию генерируемого в бортовой части лазерного излучения величиной измеренного сдвига оптической частоты Δv2, последующий прием и квантовое усиление лазерного излучения в бортовой части комплекса осуществляют со сдвигом центральной частоты fф2 полосы приема на величину измеренного сдвига Δv2 оптической частоты принятого лазерного излучения, после приема лазерного излучения от бортовой части комплекса в базовой части комплекса осуществляют его квантовое усиление со сдвигом центральной частоты fф1 полосы приема на величину ранее измеренного доплеровского сдвига частоты Δfd, измеряют сдвиг Δv1 оптической частоты принятого и усиленного в базовой части комплекса лазерного излучения относительно эталонной оптической частоты f0, в базовой части комплекса осуществляют демодуляцию принятого от бортовой части комплекса лазерного излучения и получают информацию о величине сдвига оптической частоты Δv2, измеренного ранее в бортовой части комплекса, на основе полученных сдвигов оптической частоты Δv1, Δv2 определяют параметры режима лазерной космической связи ε1, ε2, на основании следующих соотношений:
Figure 00000001

Figure 00000002

где Δfd - величина доплеровского сдвига оптической частоты лазерного излучения, по параметрам ε1 и ε2 судят о качестве установленной лазерной космической связи и при выполнении условий
ε1≤0,01uε2≤0,01
принимают решение об установлении штатного режима лазерной космической связи, при котором в базовой и бортовой частях комплекса осуществляют генерацию лазерного излучения, прием и квантовое усиление лазерного излучения с установленными ранее сдвигами оптических частот генерируемого лазерного излучения и со сдвигами центральных частот полос приема лазерного излучения.
1. The method of laser space communication between the base and onboard parts of the complex laser space communications (LKS), including the sequential generation and modulation of laser radiation in the base and onboard parts of the complex, the mutual orientation of the transmitting and receiving optical antennas and the mutual reception of laser radiation in the base and onboard parts of the complex, characterized in that before the generation of laser radiation in the base part of the complex, the speed of movement of the onboard part of the complex relative to the base part to complex, determine the Doppler frequency shift Δf d of laser radiation from the base of the complex when it is received in the onboard part of the complex, the generation of laser radiation in the base of the complex is carried out with a shift of the optical frequency Δf 1 by a negative value of the Doppler frequency shift Δf 1 = -Δf d , after receiving this laser radiation in the onboard part of the complex carry out its quantum amplification, measure the shift of the optical frequency Δv 2 of the received and amplified laser radiation relative to the reference optical often you f 0 , the generation of laser radiation in the onboard part of the complex is carried out with a shift of the optical frequency Δf 2 by a negative value of the measured shift of the optical frequency Δv 2 of the received laser radiation Δf 2 = -Δv 2 , additional modulation of the generated in the side of the laser radiation is carried out by the value of the measured optical shift frequency Δv 2, followed by a reception and quantum amplification of laser radiation in the bead portion of the complex is performed with a shift of the center frequency f p2 receiving band measured by the amount Sliding yoke Δv 2 of the optical frequency of the received laser radiation, after receiving laser radiation from the onboard part of the complex in the base part of the complex, it is quantum amplified with a shift of the center frequency f f1 of the reception band by the value of the previously measured Doppler frequency shift Δf d , the shift of Δv 1 of the optical frequency of the received and amplified in the base part of the complex of laser radiation relative to the reference optical frequency f 0 , in the base part of the complex demodulate the received from the onboard part of the complex l nuclear radiation and receive information about the magnitude of the shift of the optical frequency Δv 2 previously measured in the onboard part of the complex, on the basis of the obtained shifts of the optical frequency Δv 1 , Δv 2 , the parameters of the laser-space communication mode ε 1 , ε 2 are determined based on the following relationships:
Figure 00000001

Figure 00000002

where Δf d is the magnitude of the Doppler shift of the optical frequency of the laser radiation, the parameters ε 1 and ε 2 judge the quality of the established laser cosmic communication and under the conditions
ε 1 ≤0.01uε 2 ≤0.01
decide on the establishment of a regular mode of laser space communication, in which the base and onboard parts of the complex generate laser radiation, receive and quantum amplify laser radiation with previously established shifts of the optical frequencies of the generated laser radiation and with shifts of the center frequencies of the laser reception bands.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при невыполнении хотя бы одного из условий ε1≤0,01 и ε2≤0,01 в качестве величины доплеровского сдвига оптической частоты Δfd используют сумму измеренных величин Δv1, Δv2 сдвигов оптической частоты:
Δfd=Δν1+Δν2.
2. The method according to claim 1, characterized in that if at least one of the conditions ε 1 ≤0.01 and ε 2 ≤0.01 is not met, the sum of the measured values Δv 1 , Δv 2 is used as the value of the Doppler shift of the optical frequency Δf d optical frequency shifts:
Δf d = Δν 1 + Δν 2 .
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в нем определение доплеровского сдвига оптической частоты Δfd лазерного излучения от базовой части комплекса при приеме в бортовой части комплекса осуществляют в соответствии с формулой
Figure 00000097

где с - скорость света, V1 - скорость движения бортовой части комплекса относительно базовой части комплекса по направлению линии взаимного визирования, связывающей базовую и бортовую части комплекса; f0 - оптическая частота лазерного излучения, генерируемого в базовой части комплекса и соответствующая оптической частоте рабочего квантового перехода активного вещества, используемого при осуществлении генерации лазерного излучения и при осуществлении квантового усиления лазерного излучения в базовой и бортовой частях комплекса.
3. The method according to claim 1, characterized in that it determines the Doppler shift of the optical frequency Δf d of laser radiation from the base of the complex when received in the side of the complex is carried out in accordance with the formula
Figure 00000097

where c is the speed of light, V 1 is the speed of movement of the onboard part of the complex relative to the base part of the complex in the direction of the mutual sight line connecting the base and onboard parts of the complex; f 0 is the optical frequency of the laser radiation generated in the base part of the complex and corresponding to the optical frequency of the working quantum transition of the active substance used in the generation of laser radiation and in the implementation of quantum amplification of laser radiation in the base and side parts of the complex.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в нем в качестве эталонной оптической частоты f0 лазерного излучения принимают оптическую частоту рабочего квантового перехода активного вещества, используемого при осуществлении генерации лазерного излучения и квантового усиления лазерного излучения в базовой и бортовой частях комплекса.4. The method according to claim 1, characterized in that the optical frequency of the active quantum transition of the active substance used in the generation of laser radiation and quantum amplification of laser radiation in the base and side parts of the complex is adopted as the reference optical frequency f 0 of the laser radiation. 5. Комплекс лазерной космической связи (ЛКС), состоящий из идентичных базовой и бортовой частей, размещенных на разных космических аппаратах (КА), каждая из которых содержит приемную и передающую оптические антенны, установленные на базовом элементе и жестко с ним соединенные, опорно-поворотное устройство (ОПУ), кинематически соединенное с базовым элементом, оптический фильтр, первый и второй фотоприемные блоки (ФПБ), модулятор лазерного излучения с блоком управления, блок - источник информации и блок - получатель информации, блок управления комплекса, управляющий вход ОПУ, выходы первого и второго ФПБ, блока - получателя информации и блока - источника информации подключены к блоку управления комплекса, блок управления модулятором лазерного излучения подсоединен к блоку управления комплекса, отличающийся тем, что в каждую из идентичных частей комплекса введены активный квантовый фильтр с перестройкой частоты (АКФПЧ), лазерный генератор с перестройкой частоты (ЛГПЧ), блок многоканальной лазерной связи, первый и второй блоки измерения оптической частоты, эталонный генератор лазерного излучения, блок определения параметров движения, первая и вторая линзы, три отражательных зеркала и шесть полупрозрачных зеркал, при этом оптический вход АКФПЧ связан с оптическим выходом приемной оптической антенны, оптический выход АКФПЧ связан с оптическим входом первого ФПБ через оптический фильтр, первое полупрозрачное зеркало и первую линзу, а с оптическим входом второго ФПБ через оптический фильтр, первое и второе полупрозрачные зеркала и вторую линзу, дополнительно оптический выход АКФПЧ связан с оптическими входами блока многоканальной лазерной связи и первого блока измерения оптической частоты через оптический фильтр и первое, второе, третье полупрозрачные зеркала и первое отражательное зеркало, оптический выход ЛГПЧ связан с оптическим входом передающей оптической антенны через модулятор лазерного излучения и с оптическим входом второго блока измерения оптической частоты посредством шестого полупрозрачного зеркала и третьего отражательного зеркала, оптический выход эталонного генератора лазерного излучения оптически связан со вторыми оптическими входами второго блока измерения оптической частоты, первого блока измерения оптической частоты посредством четвертого и пятого полупрозрачных зеркал, и блока многоканальной лазерной связи через четвертое, пятое полупрозрачные зеркала и второе отражательное зеркало, при этом управляющие входы АКФПЧ и ЛГПЧ подсоединены к блоку управления, входы которого подключены к первому и второму блокам определения оптической частоты и к блоку многоканальной лазерной связи, выход блока определения параметров движения подсоединен к блоку управления и к выходу блока внешнего целеуказания.5. A complex of laser space communications (LKS), consisting of identical base and airborne parts located on different spacecraft (SC), each of which contains a receiving and transmitting optical antenna mounted on the base element and rigidly connected to it, supporting-rotary a device (OPU) kinematically connected to the base element, an optical filter, the first and second photodetector blocks (FPB), a laser radiation modulator with a control unit, a unit - an information source and a unit - an information receiver, a control unit of the complex, the control input of the control amplifier, the outputs of the first and second FPBs, the information receiver block and the information source block are connected to the complex control unit, the laser radiation modulator control unit is connected to the complex control unit, characterized in that an active component is introduced into each of the identical parts of the complex frequency tunable quantum filter (AFCF), frequency tunable laser generator (LGPF), multichannel laser communication unit, first and second optical frequency measurement units, reference generator azeri radiation, a block for determining motion parameters, the first and second lenses, three reflective mirrors and six translucent mirrors, while the optical input of the AFFC is connected to the optical output of the receiving optical antenna, the optical output of the AFFC is connected to the optical input of the first FPB through an optical filter, the first translucent mirror and the first lens, and with the optical input of the second FPB through the optical filter, the first and second translucent mirrors and the second lens, additionally, the optical output of the AFFC is connected to the optical inputs a multichannel laser coupling and the first optical frequency measurement unit through an optical filter and the first, second, third translucent mirrors and the first reflective mirror, the LGPH optical output is connected to the optical input of the transmitting optical antenna through a laser radiation modulator and to the optical input of the second optical frequency measurement unit by the sixth translucent mirror and the third reflective mirror, the optical output of the reference laser radiation generator is optically coupled to the second optical the inputs of the second optical frequency measuring unit, the first optical frequency measuring unit by means of the fourth and fifth translucent mirrors, and the multi-channel laser communication unit through the fourth, fifth translucent mirrors and the second reflective mirror, while the control inputs of the AHFPC and LGPH are connected to the control unit, the inputs of which connected to the first and second blocks for determining the optical frequency and to the multi-channel laser communication unit, the output of the unit for determining motion parameters is connected to the unit board and to the output of the external target designation unit. 6. Комплекс ЛКС по п.5, отличающийся тем, что в нем активный квантовый фильтр с перестройкой частоты (АКФПЧ) содержит последовательно установленные на оптической оси оптически связанные входную диафрагму, входное полупрозрачное зеркало, кювету с прозрачными входным и выходным окнами и активным веществом и блоком накачки, оптическую пластину с блоком позиционирования, акустооптический модулятор с блоком управления, выходное полупрозрачное зеркало, пьезоэлемент с блоком управления, соединенный с выходным полупрозрачным зеркалом, блок управления частотой спектральной линии, соединенный с кюветой с активным веществом, при этом управляющие входы блока накачки, блока позиционирования, блока управления акустооптическим модулятором, блока управления пьезо-элементом и блока управления частотой спектральной линии подсоединены к блоку управления комплекса.6. The LKS complex according to claim 5, characterized in that it contains an active quantum filter with frequency tuning (AFCF) that contains optically coupled input diaphragm, input translucent mirror, a cell with transparent input and output windows and active substance, sequentially mounted on the optical axis and pump unit, an optical plate with a positioning unit, an acousto-optical modulator with a control unit, a translucent output mirror, a piezoelectric element with a control unit connected to a translucent output mirror, a control unit the frequency of the spectral line connected to the cell with the active substance, while the control inputs of the pump unit, positioning unit, acousto-optic modulator control unit, piezo element control unit and spectral line frequency control unit are connected to the complex control unit. 7. Комплекс ЛКС по п.5, отличающийся тем, что в нем лазерный генератор с перестройкой частоты (ЛГПЧ) содержит последовательно установленные на оптической оси оптически связанные выходную диафрагму, полупрозрачное зеркало резонатора, кювету с активным веществом, блоком накачки, блок управления частотой генерации, соединенный с кюветой с активным веществом, оптическую пластину с блоком позиционирования, отражательное зеркало резонатора, при этом управляющие входы блока накачки, блока управления частотой генерации и блока позиционирования подсоединены к блоку управления комплекса.7. The LKS complex according to claim 5, characterized in that it has a frequency-tunable laser generator (LGPF) that contains optically coupled output diaphragm, a translucent resonator mirror, a cuvette with an active substance, a pump unit, and a generation frequency control unit connected to the cell with the active substance, an optical plate with a positioning unit, a reflective mirror of the resonator, while the control inputs of the pump unit, the control unit of the generation frequency and the positioning unit connected to the control unit of the complex. 8. Комплекс ЛКС по п.5, отличающийся тем, что в нем блок многоканальной лазерной связи содержит последовательно соединенные фотоприемник, первый усилитель промежуточной частоты, смеситель радиодиапазона с гетеродином, многоканальный усилитель промежуточных частот, многоканальный демодулятор, а также оптически связанные оптический аттенюатор и акустооптический модулятор, при этом вход оптического аттенюатора посредством отражательного зеркала и светоделителя оптически связан с оптическим входом фотоприемника, а вход акустооптического модулятора оптически связан с выходом эталонного генератора лазерного излучения посредством отражательного и полупрозрачного зеркал, управляющий электрический вход оптического аттенюатора и управляющий вход акустооптического модулятора подсоединены к выходу блока управления комплекса, выход многоканального демодулятора подключен ко входу блока управления комплекса.8. The LKS complex according to claim 5, characterized in that the multichannel laser communication unit comprises a photodetector, a first intermediate frequency amplifier, a radio frequency mixer with a local oscillator, a multi-channel intermediate frequency amplifier, a multi-channel demodulator, and optically coupled optical attenuator and acousto-optical a modulator, the input of the optical attenuator by means of a reflective mirror and a beam splitter is optically connected to the optical input of the photodetector, and the input is acousto-optical of the modulator is optically connected to the output of the reference laser generator by means of reflective and translucent mirrors, the control electric input of the optical attenuator and the control input of the acousto-optical modulator are connected to the output of the complex control unit, the output of the multi-channel demodulator is connected to the input of the complex control unit. 9. Комплекс ЛКС по п.5, отличающийся тем, что в нем активный квантовый фильтр с перестройкой частоты (АКФПЧ) выполнен на основе волоконно-оптического квантового усилителя, содержащего активное оптическое волокно, вход которого через оптический разветвитель и первую волоконно-оптическую брэгговскую решетку оптически связан с входной линзой, а выход которого через вторую волоконно-оптическую брэгговскую решетку оптически связан с выходной линзой, второй вход оптического разветвителя подсоединен к блоку полупроводниковой лазерной накачки, первая и вторая волоконно-оптические брэгговские решетки (ВБР) подсоединены к блоку управления параметрами.9. The LKS complex according to claim 5, characterized in that it has an active quantum filter with frequency tuning (AFCF) made on the basis of a fiber-optic quantum amplifier containing an active optical fiber, the input of which is through an optical splitter and the first fiber-optic Bragg grating optically connected to the input lens, and the output of which through the second fiber optic Bragg grating is optically connected to the output lens, the second input of the optical splitter is connected to the semiconductor laser pumping unit First and second fiber Bragg gratings (FBGs) are connected to the parameter control unit. 10. Комплекс ЛКС по п.5, отличающийся тем, что в нем лазерный генератор с перестройкой частоты (ЛГПЧ) содержит активное оптическое волокно, вход которого через первую волоконно-оптическую решетку оптически связан с блоком полупроводниковой лазерной накачки, а выход оптически связан через вторую волоконно-оптическую решетку с входной линзой, первая и вторая волоконно-оптические решетки соединены с блоком управления параметрами.10. The LCS complex according to claim 5, characterized in that the frequency-tunable laser generator (LHF) contains an active optical fiber, the input of which through the first fiber-optic array is optically coupled to the semiconductor laser pumping unit, and the output is optically coupled through the second fiber optic grating with an input lens, the first and second fiber optic gratings are connected to the parameter control unit. 11. Комплекс ЛКС по п.5, отличающийся тем, что в нем активный квантовый фильтр с перестройкой частоты (АКФПЧ) содержит полупроводниковый лазерный усилитель, сопряженный с оптическим волокном, оптический вход которого через оптический разветвитель и сопрягающие элементы связан с входной и выходной линзами, а оптический выход связан с волоконно-оптической брэгговской решеткой, подсоединенной к блоку управления параметрами. 11. The LKS complex according to claim 5, characterized in that it comprises an active quantum filter with frequency tuning (AFCF) containing a semiconductor laser amplifier coupled to an optical fiber, the optical input of which is connected to the input and output lenses through an optical splitter and coupling elements, and the optical output is connected to a fiber optic Bragg grating connected to the parameter control unit.
RU2008125173/09A 2008-06-23 2008-06-23 Method for laser space communications and facility for its implementation RU2380834C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008125173/09A RU2380834C1 (en) 2008-06-23 2008-06-23 Method for laser space communications and facility for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008125173/09A RU2380834C1 (en) 2008-06-23 2008-06-23 Method for laser space communications and facility for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2380834C1 true RU2380834C1 (en) 2010-01-27

Family

ID=42122305

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008125173/09A RU2380834C1 (en) 2008-06-23 2008-06-23 Method for laser space communications and facility for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2380834C1 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2453813C1 (en) * 2011-03-10 2012-06-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-исследовательский центр "НИКА" Method of navigating spacecraft based on celestial periodic radiation sources
RU2475957C1 (en) * 2011-06-17 2013-02-20 Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") Method to provide continuous radio communication of manned base on mars surface with earth and system to implement this method
RU2494526C2 (en) * 2010-04-05 2013-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" Method of generating electromagnetic oscillations in microwave and ehf ranges with ultra-wideband frequency tuning
RU2624771C1 (en) * 2016-07-25 2017-07-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГБОУ ВО ПГУТИ) Method of building a basic station of fiber-ether telecommunication system of mobile radio communication network
RU2628121C1 (en) * 2016-10-11 2017-08-15 Компания АМОТЕК ТЕКНОЛОДЖИ ОЮ, рег. N 14113251 Method for constructing wide-code frequency converter of radio signals and device for its implementation
RU2637511C2 (en) * 2013-07-16 2017-12-05 Нек Корпорейшн Transmitting device, transmission system and path switching method
RU2638166C1 (en) * 2013-12-14 2017-12-12 ЭлДжи ЭЛЕКТРОНИКС ИНК. Method and device for transfer of data from wireless local network to plurality of stations
RU196495U1 (en) * 2019-10-25 2020-03-03 Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" Anti-Robotic System
RU2720856C1 (en) * 2019-11-07 2020-05-13 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" Method of determining direction of a laser beam on a spacecraft receiving space laser communication signals
RU2757997C1 (en) * 2020-07-07 2021-10-25 Федеральное государственное автономное учреждение "Военный инновационный технополис "ЭРА" Digital atmospheric optical communication system

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4435850A (en) * 1982-02-16 1984-03-06 International Telephone And Telegraph Corporation Secure fiber optic data transmission system
US5073982A (en) * 1989-09-01 1991-12-17 General Electric Company Apparatus for connecting multiple passive stars in a fiber optic network
US5408351A (en) * 1992-10-15 1995-04-18 At&T Corp. Optical communication system
RU2111617C1 (en) * 1997-01-16 1998-05-20 Леонид Иванович Гусев Laser communication terminal
RU2154906C1 (en) * 1999-06-28 2000-08-20 Московский государственный институт электронной техники (технический университет) Method and device for data transmission and reception by means of optical signal
RU2221341C2 (en) * 2002-01-24 2004-01-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Концерн "Системпром" Method for protecting information against unauthorized access in fiber-optic communication lines
RU2237367C2 (en) * 2002-11-11 2004-09-27 Открытое акционерное общество "Информационные телекоммуникационные технологии" Fiber-optic communication line for emergency situations

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4435850A (en) * 1982-02-16 1984-03-06 International Telephone And Telegraph Corporation Secure fiber optic data transmission system
US5073982A (en) * 1989-09-01 1991-12-17 General Electric Company Apparatus for connecting multiple passive stars in a fiber optic network
US5408351A (en) * 1992-10-15 1995-04-18 At&T Corp. Optical communication system
RU2111617C1 (en) * 1997-01-16 1998-05-20 Леонид Иванович Гусев Laser communication terminal
RU2154906C1 (en) * 1999-06-28 2000-08-20 Московский государственный институт электронной техники (технический университет) Method and device for data transmission and reception by means of optical signal
RU2221341C2 (en) * 2002-01-24 2004-01-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Концерн "Системпром" Method for protecting information against unauthorized access in fiber-optic communication lines
RU2237367C2 (en) * 2002-11-11 2004-09-27 Открытое акционерное общество "Информационные телекоммуникационные технологии" Fiber-optic communication line for emergency situations

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2494526C2 (en) * 2010-04-05 2013-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" Method of generating electromagnetic oscillations in microwave and ehf ranges with ultra-wideband frequency tuning
RU2453813C1 (en) * 2011-03-10 2012-06-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-исследовательский центр "НИКА" Method of navigating spacecraft based on celestial periodic radiation sources
RU2475957C1 (en) * 2011-06-17 2013-02-20 Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") Method to provide continuous radio communication of manned base on mars surface with earth and system to implement this method
RU2637511C2 (en) * 2013-07-16 2017-12-05 Нек Корпорейшн Transmitting device, transmission system and path switching method
RU2638166C1 (en) * 2013-12-14 2017-12-12 ЭлДжи ЭЛЕКТРОНИКС ИНК. Method and device for transfer of data from wireless local network to plurality of stations
US10211890B2 (en) 2013-12-14 2019-02-19 Lg Electronics Inc. Method and device for transferring data from wireless LAN to plurality of STAs
RU2624771C1 (en) * 2016-07-25 2017-07-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГБОУ ВО ПГУТИ) Method of building a basic station of fiber-ether telecommunication system of mobile radio communication network
RU2628121C1 (en) * 2016-10-11 2017-08-15 Компания АМОТЕК ТЕКНОЛОДЖИ ОЮ, рег. N 14113251 Method for constructing wide-code frequency converter of radio signals and device for its implementation
RU196495U1 (en) * 2019-10-25 2020-03-03 Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" Anti-Robotic System
RU2720856C1 (en) * 2019-11-07 2020-05-13 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" Method of determining direction of a laser beam on a spacecraft receiving space laser communication signals
RU2757997C1 (en) * 2020-07-07 2021-10-25 Федеральное государственное автономное учреждение "Военный инновационный технополис "ЭРА" Digital atmospheric optical communication system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2380834C1 (en) Method for laser space communications and facility for its implementation
Caldwell et al. Quantum-limited optical time transfer for future geosynchronous links
De et al. A survey on photonics technologies for radar applications
US10389514B2 (en) Optical time distributor and process for optical two-way time-frequency transfer
CN102096071B (en) Cooperative target laser ranging method and device using relay optical amplification
US12455355B2 (en) Approaches, apparatuses and methods for LIDAR applications based on-mode-selective frequency conversion
US20020075472A1 (en) Optical fiber ceilometer for meteorological cloud altitude sensing
CN105547174B (en) Distributed high-accuracy laser on-line measurement system
CN111224716B (en) Coherent laser communication and laser radar integrated device
Swann et al. Low-loss reciprocal optical terminals for two-way time-frequency transfer
Zhang et al. Inter-satellite laser link acquisition with dual-way scanning for Space Advanced Gravity Measurements mission
CN1942780B (en) Electronic distance meter featuring spectral and spatial selectivity
CN113671521B (en) Coarse and fine measuring ruler difference frequency modulation and demodulation phase laser ranging device and method
Velazco et al. Development of omnidirectional optical terminals for swarm communications and navigation
Dix-Matthews et al. Towards optical frequency geopotential difference measurements via a flying drone
CN105738961B (en) Deep space gravitational wave detection method based on midsequent femtosecond pulse
US6778886B2 (en) Satellite location determination system
Caldwell et al. High-precision optical time and frequency transfer
Bashkansky et al. Synthetic aperture imaging at 1.5 um: Laboratory demonstration and potential application to planet surface studies
CN119341642A (en) On-orbit coaxial self-calibration device and method for receiving and transmitting optical axes of intersatellite laser communication payload
Li et al. Compact single-photon LiDAR for satellite laser ranging
CN105700035B (en) Deep space gravitational wave detecting device based on midsequent femtosecond pulse
US5233403A (en) Heterodyne array for measurement of target velocity
Hemmati et al. Combined laser communications and laser ranging transponder for Moon and Mars
Sun et al. A Small All-range Lidar for topographic mapping from orbit and guidance during descent and touchdown

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100624