ITMO
ru/ ru

ISSN: 1023-5086

ru/

ISSN: 1023-5086

Scientific and technical

Opticheskii Zhurnal

A full-text English translation of the journal is published by Optica Publishing Group under the title “Journal of Optical Technology”

Article submission Подать статью
Больше информации Back

DOI: 10.17586/1023-5086-2024-91-09-29-39

УДК: 535.31:681

Control of the relative spatial position of structural elements, including transformable ones, using a laser measuring channel and wide-field retroreflectors

Mesnjankin E.P., Potapov, S.L., Potapova, N.I.
For Russian citation (Opticheskii Zhurnal):

Меснянкин Е.П., Потапов С.Л., Потапова Н.И. Контроль взаимного пространственного положения элементов конструкций, в том числе трансформируемых, с применением лазерного измерительного канала и широкопольных световозвращателей // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 9. С. 29–39. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-09-29-39

 

Mesnjankin E.P., Potapov S.L., Potapova N.I. Control of the relative spatial position of structural elements, including transformable ones, using a laser measuring channel and wide-field retroreflectors [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 9. P. 29–39. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-09-29-39

For citation (Journal of Optical Technology):
-
Abstract:

Subject of study. Laser systems with control retroreflective elements for determining the spatial position of structural elements of optical-mechanical devices. Aim of study. Development of a high-precision method and arrangement of a laser measuring channel for determining the spatial position of structural elements, including transformable ones. Method. The method of reducing the error in determining coordinates is based on the use of wide-field retroreflective elements with the encoding feature, digital registration and processing of the received reflected signals. Main results. The laser control channel with retroreflective control elements allowing the spatial position of movable structural elements to be measured with high accuracy is developed. A design scheme of retroreflective elements enabling us to obtain retroreflective angles close to 180° is proposed. Encoding methods are proposed to ensure the identification of individual control elements. Samples of retroreflective elements with the confirmed design characteristics have been produced. The combination of the proposed solutions enables us to develop laser control channels for high-precision control of the coordinates of the surface of structural elements, including transformable devices operating in outer space. Practical significance. The retroreflective optical elements with a large field of view and identification system proposed in the work allow us to create control channels with the largest margin of error up to 1.5 mm in determining spatial coordinates, which permits determination of the position of movable elements in spacecraft structures. The results of the study develop and complement the existing means and techniques for monitoring the spatial position of transformed structures using a laser measuring channel, which constitutes their practical significance.
 

Keywords:

retroreflector, control elements, laser control channel, spatial position, transformable structural elements, identification

OCIS codes: 070.0070,110.2960, 1102970, 120.0120, 140.0140, 230.0230, 250.0250

References:
  1. Бокшанский В.Б., Карасик В.Е., Таранов М.А. Автоматическое обнаружение световозвращателей с помощью лазерных локационных систем // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2011. № 2. С. 25–35.

  Bokshansky V.B., Karasik V.Ye., Taranov M.A. Automatic detection of retroreflectors using laser location systems [in Russian] // Herald of Bauman MSTU. Instrument Engineering Ser. 2011. № 2. P. 25–35.

  1. Васильев Ю., Камышев А. Система определения координат движущихся объектов с лазерным сопровождением // Компоненты и технологии. 2005. № 9. С. 1–3.

  Vasil'ev Yu., Kamyshev A. A system for determining coordinates of moving objects with laser tracking [in Russian] // Components and Technol. 2005. № 9. P. 1–3.

  1. Ведешин Л.А., Ипатов А.В. Первые космические эксперименты по лазерной локации Луны (К 50-летию посадки на Луну Лунохода-1) // Тр. Института прикладной астрономии РАН. 2020. Вып. 53. С. 30–37. https://doi.org/10.32876/ApplAstron.53.30-37

   Vadeshin L.A., Ipatov A.V. The first space experiments on the laser location of the Moon (On the 50th anniversary of Lunokhod-1 moonfall) [in Russian] // Proc. Institute of Applied Astronomy RAS. 2020. Iss. 53. P. 30–37. https://doi.org/10.32876/ApplAstron.53.30-37

  1. Tolker-Nielsen T., Guillen J-C. The first European optical communication terminal in orbit // ESA Bulletin. 1998. № 96. P. 1–3.
  2. Keizo N., Yamamoto A. Preliminary design of laser utilizing communications equipment (LUCE) installed on optical inter-orbit communications engineering test satellite (OICETS) // Free-Space Laser Commun. Technol. VII. Internat. Soc. for Optics and Photonics. 1995. V. 2381. P. 14–26.
  3. Carrizo C., Knapek M., Horwath J., et al. Optical inter-satellite link terminals for next generation satellite constellations // Proc. Soc. Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 2020. V. 11272. Article id. 1127203. P. 1–11.  https://doi.org/10.1117/12.2545629
  4. Меснянкин Е.П., Павлов Н.И., Потапов С.Л. и др. Аналитическая модель лазерного дальномера для измерения расстояний до объектов с плохо прогнозируемой динамикой движения // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 2. С. 46–58. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-02-46-58

  Mesnjankin E.P., Pavlov N.I., Potapov S.L., et al. Analytical model of a laser rangefinder for measuring distances to objects with poorly predicted motion dynamics // J. Opt. Technol. 2023. V. 90. № 2. P. 81–87. https://doi.org/10.1364/JOT.90.000081

  1. Бурдинов К.А., Шашкина К.М., Шагхаей Э. Исследование системы автоматического управления стабилизации изображения бортовых оптико-электронных приборов наведения и слежения // Advanced Eng. Res. 2022. V. 22. № 2. Р. 150–160. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2022-22-2-150-160

   Burdinov K.A., Shashkina K.M., Shagkhaei E. Study of the automatic image stabilization control system for on-board optoelectronic guidance and tracking devices [in Russian] // Advanced Eng. Res. 2022. V. 22. № 2. P. 150–160. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2022-22-2-150-160

  1. Барышников Н.В., Карасик В.Е., Степанов Р.О. Исследование отражательных характеристик тетраэдрических световозвращателей в ИК-диапазоне // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2010. № 1. С. 3–16.

   Baryshnikov N.V., Karasik V.Ye., Stepanov R.O. Study of reflective characteristics of tetrahedral retroreflectors in the IR range [in Russian] // Herald of Bauman MSTU. Instrument Engineering Ser. 2010. № 1. P. 3–16.

  1. Старовойтов Е.И., Савчук Д.В. Исследование и оптимизация применения уголковых отражателей для локации космических объектов // Космическая техника и технологии. 2013. № 1. С. 38–43.

   Starovoitov Ye.I., Savchuk D.V. Study and optimization of the use of angle reflectors for the location of space objects [in Russian] // Space Eng. and Technol. 2013. № 1. P. 38–43.

  1. Королев Б.В., Кочергин П.П. Использование комплекса аппаратуры космической оптической линии связи для решения задач высокоточной автономной навигации и ориентации космического аппарата // Вторая Всероссийская научно-техн. конф. Современные проблемы ориентации и навигации космических аппаратов. Сб. тр. / Под ред. Аванесова Г.А. Россия, Таруса. 13–16 сентября 2010. М.: ИКИ РАН, 2011. С. 129–140.

 Koroliov B.V., Kochergin P.P. Application of a complex of space optical communication line equipment to solve the problems of high-precision autonomous navigation and orientation of the spacecraft [in Russian] // The Second All-Russian Scientific and Technical Conf. Modern problems of orientation and navigation of spacecraft. Proc. / Ed. by Avanesov G.A. RF, Tarusa. September 13–16, 2010. Мoscow: SRI RAS Press, 2011. P. 129–140.

  1. Савчук Д.В., Старовойтов Е.И. Характеристики бортовых лазерных локационных систем и уголковых отражателей для увеличения дальности измерений до 2000 км при сближении космических аппаратов // Космическая техника и технологии. 2014. № 4(7). С. 47–53.

   Savchuk D.V., Starovoitov Ye.I. Characteristics of on-board laser location systems and angle reflectors for increasing the measurement range up to 2000 km when spacecrafts approach each other [in Russian] // Space Eng. and Technol. 2014. № 4(7). P. 47–53.

  1. Соколов А.Л., Акентьев А.С., Ненадович В.Д. Космические ретрорефлекторные системы // Светотехника. 2017. № 4. С. 19–23.

   Sokolov A.L., Akentiev A.S., Nenadovich V.D. Space retroreflecting systems [in Russian] // Svetotekhnika. 2017. № 4. P. 19–23.

  1. Электронный ресурс URL: https://jwst.nasa.gov/content/webbLaunch/assets/documents/WebbMediaKit.pdf

   Electronic resource URL: https://jwst.nasa.gov/content/webbLaunch/assets/documents/WebbMediaKit.pdf

  1. Электронный ресурс URL: https://telegra.ph/Rossijskij-kosmicheskij-yadernyj-buksir-Zevs-byvshij-Nuklon-YAdro-TEHM-Gerkules-07-15

  Electronic resource URL: https://telegra.ph/Rossijskij-kosmicheskij-yadernyj-buksir-Zevs-byvshij-Nuklon-YAdro-TEHM-Gerkules-07-15

  1. Цветков А.Д., Босый О.Н., Пасункин В.Н. и др. Измерение оптических характеристик катадиоптрических световозвращателей // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 8. С. 36–43.  https://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-08-36-43

       Tsvetkov A.D., Bosyi O.N., Pasunkin V.N., et al. Measurement of optical characteristics of catadioptric retroreflectors // J. Opt. Technol. 2019. V. 86. № 8. P. 486–492. https://doi.org/10.1364/JOT.86.000486

  1. Соколов А.Л., Мурашкин В.В., Акентьев А.С. и др. Уголковые отражатели с интерференционным диэлектрическим покрытием // Квант. электрон. 2013. Т. 43. № 9. С. 795–799.

       Sokolov A.L., Murashkin V.V., Akent'ev A.S., et al. Cube-corner reflectors with interference dielectric coating // Quantum Electronics. 2013. V. 43. № 9. P. 795–799. https://doi.org/10.1070/QE2013v043n09ABEH015244

  1. Ненадович В.Д., Соколов А.Л. Стойкость уголкового отражателя с диэлектрическим просветляющим покрытием к действию факторов космического пространства // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 7. С. 37–44. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-07-37-44

  Nenadovich V.D., Sokolov A.L. Resistance of a corner cube reflector with a dielectric antireflection coating to the space environment // J. Opt. Technol. 2022. V. 89. № 7. P. 395–399. https://doi.org/10.1364/JOT.89.000395

  1. Меснянкин Е.П., Потапов С.Л., Потапова Н.И. Светоотражающий элемент // Патент РФ № RU2783298C1. 2021. Бюл. № 32. 2022.

   Mesnjankin E.P., Potapov S.L., Potapova N.I. Light-reflecting element // RF Patent № RU 2783298C1. 2021. Bull. № 32. 2022.

  1. Аблеков В.К., Колядин С.А., Фролов А.В. Высокоразрешающие оптические системы. М.: Машиностроение, 1985. 176 с.

  Ablekov V.K., Koliadin S.A., Frolov A.V. High-resolution optical systems [in Russian]. Moscow: "Mashinostroenie" Publ.,   1985. 176 p.