SLR-Station

Die Grazer SLR-Station ist eine der führenden Laserstationen weltweit. Ihr Herzstück ist ein Nd:Vanadate kHz Laser System. Dieses generiert 2000 kurze Laserpulse in der Sekunde, das entspricht einer Frequenz von 2 kHz. Die Dauer eines einzelnen Laserpulses beträgt nur 10 Pikosekunden.  Zum Vergleich: Licht legt mit einer Geschwindigkeit von 300000 km/s in dieser kurzen Zeit eine Strecke von ca. 3 mm zurück. Ein einzelner Puls hat dabei eine Energie von 400 µJ, das entspricht ca. einer Million mal einer Milliarde Photonen. Am Satelliten reflektieren Retroreflektoren einen kleinen Teil des Lichtpulses wieder zur SLR-Station zurück. Einige wenige Photonen (in den meisten Fällen nur ein einziges Photon) werden von einem 0,5 m-Teleskop aufgefangen und von einem Einzel-Photon-Detektor registriert. Dieser Detektor hat einen Durchmesser von etwa 200 µm (etwa 4-mal so viel wie ein menschliches Haar). Je nach Entfernung des Satelliten benötigen die Photonen dafür nur einige Millisekunden bis etwa 0,25 Sekunden.

Eine für kHz-SLR-Systeme optimierte Echtzeit-Software wurde vom Grazer SLR-Team entwickelt und kann daher sehr flexibel eingesetzt und erweitert werden. Ein Grafikinterface ermöglicht auch ungeübten Anwendern eine leichte Bedienung. Nach nur einer Trainingsnacht können auch unerfahrene Beobachter die SLR-Station bereits ohne größere Probleme bedienen.

Die Echtzeit-Software beinhaltet bereits eine beachtliche Menge von Automatiken:

  • - Automatische Erkennung potentieller Returns im Hintergrundrauschen
  • - NUR diese werden gespeichert, um die Größe der Files zu reduzieren
  • - Automatisches Setzen / Anpassen / Optimieren des Range-Gates
  • - Automatisches Berechnen und Setzen von Time Bias-Werten
  • - Automatisches Optimieren der Nachführung
  • - Erkennung von unerwünschten Pre-Pulsen, Reduzierung durch Offset-Pointing
  • - Automatische Suchroutinen, um den Satelliten zu finden

Zusätzlich zur Beobachtungssoftware kommen einige weitere Softwaretools zum Einsatz. Mittels einer speziellen Kamera kann die Rückstreuung des Laserlichts in der Atmosphäre auch bei Tag beobachtet werden. Dies erleichtert den Beobachtern die Einstellung der Richtung des Laserstrahls. Nachts können von der Sonne beleuchtete Satelliten mittels einer hochempfindlichen astronomischen Kamera auch optisch sichtbar gemacht werden.

Das Messen mit 2 kHz, mit relativ schwacher Energie pro Puls und mit Single-Photon-Detektor ergibt – speziell bei hohen Satelliten – sehr niedrige Return-Raten mit einem sehr hohen Rauschanteil (geringes Signal/Rauschverhältnis). Bei GPS-Satelliten beträgt die durchschnittliche Return-Rate etwa 0,001. Das bedeutet, dass bei 2000 Schüssen pro Sekunde durchschnittlich nur etwa 2 Returns empfangen werden, die in unter 1998 Rauschpunkten versteckt sind. Die Echtzeit-Return-Erkennung muss diese zwei potentiellen Returns erkennen, abspeichern und das Rauschen verlässlich ausscheiden.