Лазерная спутниковая дальнометрия используется уже полвека для определения расстояния между космическим аппаратом (КА) и наземной станцией, а также для составления цифровых трехмерных карт рельефа Земли и других планет.

Лазерный дальномер представляет собой лазер, дающий очень короткий импульс, измеряемый нано и пикосекундами. И хотя энергия импульса мала 0.1-0.05 джоулей, мощность излучения колоссальна порядка 250 мегаватт и более. Принцип работы осуществляется следующим образом: с наземной станции посылаются ультракороткие импульсы в направлении КА, оснащенного специальными оптическими отражателями, затем на этой же станции принимается отраженный сигнал. Это метод определения дальности действия путем наведения на объект или поверхность лазера и измерения времени, за которое отраженный свет возвращается к приемнику.

Рисунок 1. Принцип работы лазерного дальномера

Для корректной работы ЛД и получения данных необходимо самостоятельно изготовить рельеф и установить его на глобусе. Например, вы можете напечатать 3D-модель своего рельефа или вырезать ее из пенопласта. При пролете спутника лазер сканирует поверхность планеты и выводить все данные в Web-интерфейс. При изменении расстояния до планеты данные также будут меняться, это можно увидеть с помощью графика в Houston Application, который является инверсией высоты рельефа над поверхностью глобуса.

Рисунок 2. Лазерный дальномер

В рамках изучения конструктора попробуем передать данные с дальномера, который подключен к микроконтроллеру. Чтобы подключить дальномер воспользуйтесь схемой подключения ниже:

Рисунок 3. Схема подключения лазерного дальномера

Вам понадобится библиотека Adafruit_VL53L1X.h«

Данные с лазерного дальномера мы получаем и отправляем в Raspberry через плату Arduino. Raspberry получает сообщение с данными с Arduino и дальше выводит их на экран в WEB-интерфейсе. Помимо этого полученные данные вы также можете вывести в Huston Application для получения графика изменения рельефа поверхности имитатора Земли Terra. Для корректной работы лазерного дальномера программа также должна осуществлять стабилизацию ориентации, чтобы дальномер мог сканировать конкретный рельеф.

Закрепим суть работы лазерного дальномера. Приемник, получив данные с дальномера, обрабатывает их и по CAN-шине передает в БВМ спутника. Далее через WI-Fi спутник-приемник шлет данные в Houston Application.

Для того, чтобы отобразить значения, которые присылаются в спутник-приемник необходимо:

1.Корректно настроить IP-адрес спутника с которым вы работаете. Для этого перейдите во вкладку File, далее Parameters, затем Connections. В строке serverAddress убедитесь, что стоит верный IP-адрес спутника, с которого вы принимаете данные.

Рисунок 4. Настройка IP-адреса спутника

2.Если все верно подключено, оставьте в окне Packets галочку только для 1A ПН. После этого в графе History у вас останутся данные, которые передает дальномер. Щелкните на любое значение справа и в окне Fields, далее Value вы увидите расстояние, которое прислал дальномер в милимметрах.

Рисунок 5. Данные, которые передает дальномер

3.Для визуализации данных перейдите в окно Window, далее New Instrument Panel и дайте наименование новой панели, например, Lazer_Distance.

Рисунок 6. Добавление новой панели

Рисунок 7. Настройки новой панели

4.Далее Add, Custom Plot и не изменяя ничего нажмите ОК (Можете задать название графика- Title).

Рисунок 8. Добавление нового графика

Рисунок 9. Настройки нового графика

5.Теперь на созданный график нам нужно вывести полученные от Arduino значения. Для этого найдите во вкладке History сообщение от Arduino и щелкните по нему левой кнопкой мыши. Вы увидите в окне Fields одно из полученных значений. Щелкните по нему правой кнопкой мыши, в открывшемся окне выберите Add to plot - (Название вашей панели).

Рисунок 10. Выведение созданного графика

Рисунок 11. Пример полученного графика

Теперь в вашей добавленной панели вы можете наблюдать график изменения рельефа поверхности имитатора Земли Terra.