Die Satelliten-Laser-Radarstation Potsdam

Die Satelliten-Laserradarstation Potsdam (SLR – Satellite Laser Ranging) arbeitet seit Januar 2003 kontinuierlich innerhalb des weltweiten ILRS-Netzwerkes ( ILRS – International Laser Ranging Service). Das SLR-Verfahren wurde 1964 eingeführt und ist nach wie vor eine der genauesten raumgestützten geodätischen Techniken, wobei die Messgenauigkeit kontinuierlich verbessert wurde.

  • Die wissenschaftlichen Hauptbeiträge des SLR sind:
  • Überwachung von Erdrotationsparametern (Polbewegung und Tageslänge)
  • Überwachung dreidimensionaler Verformungen der festen Erde (Stationskoordinaten und –geschwindigkeiten), zeitvariable Koordinaten des Geozentrums
  • Statische und zeitvariable Koeffizienten des Erdschwerfeldes
  • Kalibrierung / Validierung von Mikrowellen-Apparaturen an Bord von Satelliten (z.B. GPS Empfänger, Radar-Altimeter)

Das Prinzip des Satelliten-Laserradars ist relativ einfach: mittels eines Teleskops werden kurze Laserimpulse in Richtung des Laser-Retroreflektors (LRR) an Bord eines Satelliten abgestrahlt. Ein kleiner Teil des dort reflektierten Signals wird vom Teleskop wieder eingefangen und die Zweiweg-Flugzeit (Erde-Satellit-Erde) wird zusammen mit der Epoche der Signalaussendung registriert. Anhand der Kenntnis der Lichtgeschwindigkeit sowie einiger Korrekturen für den Weg, den das Lichtsignal innerhalb der Erdatmosphäre zurücklegt, kann daraus die exakte Entfernung des Satelliten zur Zeit der Messung abgeleitet werden. Satelliten mit Laserreflektoren an Bord werden durch SLR-Stationen auf allen Kontinenten (mit Ausnahme der Antarktis) unter Koordination durch den ILRS beobachtet. Die Genauigkeit des SLR-Verfahrens ist im Wesentlichen durch die technischen Parameter der Bodenstation sowie die Qualität des LRR auf dem Satelliten bestimmt. Typische Werte für moderne Systeme sind Einzelschuss-Genauigkeiten von 1 – 2 cm bei Entfernungen bis zu 25000 km.

Die SLR Station Potsdam ist ein bi-statisches System mit getrennten Teleskopen für Aussendung und Empfang des Lasersignals.

Laser station Potsdam
Laser station Potsdam

Die wesentlichen technischen Parameter sind:  

  • Sendeteleskop: 15 cm Coudé-Refraktor auf alt-azimutaler Montierung
  • Empfangsteleskop: 40 cm Coudé-Cassegrain Spiegel auf alt-azimutaler Montierung
  • Lasertyp: Nd:YVO, frequenzverdoppelt (532 nm)
  • Sendeenergie: 400 µJ/Impuls, Wiederholrate 2000 Hz, Impulsbreite 10 ps
  • Detektor: Hybrid-Photovervielfacher oder Lawinenfotodiode
  • Flugzeitregistrierung: Event Timer mit 1 ps Auflösung
  • Einzelschussgenauigkeit: <1 cm

Weitere Details des Systems findet man hier .

SLR Station Potsdam im Nachtbetrieb

Die Station ist hochgradig automatisiert. Beide Teleskope sowie die komplette Elektronik zur Entfernungs¬messung sind computergesteuert. Nur eine Person ist zur Überwachung des Systems erforderlich. Trotz des geringen Durchmessers des Empfangstelekops von nur 40 cm zeigt das SLR System Potsdam eine gute Signalausbeute sowohl unter Nacht- als auch unter Tageslicht-Bedingungen (> 2200 Satellitenpassagenwerden jährlich beobachtet) und hat eine gute Kurz- und Langzeitstabilität von wenigen Millimetern (siehe dazu die Reports der offiziellen ILRS-Analysezentren).

Seit September 2011 ist ein Festkörperlaser mit einer Wiederholrate von 2 kHz (vorher 10 Hz) sowie kürzeren Impulsen (10 ps gegenüber 50 ps) im Einsatz, wodurch sich die Zahl der Einzelmessungen pro Satelliten-Passage deutlich erhöht hat. Derartige Messungen werden u.a. zur Bestimmung der Spinfrequenz und –orientierung schnell rotierender Kugelsatelliten ( Lares , Blits, Ajisai) verwendet. Hochpräzise Entfernungsmessungen finden auch zu den Satelliten des europäischen Galileo-Navigationssystems statt.

Einige Informationen zur Geschichte der Satelliten-Laser-Entfernungsmesung finden Sie hier.

Lasersender in Betrieb (Schutzhaube geöffnet)
Lasersender in Betrieb (Schutzhaube geöffnet)

Kontakt

Herr Dr. Ludwig Grunwaldt
Globales Geomonitoring und Schwerefeld

Telegrafenberg
Haus A 19, Raum 102
14473 Potsdam
Tel. +49 331 288-1733