Международная научная конференция
"Наблюдение околоземных космических объектов"

Звенигород, 23-25 января 2007

При наблюдении космических объектов с ПЗС-приемниками необходимо знать точное время начала экспозиции каждого кадра. Для этого на некоторых обсерваториях - в частности, в ГАО РАН - существует собственная служба времени. При ее отсутствии или в случае, если наблюдения ведутся в полевых условиях, для решения задачи определения момента экспозиции можно использовать специализированный GPS-приёмник.

Нами были рассмотрены 2 GPS-приёмника американской фирмы Trimble моделей Lassen IQ и Resolution T. Первый из них является приемником общего назначения. Второй ориентирован на применения, требующие высокоточного счета времени; на нем мы и остановили свой выбор.

Особенности приёмника Trimble Resolution T:

• низкая стоимость;
• высокоточная синхронизация с мировым временем со среднеквадратической погрешностью 15 нс. (точность шкалы UTC на сегодняшний день составляет 10-13 с);
• определение координат с точностью до 9 м и до 18 м в горизонтальном и вертикальном направлении, соответственно;
• два канала выдачи данных (используются протоколы TSIP и NMEA);
• диапазон рабочих температур от -40 до +85 C;
• три режима работы: рабочий (Run Mode), дежурный (Standby Mode) и режим монитора (Monitor Mode).

В рабочем режиме происходит слежение за спутниками и выдача информации о координатах, скорости и текущем времени. В дежурном режиме данные сохраняются в памяти, и продолжает работать таймер реального времени. Все остальные блоки не работают, модуль не принимает сигналы спутников и не выдаёт никакой информации. Благодаря хранению последних данных о местоположении и эфемерид спутников приёмник обеспечивает более быстрое время старта. В дежурном режиме потребление энергии очень мало. Это может оказаться полезным, если случается перерыв в работе аппаратуры. Переход в дежурный режим и обратно можно осуществить аппаратно и программно. Режим монитора используется для обновления внутреннего программного обеспечения модуля, которое хранится во flash-памяти.

Приёмник был адаптирован нами для работы с персональным компьютером. Ниже представлена принципиальная схема адаптера.

В неё входит: источник питания (импульсный преобразователь с 5В. до 3,3В.); токовый усилитель сигнала 1PPS; приёмо-передатчик для согласования интерфейсных сигналов; схема заряда ионистора и цепь питания активной антенны GPS-приёмника. Элементы адаптера выбирались с таким учётом, что бы они могли работать при отрицательной температуре. Связь с приёмником осуществляется через последовательный порт (RS-232) или шину USB посредством соответствующего адаптера USB-COM. Питание приёмника осуществляется также непосредственно от компьютера, через USB-порт, поэтому для работы в полевых условиях можно использовать ноутбук. Питание приёмника в дежурном режиме осуществляется от конденсатора большой ёмкости - ионистора. Переход в дежурный режим происходит автоматически при отключении основного питания.

Использование протокола RS-232 для связи приемника с компьютером позволяет достичь большого расстояния между компьютером и приемником, антенна которого должна располагаться, по возможности, на открытом месте, что необходимо для уверенного и стабильного определения координат и времени.

Разработанное нами программное обеспечение для работы с приемником включает модуль транслятора протокола TSIP, входящий в программную службу обеспечения точного времени AccuTime. Данная служба позволяет работать с различными источниками временного сигнала на базе единого интерфейса прикладных программ (API). В частности, она интегрируется с системой управления ПЗС-камерами CameraControl, используемой в настоящее время в рамках сети ПулКОН для работы с камерами производства фирм FLI, SBIG и НПО "Электрон".

С учетом задержек передачи данных по протоколу RS-232, управления камерой и программных задержек в системе Windows, не являющейся ОС реального времени, фактическая точность определения момента экспозиции при использовании данной системы составляет 0.01-0.02 с. Кроме того, для ПЗС-камер, обладающих аппаратной возможностью запуска экспозиции от внешнего синхронизирующего импульса (т.н. триггерный режим), используется секундный импульс (PPS), генерируемый GPS-приемником на базе Trimble Resolution T. В этом случае фактическая точность определения момента начала экспозиции ограничивается только скоростью и стабильностью срабатывания механического затвора камеры. Такой возможностью обладают, в частности, все модели ПЗС-камер FLI.

Разработанная нами система синхронизации времени на основе GPS-приемников Trimble Resolution T используется в настоящее время в обсерваториях сети ПулКОН, ведущих регулярные наблюдения околоземных космических объектов.

Авторы благодарят Маркелова Ю.С. за своевременное освоение П.О. для разводки печатных плат и выполненный им в сжатые сроки проект печатной платы.

4 апреля 2007
Доклад публикуется с разрешения авторов