Bundesamt für Kartographie und Geodäsie

Wettzell Laser Ranging System

Das WLRS ermöglicht Entfernungsmessungen zu künstlichen Erdsatelliten sowie zum Mond und liefert dadurch Beiträge zum ITRF, zur Bestimmung von Satellitenbahnen und für die Ermittlung der Polkoordinaten und -bewegung.

Einleitung

Das WLRS wurde 1986 in Auftrag gegeben und ist seit 1990 in Betrieb. Es ist konzipiert worden, um Entfernungen sowohl zu Satelliten als auch zum Mond zu messen. Dafür ist es mit einem einzigen Teleskop ausgestattet, damit der optische Weg für den Sende- und Empfangsstrahl identisch ist. Das ist eine Grundvoraussetzung zum Treffen weit entfernter Ziele wie dem Mond. Die Umschaltung zwischen Sende- und Empfangsweg erfolgt durch eine teilverspiegelte, rotierende Scheibe.

Technische Daten

Teleskop

  • 75 cm Zeiss-Teleskop auf einer Alt/Az-Montierung zum Senden und Empfangen
  • Positionsgenauigkeit 0,5 arcsec
  • Strahldivergenz 2-8 arcsec (1-4 cm/km)

Pulslaser

  • Nd:YAG-Laser mit drei Verstärkerstufen
  • Einzelpuls-Energie von 180 mJ (bei 532 nm) bzw. 360 mJ (bei 1064 nm)
  • Pulslänge 50 ps
  • 20 Pulse pro Sekunde

Detektoren

  • 6 Ports für den Anschluss verschiedener Empfänger
  • ein Mikrokanal-Photomultiplier (MCP) mit 30 ps Jitter und Mehrphotonenauflösung
  • eine Infrarot Lawinenphotodiode (IR APD)
  • eine hochempfindliche APD
  • eine Streakkamera

Laufzeitmessung

  • Event Timer mit 5 ps Auflösung
  • Systemgenauigkeit etwa 1 cm

Beobachtungsstatistik

Seit 1991 wird im Dreischichtbetrieb (24 Stunden pro Tag, 7 Tage pro Woche) beobachtet. Die folgende Grafik zeigt die monatliche Anzahl der gemessenen Satellitendurchgänge in einem Jahr:

Satellite Observing System Wettzell (SOS-W)

Das SOS-W wurde für die Beobachtung niedrig- und mittelhoch fliegender Satelliten konzipiert und soll nach Inbetriebnahme das WLRS entlasten, um diesem eine verstärkte Beobachtung hochfliegender Satelliten und Mondmessungen zu ermöglichen.

Frühere Messsysteme

Erste Generation

Auf der Fundamentalstation Wettzell ist bereits Anfang der 1970er Jahre begonnen worden, Entfernungen zu Satelliten zu messen. 1972 wurde zunächst ein System der ersten Generation installiert, das ursprünglich vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR; damals DFVLR) für Satellitenbeobachtungen konzipiert war und das vom Institut für Angewandte Geodäsie (IfAG; heute BKG) übernommen und zu einem funktionsfähigen System ausgebaut wurde. Auf einer Flugabwehrlafette wurden ein Rubinlaser (Siemens), ein Empfangsteleskop und ein Leitfernrohr montiert. Die Satelliten wurden visuell angepeilt. Der Laser sandte alle 7 Sekunden einen Puls von etwa 30 Nanosekunden Zeitdauer aus, der am Satelliten reflektiert und über das Empfangsteleskop einem hochempfindlichen Photodetektor zugeleitet wurde. Die Laufzeit des Signals betrug dabei mehrere Millisekunden und wurde von einem Zeitzähler mit einer Genauigkeit von einigen Nanosekunden (entspricht einer Entfernungsgenauigkeit von 1-2 m) gemessen.

Dritte Generation

Schon 1974 wurde ein neues Satellite Laser Ranging System (SRS) bei der Firma GTE-Sylvania (Mountain View, California) in Auftrag gegeben, mit dem dann Ende 1977 der Messbetrieb aufgenommen wurde. Dieses System war als eines der ersten mit einem Nd:YAG-Laser ausgerüstet, der kurze Pulse von etwa 200 Pikosekunden bei ausreichender Leistung erzeugte. Durch den Einsatz kurzer Pulse in Verbindung mit einer hochempfindlichen Empfangseinheit erlaubte dieses System bereits Messungen mit einer Genauigkeit von wenigen Zentimetern. Mit einer Pulsfolgefrequenz von 4 Hz konnten weit über 1000 Einzelmessungen pro Satellitendurchgang erreicht werden. Durch den Einsatz eines Prozessrechners ist der Messbetrieb weitgehend automatisiert worden. Die guten Leistungsdaten des Systems versprachen seinerzeit, dass auch Entfernungsmessungen zum Mond möglich sein müssten. Die extrem hohen Anforderungen an die Nachführgenauigkeit des Teleskops bei Messungen zum Mond führten aber nicht zum Erfolg. Mit dem System wurden alle geodätisch relevanten Satelliten von 1977 bis 1991 beobachtet. Das System wurde 1991 durch das WLRS ersetzt.

Modulares Transportables Laserentfernungsmesssystem (MTLRS)

In den 1980er Jahren wurde ein mobiles Entfernungsmesssystem gemeinsam mit der Technischen Universität Delft entwickelt, das zweimal gebaut wurde, sowohl für die Technische Universität Delft, als auch für das Institut für Angewandte Geodäsie (IfAG), dem heutigen BKG. Dieses System wurde vorwiegend eingesetzt, um Plattenbewegungen der Erdkruste im Mittelmeerraum zu messen (WEGENER-MEDLAS) (als GPS noch nicht verfügbar war) und um durch Kollokation (Parallelbeobachtungen an einem Ort) mit anderen Messsystemen systematische Fehler in dem Verfahren selbst und in den technischen Systemen aufzudecken.