月球激光测距的现状及可能的改进方法

月球激光测距（LLR）代表了单光子探测技术的高峰，是国际激光测距界奋斗的目标。本文回顾了月球激光测距的现状以及它所持有的技术难度，同时介绍了我们为增加月球激光测距回波光子数所提出的一些可能的改进方法。特别介绍了在月球激光测距中利用月面反射器近旁的月面扩展源探测与计算大气倾斜量，进而对测月的激光束实施大气倾斜量实时改正这样一个全新的概念，最后介绍了云南天文台的激光测距系统以及它的近期工作目标。     

月球激光测距的新技术方法研究

月球激光测距是国内外所瞩目的宏伟目标 ,代表着单光子探测技术的高峰。本论文的目的是探索提高激光测月回波光子数的新方法 ,进而增加激光测月成功的几率。其思路是源于一个新的想法 :在激光测月过程中引入大气波前倾斜量实时补偿的技术。首先介绍激光测月的现状和其难度所在 :回波光子数太少 ,基本上属于亚光子探测范畴。在现有技术条件下 ,本文对影响激光测月回波光子数的因素逐一进行分析讨论 ,提出应该把激光束截面能量分布和大气湍流效应包括进去。为此分析讨论了大气湍流和大气中光场的基本统计性质、激光束在大气中传输时所受大气湍流的影响以及大气湍流对激光测距的影响 ,得出大气湍流特别对激光测月有着明显影响的结论。在此基础上对传统的激光测距方程进行了修正 ,使其应用到激光测月时更符合真实的情况 ,从而指导补偿的进行。涉及到在激光测月中对受大气湍流而畸变的激光束进行补偿 ,本文抓住重点 ,通过分析看出对大气倾斜量的实时补偿是提高激光测月回波光子数的重要因素。结合激光测月以及云南天文台现有测距系统的实际情况 ,本文独创性地提出利用激光测月目标近旁一定大小区域的扩展面源探测与计算大气倾斜量 ,然后对激光测月中的激光束进行大气倾斜量实时补偿的新技术方法。在分析比较     

月球激光测距的新技术方法研究

月球激光测距是国内外所瞩目的宏伟目标，代表着单光子探测技术的高峰。本论文的目的是探索提高激光测月回波光子数的新方法，进而增加激光测月成功的几率。其思路是源于一个新的想法：在激光测月过程中引入大气波前倾斜量实时补偿的技术。首先介绍激光测月的现状和其难度所在：回波光子数太少，基本上属于亚光子探测范畴。在现有技术条件下，本文对影响激光测月回波光子数的因素逐一进行分析讨论，提出应该把激光束截面能量分布和大气湍流效应包括进去。为此分析讨论了大气湍流和大气中光场的基本统计性质、激光束在大气中传输时所受大气湍流的影响以及大气湍流对激光测距的影响，得出大气湍流特别对激光测月有着明显影响的结论。在此基础上对传统的激光测距方程进行了修正，使其应用到激光测月时更符合真实的情况，从而指导补偿的进行。涉及到在激光测月中对受大气湍流而畸变的激光束进行补偿，本文抓住重点，通过分析看出对大气倾斜量的实时补偿是提高激光测月回波光子数的重要因素。结合激光测月以及云南天文台现有测距系统的实际情况，本文独创性地提出利用激光测月目标近旁一定大小区域的扩展面源探测与计算大气倾斜量，然后对激光测月中的激光束进行大气倾斜量实时补偿的新技术方法。在分析比较各种从低对比度扩展源中计算大气倾斜量的算法后，本文认为采用绝对差分法最佳。最后是具体的激光测月的新技术方案，同时对此方法的理论与技术进行了分析讨论，推导出新技术方法的理论依据、补偿效果、可行性与实用性。     

自适应光学应用于月球激光测距中视场旋转对大气波前倾斜量提取的影响

自适应光学技术应用于月球激光测距试验中需要实时针对月面扩展源进行大气波前倾斜量的提取,望远镜在跟踪月亮的过程中存在月面本身相对望远镜的物方视场的旋转以及望远镜自身的运动所引起的像方视场的旋转,本文讨论了望远镜物方视场及像方视场旋转的规律以及其对大气波前倾斜量提取的影响。     

我国月球激光测距研究与进展

月球激光测距是国内外所瞩目的宏伟目标,代表着单光子探测技术的高峰。文中概述了全球月球激光测距的现状以及21世纪初月球激光测距的发展趋势;分析了我国开展月球激光测距的意义。最后介绍了云南天文台1.2m望远镜进行月球激光测距的发展战略和科学目标。     

基于PCl-Express高速图像采集卡对扩展源大气倾斜量的实时补偿

为能够实时补偿大气湍流对月球激光测距带来的渡前倾斜量误差,采用相关跟踪自适应光学系统,并根据其大计算量、高实时性的要求,创新地设计了基于PCI-Express高速图像采集卡及其硬实时操作系统驱动程序,完成对扩展源目标大气倾斜量的实时补偿.详细介绍了整体系统的软硬件设计,给出了一种PCI-Express高速图像采集卡设计结果及其RTAI实时驱动程序的软件设计结果,完成了进一步提高图像传输速度,减小相关跟踪系统系统延迟,提高系统响应带宽的目标,最终实现了图像数据的实时传输(≤28 μS)及波前倾斜量的实时补偿(≤348 μS).     

今后几年的月球探测和月球科学

近年来月球探测已经进入了一个全新的时代。特别是 1 990年以来 ,多个月球探测计划已经被成功实现 ,而且另外还有多个探测计划也在准备当中 ,并将在未来的几年内发射升空。在这种背景之下 ,中国的航天机构和有关的科学家也开始积极酝酿和开发自己的月球探测计划。这些月球探测计划将利用卫星上搭载的各种仪器探测和测量月球的地质和地理特性、化学成分和矿物组成、月球物理学特征以及包含地球大气在内的地月空间环境和行星际空间环境 ;进一步研究月球的起源和演化 ,探明月面环境 ,研究太阳等离子体物理 ,提供月面天文台和月面长期科研基地的候选地址 ,调查月球上的可利用资源 ,为将来开发月球提供充实的背景资料。参与新一轮的月球探测同样也为中国天文学研究带来了新的机会。     

今后几年的月球探测和月球科学

近年来月球探测已经进入了一个全新的时代。特别是1990年以来，多个月球探测计划已经被成功实现，而且另外还有多个探测计划也在准备当中，并将在未来的几年内发射升空。在这种背景之下，中国的航天机构和有关的科学家也开始积极酝酿和开发自己的月球探测计划。这些月球探测计划将利用卫星上搭载的各种仪器探测和测量月球的地质和地理特性、化学成分和矿物组成、月球物理学特征以及包含地球大气在内的地月空间环境和行星际空间环境；进一步研究月球的起源和演化，探明月面环境，研究太阳等离子体物理，提供月面天文台和月面长期科研基地的候选地址，调查月球上的可利用资源，为将来开发月球提供充实的背景资料。参与新一轮的月球探测同样也为中国天文学研究带来了新的机会。     

雷达探测技术在探月中的应用

人类运用雷达探测技术对月球探测取得了丰硕的科学成果,开展了对月球地形地貌探测、月壤厚度反演、月球次表层结构探测、月球水冰探测等研究。以不同的探测方式和科学目的综述了国内外运用雷达探测技术对月球探测所取得的一系列科学成果,以及我国成功发射"嫦娥三号"卫星,其巡视器"玉兔号"上搭载的测月雷达(Lunar Penetration Radar)将用于探测月球次表层结构和月壤厚度与结构,同时也介绍了测月雷达的基本原理与一些基本指标参数。     

SLR新星历及其在卫星预报中的应用

目前卫星激光测距(SLR)中所采用的IRV星历已经使用了近20年,近几年来随着对高轨卫星的测距和卫星白天测距的开展以及考虑到今后激光测距技术的发展,需要对SLR所采用的星历进行改进,以适应SLR发展的需求。从2006年8月起国际激光测距网(ILRS)将使用一种新的可用于多种目标测距的星历——CPF星历,该星历不仅可用于人造卫星的激光测距,而且还可用于月球及其转发器等目标的激光测距。该文介绍了这种SLR新星历和应用它进行卫星位置台站预报的情况,分析了其预报精度。     

Determination of some physical parameters of the Moon with Lunar Laser Ranging data

Information about the structure of lunar interior and evolution could be obtained from measurements of lunar free librations, gravitational field, dissipation etc.. In this paper the precision of determining free librations with Lunar Laser Ranging (LLR) data are estimated. Using the observing data from four telescopes for eighteen years the amplitudes and phases of free librations, the moments of inertia ratio of The Moon were determined.     

一种基于RTAI实时操作系统的相关跟踪处理机

引入倾斜校正自适应光学技术到月球激光测距中,详细介绍了倾斜校正自适应光学的相关跟踪原理,给出了一种基于实时操作系统RTAI的相关跟踪波前处理机的设计结果.该波前处理机采用绝对差分算法,使用通用CPU,基于Linux硬实时扩展系统BTAI实现对波前的实时处理.实验结果证明,它的相关跟踪处理帧频为1 KHz,并且具有集成度...     

10赫兹漫反射激光测距控制系统的设计与实现

设计和实现了云南天文台1．2m望远镜10Hz共光路漫反射激光测距控制系统,包括激光器、信号探测器和测时设备等的控制。并将系统应用于实际观测中,使用结果表明系统运行正常,且已成功实现了部分空间碎片的漫反射激光测距。将测时设备换为事件计时器后,该系统可直接用于激光测月试验。     

非合作目标分光路激光测距中距离值的确定方法

摘要：卫星激光测距是目前空间大地测量的主要手段之一,在地球动力学和大地测量学等领域有广泛的应用。云南天文台即将开展非合作目标分光路激光测距试验,即激光接收和发射光路系统分别由相邻较近的两台望远镜完成。针对分光路非合作目标激光测距系统,提出了一种非合作目标分光路激光测距中测距值的确定方法,并给出了相应的计算公式,为分光路激光测距数据处理提供参考。     

自适应光学技术应用于激光测月中大气波前倾斜量的探测与计算

针对云南天文台1.2米望远镜在激光测月中回波光子数太少的问题，将大气湍流效应考虑到激光测月中，研究了互相关和绝对差分两种跟踪算法的原理，并编写了算法程序，利用太阳数据验证了程序的正确性,给出了根据所采集的月面感兴趣区域的图像数据，用不同方法在不同条件下处理所得的大气波前整体倾斜信号，比较了算法的优劣。     

用lageos1和lageos2激光测距资料联合解地球定向参数

为了响应国际地球自转服务中心(IERS)和国际激光测距服务中心(ILRS)的呼吁，上海天文台天文地球动力学研究中心参加了对激光测距卫星lageos1、lageos2的资料的分析、计算，提交了关于地球定向参数(EOP)(1998—2001)的联合(1ageos1、lageos2)解算结果报告：(SHAO)2002L01，利用更精细化的和改正了的计算EOP的模型，获得了EOP(SHAO)2002L01系列，该系列与同时期的IERS的EOP(IERS)C04相比，符合程度：极移Xp、Yp好于0．35mas，日长变化Du好于0．030ms。     

Fundamental physics and absolute positioning metrology with the MAGIA lunar orbiter

MAGIA is a mission approved by the Italian Space Agency (ASI) for Phase A study. Using a single large-diameter laser retroreflector, a large laser retroreflector array and an atomic clock onboard MAGIA we propose to perform several fundamental physics and absolute positioning metrology experiments: VESPUCCI, an improved test of the gravitational redshift in the Earth?CMoon system predicted by General Relativity; MoonLIGHT-P, a precursor test of a second generation Lunar Laser Ranging (LLR) payload for precision gravity and lunar science measurements under development for NASA, ASI and robotic missions of the proposed International Lunar Network (ILN); Selenocenter (the center of mass of the Moon), the determination of the position of the Moon center of mass with respect to the International Terrestrial Reference Frame/System (ITRF/ITRS); this will be compared to the one from Apollo and Lunokhod retroreflectors on the surface; MapRef, the absolute referencing of MAGIA??s lunar altimetry, gravity and geochemical maps with respect to the ITRF/ITRS. The absolute positioning of MAGIA will be achieved thanks to: (1) the laboratory characterization of the retroreflector performance at INFN-LNF; (2) the precision tracking by the International Laser Ranging Service (ILRS), which gives two fundamental contributions to the ITRF/ITRS, i.e. the metrological definition of the geocenter (the Earth center of mass) and of the scale of length; (3) the radio science and accelerometer payloads; (4) support by the ASI Space Geodesy Center in Matera, Italy. Future ILN geodetic nodes equipped with MoonLIGHT and the Apollo/Lunokhod retroreflectors will become the first realization of the International Moon Reference Frame (IMRF), the lunar analog of the ITRF.