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     

激光测距系统回波光子分布特性研究

激光测距系统回波光子特性分析对激光测距理论研究、系统设计以及性能评估具有重要意义。结合激光测距原理并综合考虑影响激光测距的多种因素,如大气湍流、大气和卷云传输特性、目标距离等,从理论上推导了测距方程以分析研究回波光子的分布特性。同时,利用Matlab软件开发平台编制了相应的激光测距系统回波光子分布特性研究软件,通过设置测距系统中激光器、发射望远镜、接收望远镜以及探测器等相关参数可估算回波光子数,并同时显示相应的函数关系曲线。     

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。     

实测中激光测距方程的完善

考虑望远镜存在跟踪随机抖动及大气湍流引起的光斑抖动等因素,推导出新的激光测距方程。采用数值模拟的计算方法,研究分析激光发散角、望远镜跟踪随机抖动和大气湍流引起的光斑抖动对回波强度的影响,得出望远镜跟踪抖动及激光发散角是影响测距系统性能的重要因素。     

2010年上海天文台卫星激光测距观测报告

介绍了2010年上海天文台卫星激光测距的常规观测和白天千赫兹激光测距情况。在国际上首次对同步轨道卫星开展了千赫兹激光测距,作用距离达38800多千米,测距系统性能达到国际先进水平。利用2套独立的激光测距系统,开展了激光收发分离测距实验,为行星际异步应答式激光测距模拟试验提供了实测数据。最后概述了空间碎片目标激光测距进展情况。     

CCD测角与激光测距技术综合测定空间目标的轨道

空间目标包括在轨卫星、空间碎片等,对其测定轨是空间攻防和空间利用的重要前提。由于地面测站资源有限,单站测量是目前对空间目标尤其是空间碎片测定轨较常用的方式。卫星激光测距(satellite laser ranging,SLR)技术测量精度很高,可达米级(非合作目标),甚至厘米级(合作目标),但不能单独用于单站短弧定轨;电荷耦合器件(charge coupled device,CCD)天文定位技术可观测距离较远的目标,但测量精度为角秒级,换算至空间距离不如SLR技术高。两者的联合为空间目标的高精度定位和跟踪提供了可能,并成为未来空间目标地基测量的发展方向。作为空间碎片单站监测的前期工作,对合作目标的单站定轨精度进行了评估。处理了1500 km高AJISAI低轨卫星的实测数据,分析了单站CCD测角和激光测距数据对低轨空间目标的联合定轨能力,并充分考虑两类不同类型观测数据的精度,数据综合时对其进行合理加权。利用全球激光站资料进行精密定轨,并以此作为参考轨道,采用上海佘山站AJISAI卫星2010年、2011年4天6圈的实测激光测距数据,以及CCD测角数据,开展了单站单圈和单站多圈定轨和预报试验。试验结果表明,测距数据的加入对定轨精度和24小时预报精度的改善非常明显,可提高至少一个数量级;单站单圈联合定轨和24小时预报的精度分别为20 m以内及数百米,单站多圈联合定轨和24小时预报的精度分别在米级及数十米。期望实验结果为中国未来的空间碎片望远镜建设提供参考。     

漫反射激光测距特性研究

首先分析不同目标反射模型的漫反射激光测距方程的表达形式,然后通过对有合作目标的卫星激光测距和漫反射激光测距的特性对比分析,在理论上推导出适合1.2m望远镜激光测距系统的漫反射激光测距方程的一般形式.方程的最终表达形式与目标的形状、反射率和目标表面的漫反射特性函数有关.最后进行了地面靶板漫反射激光测距试验,并以试验为例来说明如何求解方程里特定的参数.     

Guidetech GT668SLR-1事件计时器在卫星激光测距中的应用研究

高重频卫星激光测距系统中,激光脉冲飞行时间通过事件计时器分别测量主波和回波时刻获得。为了采用更高重频且高精度的事件计时器,将Guidetech公司的GT668SLR-1事件计时器应用于中国科学院云南天文台的1.2 m望远镜激光测距系统,对其结构原理进行分析,并利用其测量由信号发生器产生的固定信号、地靶测距和卫星测距等试验,采集数据的处理结果达到激光测距精度要求,由此判定GT668SLR-1事件计时器可用做卫星激光测距系统的时间测量单元。     

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。     

先进多孔径视宁度廓线仪数值模拟研究

先进多孔径视宁度廓线仪(A-MASP)由两台小望远镜组成,通过望远镜观测太阳表面的米粒结构进行日间湍流廓线测量.两台望远镜之间的相对指向误差可以通过改进的湍流廓线测量公式消除.数值仿真研究表明,使用消除抖动的湍流廓线计算公式后,发现A-MASP对地表附近的湍流不敏感.当两台望远镜距离为0.4 m时,无法测量400 m以下的湍流.在A-MASP中,采样高度的不均匀分布会造成测量结果的失真,可通过等效采样高度的计算方法,对该失真进行修正.通过100层相位屏对大气湍流的仿真,结果表明当望远镜距离不同时,湍流廓线测量的结果各有侧重.当距离较近时(0.4 m),A-MASP对0.4–5 km的湍流廓线测量精度较高.当距离为1.2 m和2.0 m时,对5 km以上的湍流廓线测量较准确.     

激光时间传递技术的进展

激光时间传递技术是通过激光脉冲在空间的传播来实现地面与卫星时钟或地球上远距离两地时钟的同步，它具有很高的准确度和稳定度。一些国家已经成功进行了激光时间传递的试验，结果证明利用激光进行时钟之间的同步是有效可行的。介绍国内外已有的激光时间传递试验的情况和结果，重点介绍美国地面与机载原子钟之间的激光时间比对，以及法国的LASSO(LAser Synchronization from Stationary Orbit)和T2L2(Time Transfer by Laser Link)计划。     

双波长卫星激光测距

双波长卫星激光测距不必借助大气改正模型，利用双波长往返时间差就可以进行大气折射改正，采用皮秒级事件计时器等技术测量往返时间差，修正精度可以达到毫米量级，介绍了这一领域的研究进展、双波长大气改正的基本原理，分析了双波长激光测距的精度，最后对双波长卫星激光测距前景进行了展望。     

Richtmyer-Meshkov Experiments on the Omega Laser

Observations of the interstellar medium reveal a dynamic realm permeated by shocks. These shocks are generated on a large range of scales by galactic rotation, supernovae, stellar winds, and other processes. Whenever a shock encounters a density interface, Richtmyer-Meshkov instabilities may develop. Perturbations along the interface grow, leading to structure formation and material mixing. An understanding of the evolution of Richtmyer-Meshkov instabilities is essential for understanding galactic structure, molecular cloud morphology, and the early stages of star formation. An ongoing experimental campaign studies Richtmyer-Meshkov mixing in a convergent, compressible, miscible plasma at the Omega laser facility. Cylindrical targets, consisting of a low density foam core and an aluminum shell covered by an epoxy ablator, are directly driven by fifty laser beams. The aluminum shell is machined to produce different perturbation spectra. Surface types include unperturbed (smooth), single-mode sinusoids, multi-mode (rough), and multi-mode with particular modes accentuated (specified-rough). Experimental results are compared to theory and numerical simulations.     

GPS卫星的激光测距和应用研究

简述了SLR和GPS跟踪技术的发展概况。详细介绍了近几年来对GPS－35、36卫星的激光测距进展和应用研究的情况。给出了残差分析的初步结果,并指出了目前GPS卫星的稀少的激光测距资料对卫星精密定轨和站坐标的解算是有价值的。同时,也简单地评述了GPS卫星的微波和激光跟踪技术各自的优势和弱点．建议联合利用GPS-35、36卫星的SLR和GPS观测资料来开展有关的应用研究。最后,对今后的应用研究工作提出了建议．     

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特有的技术难度 ,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。     

Scientific Value of the Laser Ranging of Asteroid Icarus

The space mission of the laser ranging of asteroid Icarus is that a laser reflector and a timer are placed on the No.1566 asteroid and the laser interference ranging is conducted between the asteroid and the ground-based station for making the precise measurements of the PPN parameters γ and β, solar quadrupolar moment J₂, time rate of change ?/G of the gravitational constant and barycentric gravitational constant of the solar system objects. With the development of laser techniques, the timing accuracy of 10 ps (or 3 mm expressed by the amount of ranging) can be realized. In 2015 the asteroid Icarus will be close to the earth, which provides a better launch window for the Icarus lander. In the present article the 2003 interplanetary ephemeris frame of the PMOE is adopted to simulate the laser ranging between the ground-based station and the asteroid for 800 days from 2015 September 25 on and obtain the indeterminacies of 18 parameters, among which those of γ, β, J₂ and ?/G are respectively 7.8 × 10⁻⁸, 9.0 × 10⁻⁷, 9.8 × 10⁻¹¹ and 7.0 × 10−15yr⁻¹, with each being 1 to 3 orders higher than the available experimental accuracy. The simulated result shows that this space mission is of scientific significance to the test of the theory of relativity, determination of the fundamental parameters of solar system and test of the space-time fundamental laws.     

Evaluation of the internal radiation field in a composite planetary atmosphere with the lambert surface calculated by matrix method

If the atmosphere is simulated by a number of homogeneous sublayers, it was shown (Takashima, 1973a) that the intensity and polarization parameters emerging from any boundary of internal sublayer's field can be determined, provided that the diffuse reflection and transmission matrices of radiation of sublayers are known. Furthermore, if the surface (ground) is assumed to reflect light in accordance with the Lambert law, it is shown in this paper that the internal radiation field at boundary of any sublayer can be also computed in terms of the diffuse radiation matrices of sublayers rather than in terms of that of the entire atmosphere (Sekera, unpublished). The effect of polarization is included.