2013年上海天文台卫星激光测距观测报告

介绍了2013年度上海天文台卫星激光测距系统常规观测、系统改造及科研实验情况。应用多种高效率滤波技术、精确指向模型等手段,在国内同类型测距系统中首次实现了同步轨道卫星白天千赫兹重复率激光测距,测量能力达到国际先进水平。采用高稳定光子探测器及其温度控制等方法,提升了系统时延标定稳定性,测距资料质量得到改善。对使用多年的主副镜重新镀膜,提升了532 nm波长激光反射效率,同时兼顾了1064 nm工作波长,为开展1064 nm波长激光测距技术研究奠定了基础。基于已有基础,国内首次开展了高重复率空间碎片激光测量,实现了关键技术的突破,测量能力得到大幅提升。与1.56米天文望远镜建立了网络通信链路,实现了1.56米/60厘米双望远镜激光测距控制与数据传输,开展了多接收望远镜在提升空间目标激光测距能力方面的实验验证,促进了中国卫星激光测距技术发展与应用。     

空间碎片激光测距探测能力分析

针对利用激光测距技术探测空间碎片这一新的发展趋势,基于国内外现状和未来探测的需求,首先对空间碎片激光测距的探测成功率进行了理论计算;其次计算分析了望远镜口径大小、激光器单脉冲能量及重复频率与可探测空间碎片大小及探测距离之间的关系。研究结果表明,采用大功率激光器与大口径望远镜可有效地提高空间碎片的探测能力。为满足探测微小空间碎片(尺寸在20 cm左右)的需要,建议采用能量在2 J~3 J之间、重复频率为100 Hz的激光器和口径1.2 m以上的望远镜。     

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。     

大气对532nm激光影响在漫反射激光测距中的应用

激光光束在大气中的传输是与大气特征有关的,如大气湍流、大气散射与吸收,而且激光测距的回波除了与距离有关外,其回波数及精度也与大气特征相关。漫反射激光测距的目标是低轨空间碎片,在一定反射截面的条件下,应用一定功率的激光进行地面靶板漫反射测距试验,以确定多少功率的激光器可实现空间碎片的漫反射测距,这时地面靶的距离选取应该具有代表性,它代表了在一定斜程下穿过整个大气层的效应。通过对大气湍流和大气衰减对激光传输的影响进行分析,理论上计算出在低轨目标为400km时,漫反射激光测距试验地面靶的水平距离该取多远时才能代表在一定斜程下穿过400km大气层的效应,从而为漫反射激光测距试验地面靶距离的选取提供参考依据。     

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。     

激光测距中单光子雪崩二极管的动态范围问题及解决办法

叙述了云南天文台1．2m望远镜激光测距系统中应用多种手段，如：机械快门、发散角调整、距离门、光谱滤波、空间滤波，解决了可门控的雪崩二极管的动态范围问题，实现了远、近卫星的黑夜激光测距和部分近地卫星的白天激光测距。     

698nm窄线宽激光器研究进展

窄线宽激光器在铯原子喷泉钟、光钟以及时间频率传递等方面有着重要的作用。主要介绍中国科学院国家授时中心开展的工作波长为698 nm窄线宽激光器的研究进展。实验中采用两级稳频方法将激光锁到初稳腔和高稳腔。通过第一级稳频,激光线宽为1.1 kHz;目前已初步实现了第二级稳频。通过逐渐优化第二级稳频,可以实现Hz量级线宽激光。     

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。     

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。     

激光光斑特性测量方法研究

在卫星激光测距系统中,激光光斑特性的好坏关系到测距成功与否,而经望远镜出射后的真实激光光斑特性尤为重要。为了准确掌握经望远镜出射后的激光光斑特性,提出了一种精准测量激光光斑特性的方法。首先将激光照射在一定距离的漫反射屏上,利用CCD相机采集激光光斑的漫反射图像,同时利用安装在漫反射屏上的能量计实时记录光斑相应区域的激光能量,然后结合激光光斑的CCD图像以及光斑相应区域的能量分布,分析计算激光光斑的特性参数。详细给出了激光光斑的测量原理、实验方案以及数据处理方法,并通过实测数据精确计算出经望远镜出射后的激光光斑半径、发散角、平均能量密度分布等参数。实验结果表明,本测量方法具有测量精度高、响应速度快、操作简单、易于控制等优点,在激光光斑测量方面具有重要的应用前景。     

小型锁模Nd：YAG激光振荡器卫星测距实验

介绍了一种仅用销模Nd:YAG振荡器进行的卫星激光测距实验。此类振荡器的倍频输出可达5－10mJ(532nm），脉宽50－100ps。整个振荡器仅采用一支氙灯和一支Nd：YAG棒，体积紧凑、小巧，重量仅32kg。接收望远镜口径为60cm，单光子雪崩二极管接收器。本系统对8000km远的Lageos-1,Lageos-2两颗卫星进行了成功的测距。     

佘山1.56米望远镜与SLR望远镜旋转不动点的测量

佘山1.56米光学望远镜观测站与卫星激光测距(satellite laser ranging,SLR)观测站是进行天文地球动力学研究的重要观测站。应用这些观测站进行空间测量需要这两个观测站在空间的准确坐标。为此重点介绍了1.56米望远镜与SLR望远镜旋转不动点的观测方案和计算方法。归心结果经确认达到厘米精度,能够实施相应的观测任务。     

上海天文台人卫激光测距精度提高到5—7cm

人卫激光测距技术是国际上用于天文学与地学的先进技术之一,可以精确测定地球自转和大范围的地壳运动。为了开展地球动力学和卫星大地测量等课题研究,在中国科学院组织领导下,利用我院多学科优势,由上海天文台负责总体设计,并与长春光机所、沈阳自动化所、上海光机所、长春人卫站、安徽光机所协作,于1978年开始了60cm人卫激光测距仪(第二代)的研制任务。 第二代人卫激光测距仪由一台60cm口径的跟踪望远镜、一套方位和高度伺服系统、一台毫微秒倍频激光器、一套高分辨率的时间间隔计数器和一整套高精度光电接收、转换等设备组成。整台测距仪可以在一台微机控制下自动跟踪飞行中的卫星,并精确测量卫星的距离。经过协作单位的共同努力,第一台60cm人卫激光测距仪于1983年春在上海天文台金山观测站安装调试,同年11月7日首次测     

Yb光纤激光频率梳用于兴隆高分辨率光谱仪波长定标的测试与分析

随着新型大口径光学望远镜和高分辨率阶梯光栅光谱仪的广泛应用,更高精度的波长定标逐渐成为亟需解决和改进的一个重要环节。新兴的激光频率梳技术用于天文领域作为波长定标装置,不仅能够提供强度均匀、间隔相等且稳定的定标谱线,而且可以带来更加理想的视向速度精度(cm/s或10-10),为天体物理学中许多重大科学问题带来了有效的解决途径。主要介绍了我国首次使用掺镱光纤激光频率梳作为波长定标装置用于高分辨率阶梯光栅光谱仪(HRS,R~50 000)的测试结果,及其在8个echelle级次上(约40.0 nm,550.0 nm~590.0 nm)范围内生成梳齿的谱线轮廓分析和定量的漂移跟踪。同时比较和讨论了国际同类定标装置的研究现状和特点,为以后进一步的完善和深入优化HRS-LFC(Laser Frequency Comb)系统奠定了基础。     

657nm外腔半导体激光器的实现

对一种Littman-Metcalf外腔结构半导体激光器的实现过程作了报道.利用这种结构的光反馈特性,使原来自由运转时波长在660nm附近的半导体激光器在常温下能够调节到657nm附近,并且把激光线宽从原来的30MHz压窄到100kHz左右,连续调节范围大约为10GHz.这种窄线宽的激光器将用在钙原子Ramsey光谱的实验中.     

天文学进展第23卷2005年总目录

天文学、天文学史 中国古代太阳中天观测及二至点测算精度......................................……李勇(1，70) 仪器与技术 双波长卫星激光测距................................……张忠萍李人东杨福民雇荆夫(2，99) CVN硬盘系统和软件相关处理在e一VLBI试验中的应用.......……郑为民张秀忠舒逢春(3，272) LAMOST总控系统程序设计......................................……徐灵哲徐欣析(3，287) 有限元分析技术在空间太阳望远镜结构设计中的应用...……张锐陈志远陈志平杨世模(4，355) 光抽运艳束频率标准中散射光光频移的测…     

基于调频广播信号的空间碎片探测方法

空间碎片对人造卫星和飞船的威胁日益增长.为了保持一个安全的空间环境,需要寻找成本低而又准确的空间天体探测和追踪方法.前些年,使用射电望远镜作为被动雷达,探测空间碎片反射的调频广播信号的可能性已经被讨论过,并且月球和国际空间站反射的信号已经被默奇森大视场射电阵(MWA)探测到.介绍MWA探测到的卫星反射广播信号事件,论证MWA有能力探测600 km高度处0.1 m量级大小的空间碎片,位置误差在10 km左右.     

低轨通信卫星多普勒定位性能分析

为了研究低轨通信卫星多普勒定位性能,首先分析了低轨卫星的对地覆盖特性、信号传输特性以及多普勒频移特性,推导了多普勒定位原理和方法,提出了适用于多普勒定位的精度因子.基于已在轨的铱星和全球星系统,解算了全球范围可见卫星数和定位精度因子,并对相应测站进行了定位仿真实验和误差分析.结果表明:对于铱星和全球星系统,随着纬度降低,卫星可见数减小,多普勒几何精度因子变大;多普勒定位结果精度同时受到频率测量精度、卫星位置误差以及卫星速度误差影响,当卫星位置误差小于10 m、卫星速度误差小于0.1 km·s^-1时,对定位结果影响不大,此时频率测量精度成为影响定位精度的决定性因素,且当频率测量精度为0.01 Hz时,定位精度可达1.18 m.     

CMOS相机采集的激光测距图像处理方法研究

将CMOS相机应用于云南天文台53 cm双筒望远镜激光测距系统,使得空间目标测距回波率以及测距成功率得到大幅提升。在分析CMOS相机采集的数字图像信息的基础上,提出了优化的图像处理和激光光尖提取算法,有效实现了激光光尖的识别和目标质心坐标的提取。首先采用中值滤波和均值滤波对图像进行去噪声处理,然后使用最大类间方差法(Otsu)计算阈值对图像进行二值化以及选用Roberts算子进行边缘提取,最后采用最小二乘法进行直线拟合求解光尖坐标并计算其位置偏差。结果对进一步研究CMOS相机在53 cm双筒望远镜激光测距系统中的应用有重要意义。