卫星激光测距的新进展

扼要综述了近几年国际上卫星激光测距的进展，介绍了国内激光测距网的现状，展望了未来卫星激光测距的发展。     

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。     

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。     

高重复率卫星激光测距中一种回波实时识别方法

高重复率卫星激光测距(SLR)采用低能量激光,回波率较低且探测器暗噪声数明显增多,尤其在白天测距强背景噪声时,回波信号更是难于识别。该文提出了两次滤波的回波实时识别方法。为验证此方法的可行性,使用了Graz激光站2kHz实际测距数据,模拟了高重复率测距过程。结果表明,此方法在对高重复率激光测距回波识别中是有效的,为开展kHz激光测距打下了技术基础。     

云南天文台激光测距中使用的光电探测器

阐述了云南天文台1．2m望远镜卫星激光测距中所使用的光电探测器，并对它们的性能和使用效果做了比较。结果表明，C—SPAD是目前测距精度最高的单光子探测器。同时还论述了激光测距的工作原理和近几年来云南天文台激光测距的情况。从对GPS35、36卫星的观测结果表明，云南天文台已具备了一定的对远程卫星的测距能力，为今后远程测距、测月打下了良好的基础。     

2003年上海天文台激光测距观测报告

介绍了2003年度上海天台卫星激光测距观测慨况，同时介绍了我国第一颗带激光反射器的航天器——神舟四号轨道舱的激光观测和双波长卫星激光测距实验。     

鹊桥卫星激光测距时间窗口及测距成功概率分析

首先通过对鹊桥卫星任务轨道进行分析,用数值方法模拟出一条近似鹊桥卫星探测任务的轨道,然后计算了2019年下半年云南天文台鹊桥卫星激光测距观测时间窗口,给出了鹊桥卫星到云南天文台的激光测距距离范围和鹊桥卫星运行轨道与月球的最小距离。基于模拟的晕轨道计算了鹊桥卫星激光测距单脉冲理论回波光子数和测距成功概率。根据月球激光测距积累的经验,结合影响测距的因素给出了提高激光测距回波光子数和测距成功率的改善方法。最后设计了等效试验方案,通过实测结果来验证理论计算,为实现鹊桥卫星激光测距提供依据。     

2007年上海天文台卫星激光测距观测报告

该文介绍了2007年上海天文台卫星激光测距观测概况、系统改造和高重频激光测距实验。     

漫反射卫星激光测距的地面模拟研究

激光测距是研究地球动力学、大气动力学、地球物理学等众多学科的一种技术手段.本文的目的是基于卫星激光测距, 试探观测不带后向反射器的卫星.主要是从理论和实验两方面出发,预测用多大的激光出射能量,能探测到多远距离的卫星, 当然这与所采用的激光器光束参数有关.文章从传统激光测距入手,提出了理论推导、实验方法、实际预测的漫反射激光测距方法.     

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。     

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。     

1.2m激光测距系统及其噪声抑制技术

介绍了激光测距技术的过去和现状及其科学意义,系统地讨论了激光测距系统的构成及各组成部分的发展,分析了测距过程中各方面的误差来源及其相应的消除或减小误差的方法。对于目前正在调试的云南天文台１２ｍ激光测距系统作了详细的介绍,对该系统的噪声抑制技术也作了具体的讨论。     

Altimetry and transponder ground simulation experiment

We have designed and built a compact demonstrator unit for the investigation of altimetry and transponder applications. A small light-weight breadboard carries a compact frequency doubled Nd:YAG pulse laser, an afocal beam expansion optics, a small receiver telescope with spectral and spatial filter arrangements and a sensitive photo-detector. The output laser energy can be as high as 45 mJ with a pulse-width of 3 ns and the telescope aperture is 10 cm. Simulations [Degnan, J.J., 2006. Simulating interplanetary transponder and laser communications experiments via dual station ranging to SLR satellites. In: Proceedings of the 15th International Workshop on Laser Ranging, Canberra, Australia, pp. 457-462] suggested that the link margin for low Earth orbiting satellites (LEO) is comfortable. Successful satellite laser ranging from this dual-station experiment in several different configurations was achieved up to the MEO orbit in a 10 day provisional installation.     

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。     

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。     

Evaluation of LEO based GPS slant TEC using a simulation technique

With the increased number of low Earth orbit (LEO) satellites equipped with Global Positioning System (GPS) receiver, the LEO based GPS slant total electron content (STEC) data play a more important role in ionospheric research due to better global coverage. The accuracy of LEO TEC is hardly evaluated by comparison with the independent TEC measurement simultaneously. We propose an approach based on the simulated data to verify the accuracy of TEC determination. The simulated data (i.e., the pseudorange and carrier phase observations) was generated based on the consideration of the effect of the ionosphere, the so-called differential code bias (DCB) and observational noise. The errors of carrier phase to code leveling process and DCB estimation are analyzed quantitatively. Also, the effect of observational noise, solar activity and LEO orbit altitude on the accuracy of TEC determination will be discussed in detail. The accuracy of TEC determination is relative to solar activity and LEO orbit altitude, the higher LEO orbit and lower F10.7 index, the higher accuracy of TEC determination. It is found by the first time that, with the amplification of the pseudorange noise, the accuracy of leveling process and TEC determination declines almost linearly. With the LEO missions in the near future, it is hoped that the GPS satellite DCBs estimated based on LEO observations would be better than those based on ground-based observations.     

非圆轨道GPS/LEO掩星反演地球大气参数的算法及讨论

在非圆轨道GPS和LEO卫星条件下，给出一种较为直接的GPS／LEO掩星反演地球大气参数技术中弯曲角序列的迭代算法，并在理论上对该迭代法的收敛性进行了严格的数学证明．利用GPS掩星反演模拟程序，定量估算了卫星圆轨道假设对GPS／LEO掩星反演地球大气参数的影响，并验证了在非圆轨道条件下各种迭代法的一致性．指出了文献中给出的级数展开迭代算法的不足之处．     

Satellite laser ranging and its applications

Satellite laser ranging (SLR) provides an important capability for precise orbit determination and for geophysical parameter estimation to support a number of contemporary geodynamic and oceanographic investigations. The precision of the SLR measurement has improved from the early meter-level systems to the current capabilities of a few centimeters for the best systems. The accuracy of the orbits and geophysical parameter recovery have shown an associated improvement. Polar motion with accuracies of 2 mas, station coordinates better than 10 cm, and interstation baseline rates indicative of tectonic motion are determined routinely with the current set of global SLR data. This discussion reviews the SLR measurement, analysis approach, and some of the recent results derived from the current SLR data set.     

上海天文台新SLR站精密定位和归心测量

为使上海天文台新SLR站尽早投入全球SLR网的运行,根据中国SLR网的有关要求,对该站进行了精密定位和归心测量。测量中安置了特制的对中滑块设备,在小范围内采用三角测量的高差替代大地高差的近似,取得了较好的效果。测量结果表明:上海天文台新SLR站相对于上海IGS站归心测量精度可优于5 mm,由上海IGS站引得的点位精度可优于10 mm。