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。     

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。     

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。     

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).     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

天文台址大气光学湍流探测技术

综述了大气光学湍流探测技术的最新进展,对近年来光学湍流探测设备进行简要总结。通过对光学湍流特征参数的介绍,分析了大气光学湍流探测在天文观测中日趋重要的作用。重点介绍了微温脉动仪、DIMM、MASS、SCIDAR等技术的原理与观测。总结国内大气光学湍流探测技术的现状,展望其在天文领域应用的未来发展趋势。     

微温传感器测量近地面大气湍流分布的建议

根据大气湍流温度结构函数的基本定律，推导了用于测量近地面大气湍流强度分布以及对天文视宁度贡献的关系式；提出了进行该项测量的具体方案以及数据处理过程。     

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。     

激光脉冲特性对漫反射激光测距系统精度的影响研究

测距精度是衡量漫反射激光测距系统性能的极其重要的技术指标之一。根据统计学理论以及盖革模式的雪崩光电二极管(PAD)的工作原理,数值模拟了高斯波形的脉冲宽度、回波强度及噪声强度对漫反射激光测距系统测距精度的影响。着重分析了回波信号强度为单、多光子量级及不同脉冲宽度时的测距精度,为提高漫反射激光测距系统的观测精度,提供了激光器选择及优化观测方法的参考依据。     

月球潮汐及精密激光测月中的潮汐改正

本文详细论述了月球的弹性潮汐形变问题,并根据作者最近用较新的地球和月球模型解算出的地球和月球的勒夫数,计算了地球和月球的弹性潮汐形变。这个结果被用于精密激光测定月-地距离的改正。结果表明,在精密激光测月中,地、月潮汐的影响是不可忽视的。     

一种激光导引星自适应光学系统中激光上行到达角起伏测量方法的研究

激光导引星波前倾斜测量问题是限制自适应光学技术在天文领域广泛应用的关键问题之一。测量并改正激光上行到达角起伏是解决这一问题的有效方法。提出一种基于统计平均算法而不依赖自然导引星和辅助望远镜的测量方法,可以有效地测量出激光上行到达角起伏。利用具有子孔径阵列的哈特曼波前传感器对激光信标进行探测,选择部分子孔径进行倾斜量的统计平均以获得激光上行到达角起伏。仿真了统计平均算法的误差随子孔径数量的变化关系。结果表明,最小算法误差相对于望远镜全口径倾斜误差的下降比例与大气相干长度无关,而与望远镜口径有关。望远镜口径越大,算法误差相对于全口径倾斜误差下降越多。当望远镜口径为10 m时,最小算法误差下降为望远镜全口径倾斜误差的33%。     

太阳表面米粒结构观测对比度分析

分析以观测系统焦面上和探测器测到的太阳表面米粒结构的对比度与观测系统口径，大气湍流相干长度以及系统探测灵敏度的关系，给出了不同口径，不同大气湍流相干长度以及不同系统探测灵敏度时的米粒结构对比值计算结果，此外还给出了实验结果。     

用LLR资料解算日月轨道根数

本文推导了激光测月资料归算中测距对地月系轨道根数的偏导数，并对所得偏导数进行了精度估计，利用这些偏导数和１９８８年至１９９２年全球激光测月资料解算了日月轨道根数，得到了比较理想的结果。     

深空探测天线阵大气相位扰动修正方法综述

大气相位扰动的实时修正,是深空探测天线阵微弱信号合成的关键技术。首先研究了造成大气相位扰动的原理及特点,对比分析了电离层和对流层对信号合成时的相位扰动影响。总结了国内外对流层延迟模型的研究现状,并对其应用于相位扰动实时修正中的不足进行了分析。阐述了深空探测与射电天文天线阵修正方法的异同,针对几种基于实测的深空阵大气相位扰动修正技术进行了对比研究。最后总结常用修正技术的不足,提出结合多种测量方法的综合修正技术,展望了高频段信号相位延迟的研究。