1 中国科学院上海天文台，上海 200030
2 上海科技大学物质科学与技术学院，上海 201210
3 中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 100049
月球激光测距（LLR）是地月间距测量精度最高的技术。其中，月球激光反射器（LRRR）是实现高精度月球激光测距的关键设备。中国计划在月面放置有人部署的新一代月球激光反射器，为使反射器有效工作，需调节反射器的俯仰角、方位角，使其指向对准平均地球。本文设计了一套算法，用于计算月球激光反射器指向对准所需调节的角度，同时分析了部署时间偏差、位置偏差对指向对准的影响。月球激光反射器指向对准偏差估计值约为，最大不超过，可以满足反射器对准精度优于的需求。设计的算法和开展的分析，可以为未来中国月球激光反射器部署任务提供参考。
测量 月球激光测距 激光反射器 对准精度 平均地球 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706018
1 中国科学院上海天文台, 上海 200030
2 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室, 江苏 南京 210008
3 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
多台望远镜同时进行信号接收可有效增加激光回波数,提升目标激光信号探测能力。多望远镜接收测量系统间的时间同步精度,直接影响测量数据误差。为此,提出了光纤时间频率传递在多望远镜测量系统中的时间频率同步方法,并测试了光纤时间频率传递系统的装置性能,其时间同步精度达62 ps,变化率每天约为4 ps,满足卫星激光测量要求。基于双望远镜信号接收激光测距系统及光纤时间频率传递装置,开展了单望远镜激光发射、双望远镜信号接收的卫星激光观测实验。与卫星精密轨道相比,双望远镜联合获得的卫星距离测量外符误差小于6 cm,可应用于卫星精密定轨。实验结果验证了光纤时间频率传递方法在多望远镜信号接收激光测距应用中的可行性。
测量 卫星激光测距 多望远镜测距 时间同步 光纤时间频率传递 卫星观测实验 激光与光电子学进展
2019, 56(1): 011204
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200030, China
2 Key Laboratory of Space Object and Debris Observation, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China
Space debris laser ranging was achieved with a 60 W, 200 Hz, 532 nm nanosecond slab, single-frequency green laser at the Shanghai Astronomical Observatory’s 60 cm satellite laser ranging system. There were 174 passes of space debris measured in 2017, with the minimum radar cross section (RCS) being 0.25 m2 and the highest ranging precision up to 13.6 cm. The RCS of space debris measured with the farthest distances in 174 passes was analyzed. The results show that the farthest measurement distance (R) and RCS (S) were fitted to R = 1388.159S0.24312, indicating that this laser can measure the distance of 1388.159 km at an RCS of 1 m2, which is very helpful to surveillance and research on low-Earth-orbit space debris.
140.3580 Lasers, solid-state 350.1270 Astronomy and astrophysics 140.3580 Lasers, solid-state Chinese Optics Letters
2019, 17(5): 051404
1 中国科学院上海天文台, 上海 200030
2 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室, 江苏 南京 210008
地面激光测距站向空间目标发射激光信号后, 其反射的回波信号达到地面站时将覆盖一定范围, 通过设置多台望远镜接收信号, 有利于提升对激光信号探测能力。根据激光雷达测距方程及信号探测概率, 分析了多望远镜信号接收系统的探测概率、提升效果以及等效接收能力。利用中国科学院上海天文台相距约60 m、口径分别为1.56 m和60 cm双望远镜系统, 通过双望远镜同时接收卫星的回波信号, 研究了双望远镜信号接收系统探测能力。相比原60 cm口径望远镜系统, 单位时间内激光回波数增加了四五倍。考虑到1.56 m口径望远镜激光测量性能, 双望远镜可等效于一台口径约1.61 m望远镜系统接收能力, 验证了多望远镜信号接收可行性和技术优势。分析了多望远镜系统对轨道高度1 000 km、直径10 cm非合作目标测量能力及所需望远镜台数, 使该测量技术在微弱信号探测与大口径望远镜激光测量中将会发挥重要作用。
激光测距 多望远镜接收信号 测量系统 探测能力 laser ranging multi-telescopes receiving signal measuring system detecting ability 红外与激光工程
2018, 47(9): 0906002
1 中国科学院上海天文台, 上海 200030
2 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室, 江苏 南京 210008
3 中国科学院国家天文台, 北京 100012
空间碎片高精度测量是提升碎片目标精密监测与预警的重要途径。作为空间碎片地基光电探测技术, 激光测距具有高精度测量特性。根据空间碎片激光测距特点以及瞄准国际技术发展, 研制高性能高功率激光器、突破高效率激光信号探测等, 国内首先建立了60 cm口径空间碎片激光测距系统, 实现了碎片目标测量距离从500~2 600 km, 目标截面积从小于0.5 m2到大于10 m2, 具备了空间碎片常规测量能力。根据空间碎片激光测距方程, 结合实际激光回波数据, 综合考虑空间碎片过境时段等, 构建了地基激光测距系统探测仿真模型, 研究了60 cm口径空间碎片激光测距系统探测能力, 可对距离1 000 km、直径大于50 cm碎片目标进行观测, 与实际测量结果相符, 验证了仿真模型的合理性, 为未来地基激光测距系统高效运行及测量装备建设与探测效能评估奠定了基础。
空间碎片 激光测距 测量系统 探测模型 效能评估 space debris laser ranging observing system detection model efficiency evaluation 红外与激光工程
2017, 46(3): 0329001
1 中国科学院上海天文台, 上海 200030
2 中国科学院大学, 北京 100049
卫星轨道精确测定是卫星导航系统提供导航服务的基础。北斗卫星导航系统是我国自主研发的新一代卫星导航系统, 卫星上均装载了激光反射器, 以厘米或毫米级精度卫星激光测距作为北斗卫星精密测轨与微波测量系统的独立外部标校手段。为增强北斗卫星的激光观测能力, 上海激光测距站在白天光束监视、望远镜精跟踪、噪声滤波等方面进行了性能改进, 在国际激光联测台站中首先实现同步轨道卫星白天激光观测; 基于国际激光联测机制, 组织国际激光测距站开展北斗卫星全球激光观测实验, 获取了28个台站对北斗卫星的激光观测数据, 弥补了国内台站地域局限性, 为国内卫星获取国外台站观测数据提供了途径。利用全球台站激光观测数据开展了北斗卫星激光独立定轨、广播星历精度检核等研究, 并将结果应用于北斗卫星导航系统性能评估。
测量 卫星激光测距 激光数据应用 全球激光联测 北斗卫星 激光反射器
1 中国科学院上海天文台，上海 200030
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
卫星激光反射器阵列结构决定有效反射面积分布，进而影响激光回波强度。在某些小型卫星应用中，地面台站只需对卫星局部天区过境观测，但激光反射器需数十平方厘米的有效反射面积，且对质量和尺寸有限制，需合理设计激光反射器阵列排布指向以满足大的有效反射面积应用需求。推导了不同指向角反射器有效反射面积计算模型，并以某一局部天区观测的低轨卫星激光反射器为例，给出了有效反射面积的仿真结果，并进行了实验室测试。结果表明，局部天区观测卫星激光反射器的有效反射面积设计与测试结果相符，为区域观测卫星激光反射器应用奠定了基础。
光学设计 有效反射面积 激光反射器 optical design effective reflection area laser retro-reflector 红外与激光工程
2016, 45(2): 0229005
1 中国科学院上海天文台，上海 200030
2 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室，江苏 南京 210008
大口径望远镜有助于提升空间碎片目标测量能力。根据激光测距雷达方程应用多台相对较小口径望远镜同时接收激光回波信号，可等效实现单台大口径望远镜激光信号接收能力，弥补大口径望远镜在目标快速跟踪、系统运行维护等方面不足，并可兼顾测距系统测量能力和效率。基于中国科学院上海天文台相距约55 m的1.56 m和60 cm口径望远镜系统，研究了双接收望远镜测距技术，在国内首次开展双望远镜空间碎片激光观测试验，验证了多望远镜同时接收碎片目标激光信号测量技术。测量数据结果表明：1.56 m口径望远镜激光回波接收能力是60 cm口径望远镜的约3~4倍，双望远镜可等效于一台约1.65 m口径望远镜的激光接收能力，在远距离、小尺寸空间碎片目标高精度激光观测中将发挥重要作用。
空间碎片 激光测距 双接收望远镜 测量试验 space debris laser ranging two receiving telescopes measuring experiments 红外与激光工程
2016, 45(1): 0102002
1 中国科学院上海天文台， 上海 200030
2 中国电子科技集团公司第二十七研究所，河南 郑州 450047
激光雷达合作目标是激光交会对接雷达测量系统重要组成部分。针对激光交会对接雷达系统测量需求，首次采用远近场双合作目标设计方式，实现对激光信号原路返回，用于目标飞行器在远场时快速搜索捕获，近场时精确测量。对于远场合作目标采用了多维阵列构型，通过仿真分析，在有效视场90°×105°范围内最小有效反射面积不低于100 cm2，保证了对激光信号反射能力和目标捕获能力。所设计的激光雷达合作目标满足了激光交会对接雷达系统应用要求。
空间交会对接 激光雷达合作目标 远近场目标 航天应用 space rendezvous and docking lidar cooperative target far and near field targets application in aerospace activity
