卫星激光测距（Satellite Laser Ranging, SLR）以脉冲激光为媒介获取卫星的精确距离，是空间大地测量技术中准确度最高的手段。在传统卫星激光测距系统中，通过测量已知距离的固定靶目标实现系统总时延的标定，对获取单向发射或接收时延的研究较少，这制约了卫星激光测距在激光时间比对、多台站协同测距及行星际激光测距等方面的应用。文中开展皮秒准确度时延标定方法的研究，首先，分析了卫星激光测距系统的时延组成及影响因素；其次，以中国科学院上海天文台卫星激光测距系统为平台，开展电学、光学和光电转换等时延的高精度测量，并将各部分时延组合完成收发时延的标定；最后，分析发射和接收时延标定的准确度，并将时延标定方法应用于地靶距离偏差的校验，验证时延标定方法的可行性。结果表明，发射和接收时延标定的准确度分别优于11 ps和13 ps，地靶距离偏差与国际激光测距组织（ILRS）反馈值相差仅11 ps。

对卫星激光测距(Satellite Laser Ranging, SLR)回波数与重复频率、脉冲能量及功率关系进行分析，表明单位时间内相同激光回波数，重复频率越高所需激光脉冲能量和平均功率越低；同时对SLR单次测量精度及标准点数据精度进行分析，表明标准点时长内测距点数越多，SLR标准点精度越高。提出点火脉冲群与门控脉冲群收发交替的工作模式，解决超高重复频率后向散射光噪声对激光回波干扰问题。开发多缓冲区存储模式，使测量软件数据实时处理与储存效率提升4~6倍。基于中国科学院上海天文台60 cm口径SLR系统，以快速事件计时器、脉冲群生成器、低噪声单光子探测器等，采用脉冲间隔5 μs、单脉冲能量80 μJ的皮秒激光，收发交替脉冲群模式下实现100 kHz重复频率低轨至高轨卫星的SLR测量，近地星Hy2b标准点精度达到28.55 μm，远地星Galileo218标准点精度达到136.51 μm，为发展更高重频和高精度空间目标激光测距提供了有效方法。

为分析天琴计划激光测距台站卫星激光测距探测能力，设置单脉冲能量（平均功率）分别为0.15 mJ（0.015 W），0.4 mJ（0.04 W）和4 mJ（0.4 W）对同步轨道卫星qzs2、compass i3和compass i5分别于夜晚和白天进行激光测距实验。理论方面，分析了白天天光背景噪声强度，并结合雷达方程计算了不同平均功率条件下卫星激光测距的有效回波率，重点分析了平均功率对卫星激光测距探测能力的影响。实验方面，固定望远镜俯仰角（E=50°），旋转望远镜测量不同指向时的天光背景噪声强度。采用探测效率为60%（@1064 nm）的超导探测器阵列，并结合空间滤波、时间滤波和光谱滤波的方法抑制背景噪声，开展了小功率白天卫星激光测距。分析得到，白天对同步卫星激光测距的最小功率为0.04 W，夜晚对同步卫星激光测距的最小功率为0.015 W。天琴计划激光测距台站已具备白天和夜晚全时段常规卫星激光测距能力，将为今后天琴计划引力波探测卫星全时段激光测距奠定基础。

我国空间站即将首次开展高重复率（~kHz）星地激光时间比对，搭载的星载探测器拟采用固定门控开启模式，对地面激光发射时序的控制提出了高实时、高重复率和高精度等要求。基于卫星激光测距（SLR）的距离门控原理，提出高重复率激光时间比对地面激光点火信号精确产生方法，以使上行激光脉冲能在门控信号之后短时间内到达星载探测器，极大减少噪声干扰。该方法可在单片可编程门阵列FPGA中实现，具有重复率大于10 kHz、控制精度5 ns以及软件交互简单等优势，结合方法计算精度和半导体泵浦激光器的纳秒级触发抖动，预计地面激光发射时刻精度最终控制在10 ns以内，满足空间站激光时间比对激光发射时序的控制需求，并可为其他激光时间比对工程的实施提供技术支持。

数据处理技术的发展与进步是实现毫米级卫星激光测距（Satellite Laser Ranging，SLR）的重要保障。文中简要回顾了SLR技术的发展历程，阐述了数据处理技术在SLR的实际应用，着重介绍了国内外典型的数据处理算法及其发展脉络。同时，针对大地测量产品的应用需求，分析了目前SLR数据处理算法的适用性、稳定性及存在的问题。最后，针对激光测距的未来发展态势，提出了新一代SLR数据处理方法面临的挑战及可能的解决方案，并对其发展趋势做出展望。