空间碎片的存在对在轨运行航天器的安全构成严重的威胁, 同时空间碎片的不断产生对有限的轨道资源也将构成严重威胁。采用激光测距技术可实现空间碎片的实时高精度定轨, 从而可有效规避其对航天器的撞击。为了开展高精度小尺寸空间碎片激光测距, 研制了可快速平稳跟踪400 km以上空间目标的53 cm双筒望远镜, 然后结合低功率高重频亚纳秒激光器和单光子探测技术, 在该望远镜上研究和实现了空间碎片激光测距技术。结合激光测距方程, 分析研究系统的空间碎片探测能力, 当碎片距离为1 000 km时, 能探测到回波光子的碎片最小尺寸约为478.5 cm。实际观测表明: 该激光测距系统具有探测米级空间碎片(约1 000 km远)的能力。

扩展伪随机编码可以解决高重频激光测距在目标距离远时带来的距离模糊问题, 但其编码方式多样。研究了不同激光源发射重频下, 不同幅度编码方式对测距准确性的影响, 并使用Matlab进行仿真。理论研究与仿真结果表明随着重频的提高, 最优编码中“1”的概率从1逐渐趋近于1/2, 1/2码的随机性最好, 探测效率高, 在时依然具有明显的峰值。在实际测距应用中, 根据不同的重频选择合适的编码方式, 可以优化测距算法, 提高测距效率。

针对共光路高重频激光测距中存在主波与回波时刻重叠的现象，对旋转快门的特性进行了分析和研究，得出二者重叠的条件和旋转快门的计算机控制算法，并通过实际目标跟踪实验对其进行验证。结果表明，不加计算机控制时，重叠概率大于5.0%，有的甚至高于10%；加计算机控制后，重叠概率降低至0.5%以下，有效提高了共光路激光测距系统的测距效率。