卫星激光测距

摘要： 高精度的激光地球动力学卫星(LAGEOS)的轨道信息是利用LAGEOS的激光测距数据进行测站坐标、地球自转参数、尺度、地心等大地测量参数精确解算的重要基础。针对现有对LAGEOS轨道确定仅使用定轨残差作为轨道评估方法,缺少对LAGEOS轨道的外部比较评估这一问题,提出利用伯尔尼(Bernese)全球卫星导航系统(GNSS)软件(Software)5.2版,对LAGEOS-1/2卫星进行精密定轨策略研究,采用定轨残差统计、外部轨道比较、地球自转参数精度评估的方法,对精密定轨策略进行全面评估。使用LAGEOS-1/2卫星2020年激光测距数据,进行精密定轨策略验证,结果表明:LAGEOS-1/2卫星定轨残差均方根值分别为0.91和0.85 cm;与国际激光测距服务中心产品相比,LAGEOS-1卫星径向、切向、法向轨道精度分别为0.46、2.13、1.54cm,LAGEOS-2卫星径向、切向、法向轨道精度分别为0.42、2.33、1.95 cm;极移解算结果与国际地球自转服务C04产品相比,X方向分量和Y方向分量的精度分别为0.24毫角秒和0.26毫角秒,日长精度为72.87μs。

摘要： 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、compassi3和compassi5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。

摘要： 从RNSS (radio navigation satellite system)米级服务角度给出了BDCS (Beidou coordinate system)实现精度估算方法,包括广播星历定位法、精密星历与广播星历比对法和卫星激光测距(satellite laser ranging,SLR)坐标估计法.广播星历定位法适用于用户对参考框架实现精度的实时监测,但监测精度受限于广播星历精度.轨道比对法引入了事后精密产品,监测精度较高,但其时效性相对较差.SLR坐标估计法不受电离层延迟和卫星钟差影响,在三种方法中精度最高,但由于激光测距数据量较少,无法做短期监测.结果 表明,三种方法估算BDCS与ITRF对齐精度均为厘米级.最后,在中俄卫星导航系统协作背景下,估算了BDCS和PZ-90对齐精度,结果表明,两者在厘米量级对齐,能够满足米级定位用户应用需求.随着北斗三号广播星历精度的提升和SLR的发展,上述三种方法的估算精度将会进一步提高.

摘要： 为了进一步提高卫星激光测距(SLR)站对低轨卫星轨道预报的精度,提出一种低轨卫星轨道预报方法:分析星载全球定位系统(GPS)定轨结果外推和瞬时轨道根数预报2种方法的可行性;并进一步研究常经验加速度和伪随机脉冲对星载GPS结果外推精度的影响,以及辐射压参数和伪随机脉冲参数对瞬时轨道根数预报精度的影响.实验结果表明:星载GPS定轨结果外推采用伪随机脉冲比常经验加速度解算出来的轨道根数外推精度更高,5 d的预报结果为,T方向差值优于350 m,且比瞬时轨道根数预报的轨道精度更稳定;瞬时轨道根数预报添加之前定轨解算出来的辐射压参数拟合轨道,能有效提高轨道预报的精度,2 d的预报结果为,T方向差值整体在300 m之内,符合激光测距要求.

摘要： 空间安全已成为各航天大国国家安全中的重要一环,空间目标监视技术也已成为空间技术新的制高点.雷达凭借其全天时、全天候的特点,已成为空间目标监视的骨干设备,其探测精度直接影响太空态势掌控的准确性,因此准确分析雷达探测精度有着重要意义.本文以卫星激光测距(SLR)数据为基础,首先分析了不同阶数插值算法以及滑动式内插、非滑动式内插的插值精度,而后介绍了坐标转换方式与雷达精度分析方法.仿真结果表明,滑动式九阶拉格朗日插值算法有较好的插值效果,满足雷达精度分析的需求.

摘要： Lageos卫星是专用地球动力学卫星,其卫星激光测距数据质量的提升对地球动力学研究具有重要意义.基于Lageos卫星激光角反射器分布,推导了不同层级角反射器回波与反射深度的关系,建立了Lageos卫星前沿回波数据提取模型,并将其应用于上海天文台卫星激光测距数据预处理,验证了该提取模型生成标准点的数据质量改善情况:内符合实验结果表明采用前沿数据提取模型生成的标准点距离参考线的标准差由3.37 mm减小为0.50 mm;外符合实验结果表明前沿数据提取模型处理结果经过快速精密定轨后反馈的距离偏差均值由28 mm减小为21 mm.因此,前沿回波数据提取模型所得标准点数据的稳定性和准确性有一定提升,为获得高质量Lageos卫星激光测距数据提供了一种有效的方法.

摘要： 1 064 nm波长大气透过率高、天空背景辐射小,采用该波长激光开展卫星测距,有助于提升测距系统的探测能力,已成为国际测距技术的重要发展趋势之一.采用2.2 nm窄带滤光片,计算并测试了白天情况下1 064nm波长测距系统的噪声,验证了该滤光片在白天对背景噪声的抑制效果.基于圆心光路调节方法,夜间借助红外相机实现了1 064nm波长激光发射光路与机械轴的重合度调节,保证了全天区优于5″的激光指向精度,解决了白天观测条件下1 064nm波长激光精确指向问题.采用重复频率为1kHz、功率为5W的1 064nm激光器,建立了1 064nm波长白天卫星激光测距试验系统,最远获得了地球同步轨道卫星的有效回波数据,实现了1 064nm波长白天激光测距.试验研究将为我国1 064nm在远距离卫星激光测距、空间碎片漫反射激光测距方面的应用与发展奠定了技术基础.

摘要： 卫星激光测距(SLR)技术作为卫星精密定轨手段和轨道检核重要方法,激光反射器已经成为重力卫星和测高卫星等低轨卫星的基本载荷.经典的SLR台站坐标是使用动力学方法计算的,本文根据多颗低轨卫星(LEO)多历元的激光观测数据,采用几何方法开展地面SLR测站坐标计算.通过组建低轨卫星群实现对全球激光站的动态观测,为了合理配置不同低轨卫星间观测值权重,削弱低轨卫星群可能存在的系统性偏差,提出采用方差分量估计组合的最小二乘法进行解算.实测结果显示,解算出SLR台站坐标框架解与SLRF2014差异平均值在25.1 mm,外符合精度达到1～2 cm.该方法避免了复杂动力学模型,SLR台站坐标的几何计算方法既可以作为激光测站框架解算手段之一,同时将LEO卫星群作为空间并址站实现不同技术地球参考框架间的融合.

摘要： 基于长春SLR站和武汉流动SLR站的6组观测数据,研究了卫星激光测距指向误差的分布特性,提出用遗传算法将观测样本数据分组后利用转台模型建模.结果表明:高度误差和方位误差具有规律性;模型输出的指向误差的残差不一定符合正态分布;遗传算法能提高模型的精度.

摘要： 卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,简称SLR)中发射激光的回波信号非常微弱,且噪声量大,这给识别有效数据带来了很大的难度。这里提出一种自动数据处理算法,该方法不需要人工干预,由计算机自动完成有效数据的提取。通过对实测数据进行仿真,结果表明该算法有效。

摘要： 研究了Poisson统计滤波算法在卫星激光测距数据处理中的应用.该算法用倾斜的矩形窗在短时间间隔内对数据进行扫描，辨识出局部信号趋势，根据Poisson概率密度函数准则滤除噪声.为了简化该算法的处理过程、提高结果的准确度，进行了进一步的改进，提出了一种新的Poisson阈值判别准则——k*sigma阈值判别准则.卫星实测数据测试结果表明，与传统的Poisson统计滤波算法相比，改进后的算法滤噪效果更好，准确度更高，更易于实现自动处理.

摘要： 针对空间大地测量学及航天技术的需求，本文分析讨论了提高SLR数据精度和数据量的技术和方法，并在原有流动卫星激光测距仪TROS-Ⅰ的基础上对激光器，事件计数器，以及控制设备等关键部分进行改造，并提出设计方案。

摘要： 本文介绍了我国卫星激光测距技术近几年的进展情况,同时介绍了在激光测距中高分辨率时间间隔计数器、光电接收器、激光器件等关键技术的应用,以及中国激光测距网的进展.

摘要： 上海天文台作为我国卫星激光测距发起单位，积极发展卫星激光测距技术，并带动国内激光测距站和观测网发展与应用。合作目标激光测距：在观测精度、观测数据量等方面进行了发展，促使该技术的更深次应用。非合作目标激光测距：已经过初步探索、技术试验验证、关键技术攻关等阶段，正在进行装备研制（1.8m口径），具备常规观测能力。针对微弱回波探测中对大口径望远镜需求，提出发展单站发射多站接收的激光测距技术，旨在通过增加单位时间内回波数，等效实现大口径望远镜接收能力，提升对目标测量能力。开展双望远镜信号接收测量试验，验证了多望远镜测量技术优势，可作为微弱目标激光信号探测能力突破的重要技术途径。

摘要： 利用美国航空航天局数据中心提供的CPF星历，根据卫星激光测距观测的可见期预报理论。给出了我国COMPASS-M1卫星900s间隔的预报结果，为北斗导航卫星的实时跟踪提供了数据支持。

摘要： 提出了利用CPF星历来评估SLR观测站数据质量评估的方法,通过采用高精度测站观测的SLR数据与星地距离比较,获得CPF星历系统误差等差分改正量,用于修正其他SLR观测站数据,进而评估其它SLR观测站数据精度.采用2016年4月到6月国际站和国内某流动站的Lageos-1卫星的CRD_NPT数据,评估了SLR固定站和流动站数据精度.

摘要： 提出了利用CPF星历来评估SLR观测站数据质量评估的方法,通过采用高精度测站观测的SLR数据与星地距离比较,获得CPF星历系统误差等差分改正量,用于修正其他SLR观测站数据,进而评估其它SLR观测站数据精度.采用2016年4月到6月国际站和国内某流动站的Lageos-1卫星的CRD_NPT数据,评估了SLR固定站和流动站数据精度.

摘要： 提出了利用CPF星历来评估SLR观测站数据质量评估的方法,通过采用高精度测站观测的SLR数据与星地距离比较,获得CPF星历系统误差等差分改正量,用于修正其他SLR观测站数据,进而评估其它SLR观测站数据精度.采用2016年4月到6月国际站和国内某流动站的Lageos-1卫星的CRD_NPT数据,评估了SLR固定站和流动站数据精度.

摘要： 本发明公开了一种高轨空间碎片激光测距卫星星座设计方法，将卫星星座设计为卫星呈分布式分布，并部署在地球同步轨道所在球面上，卫星个数为3颗或4颗，两两间距相同；星座中每颗卫星携带的激光测距系统选取kHz重复频率的激光器；设计与激光脉冲重复频率f有关的星座探测信噪比作为激光器参数选择的目标函数，得到卫星所携带激光器可成功识别高轨空间碎片漫反射回波所需具备的单脉冲能量最低值，按照单脉冲能量最低值配置激光器。

摘要： 本发明涉及一种基于重力卫星星间激光测距系统确定引力场模型的方法，属于卫星重力探测技术领域，包括以下步骤：采集原始数据集；对原始数据集进行预处理获得视线方向加速度值、视线方向组合观测值和星间加速度残差；基于视线方向加速度值、视线方向组合观测值和星间加速度残差建立观测方程；解算观测方程，求取引力位球谐系数。本发明基于重力卫星星间激光测距系统获得星间距离及其变化率和星间加速度，再根据牛顿第二运动定律建立观测方程，最后利用最小二乘估算引力位球谐系数。相较于经典利用高低卫星跟踪卫星技术反演方法，本发明无需数值微分解算，能有效避免高频误差放大，从而提高引力场模型解算精度。

摘要： 本发明涉及一种基于重力卫星星间激光测距系统确定引力场模型的方法，属于卫星重力探测技术领域，包括以下步骤：采集原始数据集；对原始数据集进行预处理获得视线方向加速度值、视线方向组合观测值和星间加速度残差；基于视线方向加速度值、视线方向组合观测值和星间加速度残差建立观测方程；解算观测方程，求取引力位球谐系数。本发明基于重力卫星星间激光测距系统获得星间距离及其变化率和星间加速度，再根据牛顿第二运动定律建立观测方程，最后利用最小二乘估算引力位球谐系数。相较于经典利用高低卫星跟踪卫星技术反演方法，本发明无需数值微分解算，能有效避免高频误差放大，从而提高引力场模型解算精度。

摘要： 本发明公开了一种基于卫星定位和激光测距的水面航行器目标定位方法，应用于由控制端控制水面航行器，所述水面航行器目标定位方法包括以下步骤：分别获取控制端和水面航行器的坐标；操作者采用控制端指示目标点；控制端获取目标点相对于控制端的方向角和水平距离；结合控制端的坐标计算出目标点坐标，并通过数据链传送给水面航行器；水面航行器接收目标点坐标后结合自身坐标计算出目标点相对于自身的方向；水面航行器利用姿态传感器的航向反馈自动转向目标；可以直观地允许操作者指示目标位置，从而水面航行器可自动驶向目标；在目标可见范围内实现水面航行器自动驾驶，提升设备操作体验。

摘要： 本发明公开了一种高轨空间碎片激光测距卫星星座设计方法，将卫星星座设计为卫星呈分布式分布，并部署在地球同步轨道所在球面上，卫星个数为3颗或4颗，两两间距相同；星座中每颗卫星携带的激光测距系统选取kHz重复频率的激光器；设计与激光脉冲重复频率f有关的星座探测信噪比作为激光器参数选择的目标函数，得到卫星所携带激光器可成功识别高轨空间碎片漫反射回波所需具备的单脉冲能量最低值，按照单脉冲能量最低值配置激光器。

摘要： 本发明涉及一种卫星激光测距中激光远场发散角测量方法与装置，属于光学技术领域。该装置包括依次相连的激光发射系统、光斑成像系统和图像处理系统，激光发射系统包括激光器、激光扩束光路、望远镜和限孔板；激光扩束光路由一面负透镜和一面正透镜组合而成；光斑成像系统包括毛玻璃屏、成像透镜组和高分辨率CMOS相机；图像处理系统包括图像采集卡、图像处理模块和数据处理模块；采用本发明装置进行激光远场激光发散角测量，与传统方法相比，更为准确可靠，同时解决了大口径激光束发散角测量的困难，用比较少的设备完成测量，简单易行，节省成本，易于推广应用。

摘要： 本发明涉及一种卫星激光测距中激光远场发散角测量方法与装置，属于光学技术领域。该装置包括依次相连的激光发射系统、光斑成像系统和图像处理系统，激光发射系统包括激光器、激光扩束光路、望远镜和限孔板；激光扩束光路由一面负透镜和一面正透镜组合而成；光斑成像系统包括毛玻璃屏、成像透镜组和高分辨率CMOS相机；图像处理系统包括图像采集卡、图像处理模块和数据处理模块；采用本发明装置进行激光远场激光发散角测量，与传统方法相比，更为准确可靠，同时解决了大口径激光束发散角测量的困难，用比较少的设备完成测量，简单易行，节省成本，易于推广应用。

摘要： 本发明涉及一种基于最大正向偏差的卫星激光测距全波形高斯拟合方法，属于卫星激光测距领域。该方法的基本策略如下：初始状态拟合波形仅包含位于回波振幅最大值处的一个高斯分量，然后通过多次循环迭代，渐次地在拟合波形与实际回波的最大正向偏差处增加高斯分量，逐步缩小拟合波形与实际回波之间的偏差，直至满足拟合结束条件。本发明使用的波形拟合方法即适用于常规回波，也适用于复杂多峰、多个单脉冲合成类似单波的叠加波、面积较小的地物目标形成弱回波等情形，适用性更广。

摘要： 本发明公开一种高重复频率偏振同轴望远镜卫星激光测距装置，包括回波接收终端、偏振同轴器、导星CCD、双色镜、主波探测器、角锥棱镜、望远镜等。导星CCD对空间目标进行监视，高重复频率线偏振激光经偏振同轴器从望远镜发射至探测目标，目标返回的激光回波经同一望远镜、偏振同轴器，与高重复频率的线偏振激光正交，从偏振同轴器反射，经单光子灵敏度的回波接收终端接收探测，实现激光回波的探测，并通过角锥棱镜对系统延时测量，从而由激光回波及系统延时获得高精度的目标距离，达到使用同一望远镜对高重复频率激光发射与回波接收，有效的减少系统结构尺寸，提高激光测距重复频率，促进激光测距系统的发展应用。

摘要： 一种高重复率卫星激光测距实时控制系统，涉及卫星激光测距技术领域。本发明采用工业级硬件与嵌入式软件结合的方式，包括CompactRIO控制器、数字I/O扩展模块和GPS时间频率接收机；CompactRIO控制器一体化集成实时处理器单元与可重配置FPGA单元，提升了测距控制系统的集成度与可靠性；外部I/O采用模块化扩展方式，各功能扩展模块I/O直接与可重配置FPGA单元连接，具备极低的信号延迟。本发明利用TSN时间敏感网络，直接通过PTP精确时间协议实现GPS时间频率接收机向CompactRIO控制器的高精度网络授时，为测距控制的高度自动化提供了可靠的标准化时间同步方案。本发明在嵌入式实时操作系统中完成测距控制中的实时性敏感操作，实现了高重复率测距控制的高实时性、高确定性与高可靠性。