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测距系统激光指向偏差的预测方法研究
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作者 崔峻烽 李祝莲 +3 位作者 翟东升 张海涛 陶虎 李语强 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第6期304-311,共8页
激光测距移动站因其高机动性和适应性,逐渐成为空间目标监测网络中重要的系统组成部分。然而,由于地基不稳、工作条件变更频繁等因素,移动测站的激光指向偏差问题较为突出,影响测距成功率和效率。现有的修正方法大多依赖光尖图像处理技... 激光测距移动站因其高机动性和适应性,逐渐成为空间目标监测网络中重要的系统组成部分。然而,由于地基不稳、工作条件变更频繁等因素,移动测站的激光指向偏差问题较为突出,影响测距成功率和效率。现有的修正方法大多依赖光尖图像处理技术,但在光尖不明显或噪声较强时,光尖提取的精度往往受到影响,且现有方法也未能从系统误差的整体角度有效解决偏差问题。因此,文中提出一种基于激光指向偏差模型的自动修正方法。通过分析光轴与望远镜机械轴之间的系统误差关系,建立激光指向偏差理论模型;利用密集采样的光尖图像数据进行模型拟合,构建出高精度的偏差模型,模型可以在观测时预测激光指向偏差,并实时反馈给控制计算机进行修正。实验结果表明,偏差模型的精度优于2.5",满足测距站观测需求。该方法为解决激光指向偏差问题提供了新的思路,具有广泛的实际应用价值。 展开更多
关键词 激光测距 库德光路动态误差 光尖识别 指向偏差模型
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基于时间偏差修正的空间碎片轨道预报优化方法研究
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作者 陶虎 李祝莲 +2 位作者 黄凯 崔峻烽 李语强 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第8期181-189,共9页
空间碎片高精度定轨、碰撞预警和清除等技术问题对高精度空间碎片测量数据提出了迫切需求。激光测距技术是目前精度最高的空间碎片观测手段,然而大部分空间碎片轨道预报精度差,降低了空间碎片测距的成功率。文中提出了一种基于时间偏差... 空间碎片高精度定轨、碰撞预警和清除等技术问题对高精度空间碎片测量数据提出了迫切需求。激光测距技术是目前精度最高的空间碎片观测手段,然而大部分空间碎片轨道预报精度差,降低了空间碎片测距的成功率。文中提出了一种基于时间偏差修正的空间碎片轨道预报优化方法,旨在提高测距过程中对碎片的稳定跟踪能力,进而获得更多的观测数据。通过选取Starlette、Larets和Lares三颗精密定轨卫星,基于两行根数(Two Line Element,TLE)轨道时间偏差修正与SP3精密星历的对比验证了方法的有效性,三颗卫星的视位置偏差较初始值分别减少51.7%、76.0%和95.0%。进而提出把预报方位角俯仰角时间序列看作整体的时间偏差计算方法,实现了三颗卫星时间偏差的仿真计算。实验依托中国科学院云南天文台1.2 m望远镜实际跟踪TLE预报的大量空间碎片,从实验上分析文中提出方法的有效性。空间碎片观测实验结果为,方位角偏差的平均修正量为83.5%,俯仰角偏差的平均修正量为79.8%,时间偏差修正方法可大幅修正碎片预报位置偏差,该方法可为不可见空间碎片的跟踪提供技术支撑,提升激光测距系统全天时观测能力。 展开更多
关键词 激光测距 空间碎片 时间偏差 预报位置
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基于超导探测器的白天卫星激光测距试验与研究 被引量:8
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作者 李祝莲 翟东升 +6 位作者 张海涛 皮晓宇 伏红林 李荣旺 李鹏飞 张蜡宝 李语强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第8期119-124,共6页
超导纳米线单光子探测器是一种新型的单光子探测器,灵敏度高、暗计数低且可工作于恒流模式,对1064 nm波长激光具有较高的探测效率。将该探测器应用于夜间卫星和空间碎片激光测距试验,获得了较好的观测结果。为了使超导探测器的优点在空... 超导纳米线单光子探测器是一种新型的单光子探测器,灵敏度高、暗计数低且可工作于恒流模式,对1064 nm波长激光具有较高的探测效率。将该探测器应用于夜间卫星和空间碎片激光测距试验,获得了较好的观测结果。为了使超导探测器的优点在空间目标激光测距中得到充分的应用,通过卫星白天激光测距观测试验以及对白天天空背景光实际响应输出测量等方法,研究分析了超导探测器应用于白天激光测距的可行性。在日落前测到了约20000 km距离的导航卫星glonass134以及低轨卫星hy2a;实际白天天空背景光测量时,单光子超导探测器最高计数输出可达到约2 MHz。结果表明,使用超导单光子探测器作为回波探测器可实现高性能和高效率的白天激光测距系统。 展开更多
关键词 测量与计量 激光测距 超导单光探测器 白天激光测距
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53cm双筒望远镜高重频空间碎片激光测距系统 被引量:7
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作者 李祝莲 张海涛 +2 位作者 李语强 伏红林 翟东升 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第7期269-273,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 测量与计量 激光测距 空间碎片激光测距 高重频激光测距
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空间碎片激光测距应用研究 被引量:24
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作者 李语强 李荣旺 +3 位作者 李祝莲 翟东升 伏红林 熊耀恒 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第11期3324-3329,共6页
空间碎片的存在使空间环境日益恶化,已影响到空间活动的安全。国际上很多国家开展了空间碎片探测技术的研究,空间碎片激光测距技术成为一种新的探测手段。首先,概述了国内外空间碎片激光测距技术的发展趋势和现状。其次,在成功获得空间... 空间碎片的存在使空间环境日益恶化,已影响到空间活动的安全。国际上很多国家开展了空间碎片探测技术的研究,空间碎片激光测距技术成为一种新的探测手段。首先,概述了国内外空间碎片激光测距技术的发展趋势和现状。其次,在成功获得空间碎片激光测距回波的基础上,研究了激光测距数据联合测角数据单站定轨的方法,仿真计算结果表明,该方法的定轨精度优于单纯光学测角数据定轨的精度。最后,提出一种利用空间碎片激光测距误差来初步测定空间碎片尺度的方法,并分别通过地面靶激光测距实验和空间碎片激光测距实验验证了该方法的可行性,为空间碎片尺度测定提供了一种参考依据。 展开更多
关键词 空间碎片 卫星激光测距 轨道确定
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激光测距中APD阵列探测信噪比分析 被引量:9
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作者 薛莉 翟东升 +3 位作者 李祝莲 李语强 熊耀恒 李明 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第3期94-101,共8页
APD阵列可提高光子探测效率,然而在回波探测概率提高的同时提高噪声探测概率,因此需合理选择阵列单元数以提高探测信噪比。根据回波和噪声在距离门内的分布情况,结合光子探测概率,建立了盖革模式下APD阵列探测信噪比随阵列单元数的变化... APD阵列可提高光子探测效率,然而在回波探测概率提高的同时提高噪声探测概率,因此需合理选择阵列单元数以提高探测信噪比。根据回波和噪声在距离门内的分布情况,结合光子探测概率,建立了盖革模式下APD阵列探测信噪比随阵列单元数的变化模型。讨论了回波光子数、背景噪声强度、回波在门控内位置、占空比等因素对探测信噪比的影响。分析结果表明,提高回波光子数、探测器占空比、轨道预报精度有助于增加APD阵列的探测信噪比;4元APD阵列适用于回波光子数小于0.1、门控内噪声光子数小于1的观测情况,而回波和噪声强度较强时,25元APD阵列能够取得相对较优的探测信噪比。建立的APD阵列探测信噪比模型有助于快速选择APD阵列单元数以达到较高探测信噪比。 展开更多
关键词 激光测距 APD阵列 探测信噪比 探测概率 占空比
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阵列探测技术在激光测距中的应用 被引量:11
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作者 张海涛 李祝莲 +5 位作者 汤儒峰 翟东升 李荣旺 皮晓宇 伏红林 李语强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第10期132-139,共8页
高精度的空间碎片观测数据对航天器碰撞预警具有重要意义,激光测距技术是目前空间目标距离测量中精度最高的一种技术,但大多数空间碎片上并未携带角反射器装置,激光测距回波信号较弱。阵列探测技术可以提高回波信号较弱的空间碎片激光... 高精度的空间碎片观测数据对航天器碰撞预警具有重要意义,激光测距技术是目前空间目标距离测量中精度最高的一种技术,但大多数空间碎片上并未携带角反射器装置,激光测距回波信号较弱。阵列探测技术可以提高回波信号较弱的空间碎片激光测距探测成功概率,中国科学院云南天文台2015年开始开展基于阵列探测技术的激光测距试验,2017年成功将阵列超导纳米线单光子探测器和多通道事件计时器等阵列探测技术应用于激光测距试验系统中,分别在2017年3月和2018年3月的激光测距试验中,成功采集2×2和4×4阵列激光测距数据。其中探测到最小目标为轨道高度约1 000 km、大小为雷达截面(Radar Cross Section,RCS) 0.045 m^2的空间碎片;探测到最远目标为斜距约5 000 km、大小为RCS 18.25 m^2的空间碎片。 展开更多
关键词 空间碎片激光测距 阵列探测技术 阵列超导纳米线单光子探测器 多通道事件计时器
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基于阵列探测技术的激光测距数据预处理方法 被引量:15
8
作者 张海涛 汤儒峰 +1 位作者 李祝莲 李语强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第8期81-90,共10页
阵列探测技术对回波信号及其微弱的空间碎片激光测距系统具有重要意义,可提高探测成功概率。针对这一崭新的激光测距技术,文中研究了基于阵列探测技术的激光测距数据预处理方法。在常规卫星激光测距数据预处理方法基础上,针对阵列超导... 阵列探测技术对回波信号及其微弱的空间碎片激光测距系统具有重要意义,可提高探测成功概率。针对这一崭新的激光测距技术,文中研究了基于阵列探测技术的激光测距数据预处理方法。在常规卫星激光测距数据预处理方法基础上,针对阵列超导探测器特点,结合地靶测量方法和多高斯拟合及互相关分析方法,实现了多通道激光测距数据的通道间的时间偏差修正;利用泊松统计分析、循环拟合滤波等方法,实现了多通道激光测距数据的自动识别、数据拟合等。目前该方法已经成功应用于中国科学院云南天文台4×4阵列激光测距试验平台试验中,并获得良好的效果。 展开更多
关键词 激光测距数据预处理 多通道 多高斯拟合 互相关分析 泊松统计分析
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53cm双筒激光测距望远镜控制系统的设计与实现 被引量:8
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作者 黄涛 李祝莲 +2 位作者 张海涛 李语强 熊耀恒 《现代电子技术》 2014年第16期1-7,10,共8页
研制53 cm双筒激光测距望远镜的快速平稳伺服控制系统,以实现快速空间目标的跟踪测量。模块化设计并构建望远镜的控制系统,伺服驱动器完成电流和速度的闭环,运动控制器实现位置环和复合PID算法。对控制机箱进行集成,并对控制器进行嵌入... 研制53 cm双筒激光测距望远镜的快速平稳伺服控制系统,以实现快速空间目标的跟踪测量。模块化设计并构建望远镜的控制系统,伺服驱动器完成电流和速度的闭环,运动控制器实现位置环和复合PID算法。对控制机箱进行集成,并对控制器进行嵌入式开发,由控制器负责实时的运动控制,而上位机软件进行任务管理和人机交互。自定义通信协议以克服通信延时和VC++定时精度不高的问题,并提出位置二次闭环与混合PID的控制策略以提高望远镜的跟踪精度。实验结果表明:该望远镜在以3(°)/s的匀速运动和低轨卫星跟踪过程中,精度在5″内;在低速运动和中高轨卫星的跟踪中,能够达到角秒量级的精度,经测试该望远镜能快速平稳地跟踪400 km以上空间目标,并满足指标要求。 展开更多
关键词 控制系统 激光测距 望远镜 位置二次闭环 混合PID
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基于摆镜技术提高测距成功概率的方法研究 被引量:1
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作者 李鹏飞 翟东升 +1 位作者 李祝莲 李语强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第8期206-213,共8页
深空激光测距受距离遥远、大气损耗等因素影响,地面站接收到的回波光子数非常稀少,因此,研究增加回波光子数的方法对提高系统测距成功概率具有重要的意义。文中在云南天文台1.2 m望远镜激光测距系统发射光路中增加摆镜,通过快速高精度... 深空激光测距受距离遥远、大气损耗等因素影响,地面站接收到的回波光子数非常稀少,因此,研究增加回波光子数的方法对提高系统测距成功概率具有重要的意义。文中在云南天文台1.2 m望远镜激光测距系统发射光路中增加摆镜,通过快速高精度控制激光光束传播方向的方法搜索回波光子数较多的指向位置。首先设计了摆镜扫描系统,然后对系统进行仿真分析,模拟系统出射光束偏转角度和能量分布随摆镜偏转角度的变化情况以及利用摆镜进行搜索的效果,最后对测距卫星进行实际观测试验。测量得到系统使用的二维摆镜的最小分辨率为0.2″,经激光发射系统扩束后,可以实现最小0.005″的搜索步长,控制频率在100 Hz以上。实际观测结果表明,使用摆镜提高回波率的方法是有效的,并且目标轨道高度越高效果越明显,因此可应用于深空目标激光测距系统。 展开更多
关键词 激光测距 摆镜 发射光路 目标搜索
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电光强度调制的非线性分析 被引量:1
11
作者 黄涛 李祝莲 《电光与控制》 北大核心 2012年第5期99-104,共6页
电光强度调制一般是基于线性理论,在某些高精密系统中,其非线性误差分析对于系统的指标评定和误差校正具有一定意义。首先,详细推导了电光强度调制器在一般情况下的光强调制函数,并阐述了工作点的重要性;接着,对标准工作点及其附近的情... 电光强度调制一般是基于线性理论,在某些高精密系统中,其非线性误差分析对于系统的指标评定和误差校正具有一定意义。首先,详细推导了电光强度调制器在一般情况下的光强调制函数,并阐述了工作点的重要性;接着,对标准工作点及其附近的情况进行了非线性误差的计算分析,且分别给出了表达式;然后,从频域的角度讨论高次谐波对调制的影响;最后,在时域上比较不同调制深度下的实际调制和理想调制效果。公式推演和实验分析表明,工作点的高度稳定性和小信号调制可以减小非线性误差,这些误差可以定性定量地表示出来,有望通过补偿的方法提高电光强度调制系统的精度。 展开更多
关键词 电光强度调制 非线性误差 调制深度 半波电压 线性调制
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共光路百赫兹激光测月系统主回波重叠的研究 被引量:3
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作者 皮晓宇 伏红林 +4 位作者 翟东升 李荣旺 张海涛 李祝莲 李语强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期87-92,共6页
高重频激光测月技术是月球激光测距的一个重要发展趋势,对获得更多的激光测月数据具有重要意义。在之前的10 Hz测月频率基础上,中国科学院云南天文台开发了共光路百赫兹激光测月系统。然而在共光路系统中,存在发射激光光子的主波时刻与... 高重频激光测月技术是月球激光测距的一个重要发展趋势,对获得更多的激光测月数据具有重要意义。在之前的10 Hz测月频率基础上,中国科学院云南天文台开发了共光路百赫兹激光测月系统。然而在共光路系统中,存在发射激光光子的主波时刻与接收激光光子的回波时刻相重叠的现象,影响了对回波光子的探测。文中从信号时序角度对主回波重叠现象进行了分析,研究了光子飞行时间与重叠现象间的关联性。利用某天的月面反射器的轨道预报对系统的重叠发生比率进行了模拟,得出了当天观测时段内整体的重叠发生率约为8%。同时开展了基于每个发射时刻的分段模拟,结果与前者吻合。对微调转镜转速以避开主回波重叠的方法进行了分析,开展了对应的转镜转速调整试验,结果表明当重叠发生时,对转速进行适量调整可以避开主回波重叠。 展开更多
关键词 激光测月 共光路 高重频 主回波重叠
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基于高精度卫星激光测距数据的漂移误差分析与研究 被引量:1
13
作者 李知非 汤儒峰 +5 位作者 翟东升 李祝莲 伏红林 黄凯 曹进 李语强 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期290-298,共9页
为了降低卫星激光测距中存在的漂移误差,基于卫星激光测距所获得的实测数据推算了卫星回波光子数,结合仿真分析了漂移误差产生的原因与计算方法,将计算得到的漂移误差补偿到测距结果中。选择特定目标持续五年的卫星激光测距数据,用所提... 为了降低卫星激光测距中存在的漂移误差,基于卫星激光测距所获得的实测数据推算了卫星回波光子数,结合仿真分析了漂移误差产生的原因与计算方法,将计算得到的漂移误差补偿到测距结果中。选择特定目标持续五年的卫星激光测距数据,用所提方法对测量距离进行修正,修正值为10 ps量级~100 ps量级,最高可在测距数据中补偿掉770 ps的漂移误差。结果表明,使用该方法可以有效降低每圈数据的数据波动,减小了数据中由于能量变化导致的漂移误差,提高了数据质量。 展开更多
关键词 激光测距 单光子探测 漂移误差 数据处理 测距精度
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GRACE-FO单星模糊度固定及精密定轨研究 被引量:1
14
作者 金彪 李语强 +2 位作者 周巍 李祝莲 陈姗姗 《天文学进展》 CSCD 北大核心 2022年第3期416-428,共13页
利用载波相位偏差产品对卫星端硬件偏差进行改正,采用星间单差消除接收机端偏差;结合对应的GPS精密轨道和钟差产品,依次固定宽巷和窄巷模糊度,然后得到基于整数解的无电离层组合模糊度,再利用虚拟观测值对非差无电离层模糊度进行约束,... 利用载波相位偏差产品对卫星端硬件偏差进行改正,采用星间单差消除接收机端偏差;结合对应的GPS精密轨道和钟差产品,依次固定宽巷和窄巷模糊度,然后得到基于整数解的无电离层组合模糊度,再利用虚拟观测值对非差无电离层模糊度进行约束,最终得到固定解轨道。同时,利用载波相位残差值开展星载天线相位中心变化(PCV)在轨估计,以进一步提升定轨精度。分别利用欧洲定轨中心(CODE)、法国空间研究中心(CNES)和武汉大学(WHU)发布的GPS精密轨道、钟差和相位偏差产品,对GRACE-FO卫星进行模糊度固定和精密定轨,评估不同机构产品的性能。结果表明:天线PCV改正能够有效减小载波相位残差,提升定轨精度;采用不同机构产品的GRACE-FO卫星宽巷模糊度固定率均优于99%,窄巷模糊度固定率优于95%;对基于CODE,CNES和WHU产品的GRACE-FO卫星精密定轨结果进行评估,与JPL精密轨道相比,固定解轨道三轴平均精度优于7.0 mm;SLR测距残差RMS值分别优于9.6,10.7和9.1 mm;与KBR星间测距值相比,利用固定解轨道计算的星间距离精度分别优于1.8,2.3和2.1 mm。利用不同机构产品解算的GRACE-FO卫星轨道整体差异小于2 mm。 展开更多
关键词 GRACE-FO卫星 模糊度固定 天线PCV 精密定轨
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激光测距中激光功率实时监测系统设计与实现
15
作者 吴凡 翟东升 +3 位作者 李祝莲 汤儒峰 皮晓宇 李语强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第10期110-116,共7页
在激光测距过程中,实时获取激光发射功率数据可为后续数据精度处理分析及激光测距系统故障点排查提供重要依据。通过实时测量激光发射链路中的反射镜透射光,利用前期获取的反射镜透射光与反射镜反射光之间的对应关系,采取相对测量的方... 在激光测距过程中,实时获取激光发射功率数据可为后续数据精度处理分析及激光测距系统故障点排查提供重要依据。通过实时测量激光发射链路中的反射镜透射光,利用前期获取的反射镜透射光与反射镜反射光之间的对应关系,采取相对测量的方式获取实时的反射光功率,达到实时监测激光发射功率的效果,并基于中国科学院云南天文台53 cm双筒望远镜激光测距系统搭建实验平台进行验证。实验结果表明,该激光功率实时监测方法能够在激光发射链路无损耗的前提下实时获取激光发射功率;反射光功率与透射光功率具有良好的线性关系,其Spearman相关系数为0.9991,线性关系稳定可靠,满足长时间激光测距的需求;验证了该方法的可行性,可适用于各类空间目标激光测距的激光功率实时监测中。 展开更多
关键词 激光测距 激光功率实时监测 相对测量 库德光路
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一发两收卫星激光测距系统中目标距离测量试验 被引量:4
16
作者 李春晓 李祝莲(指导) +2 位作者 汤儒峰 李荣旺 李语强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第S01期19-25,共7页
一发两收激光测距技术可提高卫星激光测距系统的探测能力,因此,一发两收测距模式在空间碎片激光测距中得到了很好的应用。实测获得的合距离可用于解算目标位置等参数,然而解算过程中存在精密定轨法方程复杂的困难,而将合距离归算到目标... 一发两收激光测距技术可提高卫星激光测距系统的探测能力,因此,一发两收测距模式在空间碎片激光测距中得到了很好的应用。实测获得的合距离可用于解算目标位置等参数,然而解算过程中存在精密定轨法方程复杂的困难,而将合距离归算到目标到各站点的距离能够简化法方程。结合中国科学院云南天文台1.2 m望远镜10 Hz共光路激光测距接收系统和53 cm双筒望远镜千赫兹常规卫星激光测距系统,建立了一个一发两收高精度激光测距试验平台,并对过境的多圈卫星开展了激光测距试验,直接测量获得了目标的合距离以及目标至各站点的距离。试验结果表明:卫星到1.2m望远镜的距离与到53 cm双筒望远镜的距离之差符合预期,距离测量精度达到厘米量级,获得的卫星测量数据可用于异地收发空间碎片激光测距系统的距离归算方法研究。 展开更多
关键词 测量与计量 一发两收 激光测距 空间碎片
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