毫米级精度的卫星激光测距研究

摘要：

卫星激光测距(Satellite Laser Ranging, SLR)是卫星测定轨道精度最高的一种技术,目前卫星径向距离单次测量精度 (RMS)达到了亚厘米级或毫米级,在卫星精密定轨、微波测量系统外部标定、空间大地测量及应用研究中发挥重要作用.随着 SLR技术发展,千赫兹重复率、毫米级精度测量成为当前国际激光测距领域的发展趋势.限于国内SLR技术发展水平,激光重复率低于20Hz,单次测量精度厘米级.研究千赫兹重复的星激光测距系统研究,实现毫米级精度卫星激光测量,对提高我国卫星激光测距技术和方法,开展我国卫星精密定轨、天文地球动力学研究、地壳运动的监测及航天工程系统等具有重要推动作用.高精度卫星对地观测中需要卫星时钟定期与地面标准时钟比对,给出卫星时钟相对标准时钟的钟差和钟速参数,使卫星时钟与地面时钟保持高精度同步性.由于受电离层和仪器误差影响,无线电双向时间比对测量系统的长期稳定性和测量精度不高.为确保星地时间同步比对精度及可靠性,采用高精度外部独立比对手段进行精度检验是非常必要.由于激光信号频率高、准直性强,受电离层等影响小,激光时间比对技术被公认为测量精度及稳定度最高技术,可用于微波测量系统外部标定及卫星钟性能评估.中国科学院上海天文台与捷克技术大学合作,开展亳米级精度卫星激光测距技术研究,促进我国卫星激光测距技术发展,引进皮秒计时和单光子探测器研制技术,研发毫米级精度卫星激光测距系统,将卫星单次测量精度从15?25mm提高到5-8mm.合作研究星地激光时间比对技术,研究改进设计星载单光子探测器,应用于中国航天工程.通过研制千赫兹重复率皮秒脉宽激光器,引进皮秒精度时间计时器,研发测距控制系统等,在国内首先建立了kHz重复频率激光测距系统,实现了卫星常规测量,并在国际上首次对同步轨道卫星开展了高重复率激光测距.实现了白天高重复率激光测距,成为国际为数不多具备白天高重复率激光测距台站之一,达到了国际先进水平.与捷克技术大学合作完成了我国首个星载单光子探测器研制,并先后成功研制了四套激光时差测量仪,全部应用在了我国北斗导航卫星工程系统,开展了导航卫星星地激光时间比对测量,单次测量精度好于300皮秒,卫星钟频率稳定度达10E-14,独立于微波测量技术成功评估了导航卫星星载原子钟性能.

关键词：卫星激光测距、毫米级精度、皮秒计数器、激光时间比、对单光子探测器

分类号：P171.3(空间天文学)

在线出版日期：2019-05-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共3页

页码：205-207