从中国科学院长春分院了解到,中科院国家天文台长春人造卫星观测站在国内首次实现白天千赫兹卫星激光测距(SLR),技术达到国际领先水平。
据介绍,受白天天空背景噪声影响,卫星激光测距工作一般在晚上进行,白天进行卫星激光测距一直存在技术上的瓶颈,而且随着测距频率的大幅增加,对系统的各项性能指标提出了更高的要求。多年来长春人造卫星观测站不断探索,经过不懈的努力自主研发了千赫兹卫星激光测距软、硬件系统,克服了白天大背景噪声影响,打破了传统的时间间隔测量控制方法,实现了白天千赫兹卫星激光测距,达到国际先进水平。
卫星激光测距是目前空间大地测量技术中精度最高的一种。可精确测定地面测站的地心坐标、长达几千千米的基线长度、卫星的精确轨道参数、地球自转参数、地心引力常数、地球重力场球谐系数、潮汐参数以及板块运动和地壳升降速率等。此次长春站白天千赫兹测距的实现,大大提高了观测数据的数量和质量,同时也弥补了白天时段数据的不足,进一步拓展了卫星激光测距技术的应用领域,为大地测量学的研究提供强有力的技术支撑。
目前,国际上仅奥地利Graz站实现了常规白天千赫兹卫星激光测距,而国内只有长春站利用自主研发的千赫兹卫星激光测距软、硬件系统,实现了白天千赫兹卫星激光测距,在技术上取得了重大突破,打破了传统的时间间隔测量控制方法,实现了高重复频率的卫星激光测距,达到国际先进水平。
作为国家大科学工程项目之一的“中国大陆构造环境监测网”长春站SLR改造项目,长春站率先实现白天千赫兹卫星激光测距,填补了国内空白,必将会在国际激光测距网中发挥更大的作用。
长春站实现白天千赫兹卫星激光测距,弥补了国内白天千赫兹卫星激光测距的空白,将会在国际激光测距网中发挥更大作用。
人造卫星激光测距
satellite laser ranging
利用激光测量人造地球卫星距离的技术。这种技术是六十年代中期出现的。所用的仪器称为人造卫星激光测距仪,又称人造卫星激光测距系统或人造卫星激光雷达。它包括激光器、发射和接收光学系统、跟踪机架和控制系统、光电检测器、时间间隔计数器和数据记录等部分。目前,这种方法仅能测量一些装有后向反射器(见月球激光测距)的卫星。仪器中采用的激光器只限于固体脉冲激光器,如红宝石激光器、钇铝石榴石激光器等。
人造卫星激光测距的原理是:从地面测站向卫星发射一束脉冲激光,经过卫星上的反射器反射后,由测站的接收望远镜接收。用计数器测定激光往返的时间间隔,即可推算出卫星的距离。人造卫星激光测距技术与经典的天体测量方法不同,它不再测量卫星的方位。光线在大气中传播慢于在真空中传播所引起的误差对测距结果的影响很小,在地平高度10°以上,其修正值可以准确到1厘米,因此是很有发展前途的一种观测方法。
测距仪发射光学系统的作用是对发射激光束进行准直,使激光束以很窄的发散角集中射向卫星,一般是采用小口径的伽利略望远镜。接收光学系统通常采用口径30~60厘米的反射望远镜。跟踪机架大多采用地平式装置,控制系统采用小型电子计算机。光电检测器一般采用高灵敏度的快速响应的光电倍增管。为了有效地减少噪声脉冲对计数器的干扰,必须采用距离门控的方法。在测量远距离卫星时,仅能收到一、二个光电子。近年来单光电子探测技术已开始应用于人造卫星激光测距。
到1979年为止,已发射十多颗装有后向反射器的人造卫星,如“激光地球动力学卫星”(LAGEOS)、“海洋卫星”(SEASAT)等,卫星的距离从几百公里到二万多公里。激光器的脉冲功率高达数百兆瓦到上千兆瓦,脉冲宽度短到0.1~0.2毫微秒,计数器测量时间间隔的精度也可达到 0.1毫微秒左右。测距精度已达到 5~10厘米,几年以内有可能达到2厘米左右。最近,美国国家航空和航天局在设计一种新型的测距系统,把激光器和跟踪机架等装在卫星上,后向反射器则安置在地面上,这可以说是另一种意义上的人造卫星激光测距仪。它的主要用途是测量断层的运动,不需要设置大量耗资很多的地面测距系统。但由于用途所限,它并不能完全代替现有的地面人造卫星激光测距仪。
人造卫星激光测距技术在天文学、地球物理学、大地测量和地震预报等方面都具有重要意义。到1979年,已有十多个国家的二十多个测站(部分是流动站)进行经常性的测量和研究,并开展国际合作。
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05-19