2011年第56卷第15期：1177~1183www.scichina.comcsb.scichina.com英文引用格式:ZhangZP,ZhangHF,WuZB,etal.kHzrepetitionSatelliteLaserRangingsystemwithhighprecisionandmeasuringresults(inChinese).ChineseSciBull(ChineseVer),2011,56:1177–1183,doi:10.1360/972011-79《中国科学》杂志社SCIENCECHINAPRESS进展高精度千赫兹重复频率卫星激光测距系统及实测结果张忠萍①②,张海峰①,吴志波①②,陈菊平①②,李朴①,杨福民①①中国科学院上海天文台,上海200030;②中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室,南京210008E-mail:zzp@shao.ac.cn2011-02-09收稿,2011-04-06接受国家自然科学基金(10973029)、上海市空间导航与定位技术重点实验室项目(06DZ22101)和中捷国际科技合作项目(2009DFA01930)资助摘要千赫兹重复频率激光测距具有目标捕获快、回波数多、测距精度高、标准点数据密度高等优点,已成为国际激光测距技术的发展趋势.针对千赫兹激光测距系统,中国科学院上海天文台采用皮秒脉宽千赫兹频率激光器和高精度事件计时器,研制了纳秒级控制精度的事件模式距离门控及后向散射避免电路,设计开发高实时性控制软件和数据预处理软件,建立了高精度千赫兹重复频率卫星激光测距系统,实现了从低轨到中高轨卫星千赫兹重复频率常规观测和低轨道卫星白天测距,测距精度7~12mm,并在国际上首先实现了同步轨道卫星千赫兹重复频率激光测距.与低重复频率激光测距相比,激光测距有效回波数和标准点数据密度有数量级增加,测距精度也有了一定的提高.关键词卫星激光测距千赫兹激光器控制系统同步轨道卫星白天测距卫星激光测距(SatelliteLaserRanging,SLR)作为一种高精度空间测量技术,已在空间大地测量和卫星精密定轨中得到广泛的应用.长期以来,国际激光测距网中大多数观测站,采用了低重复频率(≤10Hz)的测距方式.由于重复频率低,测距数据量少,限制了测距资料标准点精度和快速捕获目标能力的提高,且这种激光器件大部分是20世纪80~90年代制造,采用的是脉冲点灯泵浦源,长期使用时其安全性和稳定性较差.1994年Degnan[1]提出了采用微小能量、重复频率到千次的半导体泵浦激光器件的SLR系统,2003年奥地利Graz站率先实现了采用重复频率达2kHz、能量为0.4mJ的半导体泵浦激光器,配合皮秒计时器及控制软件,实现了千赫兹重复频率卫星激光测距,测距数据量相比低重复频率有了大幅度的增加,系统稳定性、标准点测距精度也有了一定的提高[2].随后,国际上多个国家相继开展了千赫兹重复频率激光测距技术研究.随着千赫兹卫星激光测距技术的发展,其应用研究已延伸到卫星自旋、姿态定位及大气可见度等领域[3].中国科学院上海天文台在国内率先开展了千赫兹重复频率卫星激光测距技术研究[4],经过对千赫兹卫星激光测距关键技术研究,包括千赫兹重复率激光器性能、距离门控技术、高精度时间间隔测量技术、实时测距控制技术及大数据量高效数据预处理技术,建立了高精度千赫兹卫星激光测距系统,实现了千赫兹重复频率的常规观测,测量范围从几百公里低轨卫星到三万八千公里的同步轨道卫星,成为国内首先具备2kHz重复频率常规测距能力的台站,也是国际上首次采用千赫兹重复频率激光器测量同步轨道卫星的台站.通过对测距系统伺服跟踪性能进一步提高及白天千赫兹激光测距技术的研究,实现了低轨道卫星白天千赫兹重复频率激光测距,测量精度7~12mm.在2010年第3季度国际激光测距观测公报中,上海SLR站地面标靶测量精度位居全球第三,表明上海天文台所建立的千赫兹重复频率卫星激光测距系统已达到国际领先水平.本文详细介绍了上海天文台高精度千赫兹重复频率卫星激光测距系统及实际测量情况,并与低重2011年5月第56卷第15期1178复频率测量结果进行了比较,展示了千赫兹重复频率激光测距在观测数据量、标准点数据密度、测量精度等方面所呈现的优势.1高精度千赫兹重复频率卫星激光测距系统在千赫兹重复频率激光测距中,激光器、距离门控电路、计时设备、控制软件等均与低重复率测距完全不同,这些技术是开展千赫兹激光测距的关键技术和设备.1.1千赫兹重复频率激光器激光器作为卫星激光测距系统中关键设备之一,其良好的工作性能是顺利开展激光测距的保证.我们...
