基于质心定标机动信号估计GRACE-FO卫星激光测距系统TTL耦合系数

GRACE-FO卫星搭载的激光测距系统(LRI)能够以纳米级的精度测量星间距离,LRI测距误差低频部分最大噪声源来自于TTL耦合噪声.TTL耦合噪声源于卫星姿态变化与质心(CoM)和三面镜顶点(VP)偏差产生的耦合效应.本文采用线性估计模型,并利用卫星在质心定标阶段的机动信号数据,基于不同方向的子机动,采用整体参数估计和独立参数估计共三种参数估计策略,获得了合理的TTL耦合系数,结果表明TTL耦合系数满足200 um·rad^(-1)的设计指标要求.另外,将TTL耦合系数换算为质心和三面镜顶点(VP-CoM offset)偏差,可间接获得卫星质心偏差估计结果序列,且该结果序列与基于加速度计的估计结果(卫星质心与加速度计检验质量块的偏差,ACC-CoM offset)序列吻合较好,表明该方法可作为GRACE-FO卫星质心偏差估计的补充方法.

超高重频卫星激光测距时序电路实现及应用

高重频卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)具有精度高、捕获快、观测数据量大、可靠性高等优势。但随着重复频率提升至百千赫兹以上,现有测量时序电路无法达到系统运行处理速度和实时后向散射规避等要求。本文提出超高重频卫星激光测距时序电路设计方法,采用FPGA代替控制计算机进行门控距离实时计算,精确产生门控信号控制探测器开启,并使用了收发交替的方式实时调整激光点火信号以规避后向散射干扰。能够自主完成激光测距中距离门控输出时刻的计算、存储和信号输出,最高工作频率大于500 kHz,满足百千赫兹超高频率测距的要求。该系统已成功应用于上海天文台100 kHz重复率SLR,标准点精度突破200μm,验证了基于FPGA的测距时序电路的正确性和潜力。该电路设计简单、分辨率高、上位机交互方便,为百kHz~MHz的超高重频SLR系统时序控制电路设计提供有效解决方案。

反卫星激光武器发展现状与动态

空间军事化使反卫星激光武器再度受到重视,在阐述反卫星激光武器特点和作用原理的基础上,详细综述了地基、空基和天基等多种平台反卫星激光武器的发展现状和重要发展动向。

离轴天线在卫星激光通信系统中的应用

现有卫星激光通信终端通常采用同轴两反天线结构,该结构存在接收视场小、发射效率低等缺点。为消除同轴两反结构存在的固有缺陷,提高卫星激光通信系统的瞄准和捕获效率,研究了利用离轴三反结构提高卫星激光通信系统的性能。首先根据基本像差理论,推导得到离轴三反光学结构的初始结构方程。利用离轴结构具有更多设计参量的优势,对离轴三反结构进行优化设计,给出了设计实例。计算机仿真得到的光学传递函数、点列图、衍射包围圆能量和波前误差等均表明:离轴三反结构与同轴两反结构相比,具有更加优异的性能,能够满足卫星激光通信系统不断提升的性能要求。

卫星激光测距中白天测距的分析与实现

卫星激光测距是一项重要而实用的技术,由于白天背景噪声大约是夜间的100万倍,国际上大多数观测台站的卫星激光测距工作都是在夜间进行的。成功实现对激光测距卫星的白天测距,将有助于卫星精密定轨和地球动力学等相关领域的研究,是一项非常重要和有意义的工作。在研制某卫星激光测距项目中,为了完成对MEO(middle earth orbit)、GEO(geostationaryearth orbit)和IGSO(inclined geosynchronous satellite orbit)的白天测距,针对大口径接收望远系统设计和白天背景噪声抑制两大技术难点,进行了详细的分析和论述,提出了采用18点轴向支撑和柔性径向支撑方案解决了大口径主镜的支撑问题,采用空间滤波、光谱滤波和时间滤波技术解决了白天背景噪声大的问题。实践证明,该套系统成功地实现了对GEO卫星的白天测距,白天测距成功率达到了77.5%,测距精度达到了2.6 cm,系统的白天测距能力达到了国际领先水平。

卫星激光通信滤光膜的研制

为满足卫星激光通信中超高速数据传输的特殊要求,采用电子束和离子辅助沉积技术,制备了532nm、632nm和1 064nm波长处高反射,808nm和1 550nm处高透射的多波段滤光膜.选取了H4和SiO2作为高低折射率材料,通过对膜系设计曲线的不断优化,减少了灵敏层的个数,得到了相对易于制备的膜系结构;采用电子束加热蒸发方法并加以离子辅助沉积系统制备薄膜,采用光控与晶控同时监控的方法控制膜厚;通过不断调整工艺,提高了薄膜的抗激光损伤能力,减小了膜厚控制误差,提高了透射波段的透过率及反射波段的反射率,最终得到了光谱性能较好的滤光膜.该薄膜能够承受雨淋、盐雾、高低温等环境测试,满足使用要求.

衍射光学元件在卫星激光通信终端中的潜在应用(英文)

卫星激光通信技术是目前通信技术领域的研究热点,而光学子系统的优化设计是其重要研究方向。主要介绍了利用衍射光学元件实现卫星激光通信终端的小型化、集成化和高效化。文中首先简要介绍卫星激光通信系统的基本原理,随后介绍了衍射光学元件在卫星激光通信终端中的各种可能应用,包括光束整形和分光,光学滤波,防反射镀膜,像差和热差补偿等。给出了一个包含衍射光学元件的激光通信终端光学系统优化设计实例,相应的数值仿真结果表明:衍射光学元件与传统光学元件相比,具有明显优势。

卫星激光测距中接收光路光机结构设计

在卫星激光测距过程中,需要在跟踪卫星的同时完成激光测距,为了能实现全天候的测距工作,白天卫星激光测距的探索具有重要的意义。对中、高轨卫星测距时,反射回来的激光能量非常少,因此必须采用大口径的望远镜进行接收。在研制某型号卫星激光测距的项目中,为了保证MEO、GEO和IGSO的成功测距,选用口径为1 000 mm的主光系统,在第一像面前采用分光棱镜光谱分光的形式,实现了跟踪卫星和激光测距任务的同时完成,并且扩展了白天光束监测光路,使系统具备了全天候测距功能。实践证明,光学系统成像质量良好,机械结构设计合理、紧凑,成功地实现了对中、高轨卫星的测距。

高自动化卫星激光测距系统研究与设计

卫星激光测距(SLR)技术因测量精度高而广泛应用,但由于涉及多门学科领域使得系统复杂,制约了自动化水平提高,影响着该技术的发展和推广应用。基于上海天文台SLR系统平台,分析了SLR的操作流程,提出光学系统、伺服系统、控制系统及远程监控管理系统等自动化发展方向,设计了角秒级精度光束指向瞄准方法,研制了精度为1″的小型化伺服控制系统,实现了观测模式的快速切换,并搭建远程监控管理系统,使整个SLR系统的自动化能力得到提高,减少了人力操作,提高了观测效率。应用上述研究成果,在国内成功进行了SLR的远程控制实验,实现了SLR系统的异地操作和监控,为SLR的全自动化及远程控制应用奠定了技术基础。

卫星激光测距数据处理方法研究进展

数据处理技术的发展与进步是实现毫米级卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)的重要保障。文中简要回顾了SLR技术的发展历程,阐述了数据处理技术在SLR的实际应用,着重介绍了国内外典型的数据处理算法及其发展脉络。同时,针对大地测量产品的应用需求,分析了目前SLR数据处理算法的适用性、稳定性及存在的问题。最后,针对激光测距的未来发展态势,提出了新一代SLR数据处理方法面临的挑战及可能的解决方案,并对其发展趋势做出展望。

TDC-GPX在卫星激光测距中的应用

利用高精度时间测量芯片TDC-GPX以提高卫星激光测距系统中的时间测量精度,再结合FPGA的大规模数字集成设计,从而提高了卫星激光测距系统的测量精度。

1064 nm波长白天卫星激光测距试验

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1 064 nm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1 064 nm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1 064 nm波长激光精确指向问题。采用重复频率为1 kHz、功率为5 W的1 064 nm激光器,建立了1 064 nm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1 064 nm波长白天激光测距。试验研究将为我国1 064 nm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。

高重复频率卫星激光测距实验研究

介绍了上海天文台开展高重复频率激光测距实验和卫星实测情况。通过研制事件模式距离门控电路，开发高实时性测距控制软件，引进高精度事件计时器，利用重复频率为1kHz、能量2mJ的半导体泵浦激光器，以60cm激光测距仪为平台，成功实现了对（800～7000）km卫星的高重复频率激光测距，所获得的回波数据是常规低重复频率测距的2～3个数量级。

卫星激光测距系统稳定性分析及提高

以典型 SLR 系统为研究平台根据测量数据的产生流程详细分析了卫星测量与系统校准时的状态差异并评估了状态差异对测量数据距离偏差的影响引出 SLR 测量数据稳定性提升的途径.研究成果用于上海天文台SLR系统后 2015 年度对地球动力学卫星(Lageos)观测数据的长期稳定性、短期稳定性和标准点精度分别由改造前的12.7mm、22.7mm和2.0mm提升到4.1mm、9.3mm和1.0mm 国内率先达到国际卫星激光测距组织(ILRS)的数据质量标准(10mm 20mm和5mm)并持续保持提升了我国在SLR领域的国际地位和观测数据权重具有良好的推广应用前景.

卫星激光反射器有效反射面积的计算与测试

本文介绍了反射器有效反射面积的概念及计算方法,并用矢量的方法分析了光线在角反射器内部的轨迹。计算了60o位置角的角反射器的有效反射面积,对内切圆角反射器的相对有效反射面积进行了测试,给出了测试结果。分析了角反射器位置角对有效反射面积的影响,以及星载激光反射器的反射面积与卫星轨道高度的关系。理论计算及实测结果表明,当卫星高度低于14625km时,为保证在卫星的可观测区域内,反射器均有较大的反射面积,应对角反射器镀以高反射膜,使反射器的有效反射面积不受反射器位置角的影响。

中国新一代流动卫星激光测距系统研究

我国新一代流动卫星激光测距(SLR)系统TROS-I于2000年建成,并成功地在乌鲁木齐、拉萨西部地区进行了流动观测,弥补了国家SLR跟踪网在亚洲腹地的空缺。本文介绍了TROS-I的组成结构及其在中国西部对Lageos等卫星的观测情况。结果表明,观测标准点精度优于10 mm,最大测程达2万km,可见,流动观测能有效地增强我国激光测距网的监测能力,对于我国自主卫星的精密定轨、中国大陆地壳现今运动的研究可发挥重要作用。

不同测站卫星质心不同改正对卫星激光测距定轨精度的影响分析

数值模拟和理论分析均已显示,由于卫星形状效应,质心改正存在对测站系统运行模式的依赖性,即不同测站对卫星质心的改正是不同的。本文分析这种依赖性对卫星定轨精度的影响。长时间序列的统计结果表明,与全球统一测站卫星质心改正相比,采用不同测站卫星质心不同改正系统性地提高短弧定轨精度。对Lageos-1/2,平均提高约0.4mm;对Etalon-1/2,平均提高约0.6mm。在各种相关应用对卫星激光测距数据处理精度要求迈向毫米级的今天,有必要考虑不同测站卫星质心不同改正。

高重复率卫星激光测距中后向散射干扰及规避

大气后向散射对高重复率卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)的回波接收产生干扰且随测量频率增加愈发严重,已成为制约SLR工作频率提升的关键因素之一。根据大气散射雷达探测方程,分析了探测系统接收到的大气后向散射光功率及对回波接收的影响,以上海天文台现有收发分离的SLR系统为平台,通过试验验证了分析的合理性;据此厘清后向散射干扰产生时序,给出基于激光发射时序控制的后向散射规避方法。通过在高重复率距离门控电路中添加激光点火信号产生模块,并实时判断后向散射干扰情况以控制点火信号是否延迟输出,基于FPGA(Field Programmable Gate Array)完成了后向散射自动规避电路,成功应用在上海天文台高重复率SLR的常规观测中,实现了对散射的完全规避,且对Lageos等重点激光卫星的平均点火频率下降率低于2%,具有很好的推广应用价值。

高精度事件计时器及其在卫星激光测距应用

高重复率卫星激光测距需采用事件计时方式记录激光发射和接收时刻,作为测距系统精密计时单元。本文介绍了事件计时器测量原理,以及上海天文台基于时间数字转换(TDC)和现场可编程门阵列(FPGA)所设计开发的高精度事件计时器。对该事件计时器性能进行了测试,计时精度优于10 ps,非线性误差在数皮秒内。利用上海天文台卫星激光测距系统,进行了事件计时器控制软件开发,对地面靶目标和卫星进行了观测。根据国际激光测距数据处理中心反馈,卫星测量误差达到国外同类事件计时器水平,满足卫星激光测距应用要求。

云南天文台人造卫星激光测距系统原理

从光路结构特征和测距控制系统特点出发,研究分析了目前云南天文台人造卫星激光测距系统的原理,详细阐述了测距系统的工作过程,并给出该系统当下的基本测距情况。