小型化长出瞳距激光通信接收望远镜光学设计

为了减小激光通信终端体积与能耗,同时保证通光孔径和放大倍率,该文根据折反式望远镜的高斯光学及赛德尔像差理论设计了一款改进的Dall-Kirkham接收望远镜。该镜头由2片反射镜、5片透镜组成,接收信号光波长为974 nm和1550 nm,通光口径为60 mm,相对孔径为1/3.38,出瞳距为50 mm,视场角为6 mrad,总长为111.04 mm,工作温度为20℃±10℃。优化后镜头在0.5 mrad视场内波像差优于(1/40)λ,6 mrad视场内波像差优于(1/20)λ,能量集中。为了实现无热化设计,文中给出了结构材料的选取与设计方式,并分析了±10℃温差下光学系统的波像差变化,分析结果表明:镜头成像质量良好,满足应用需求。

激光测高仪接收望远镜杂散光仿真分析与试验

针对高分7号卫星在轨运行环境,建立激光测高仪杂散光仿真模型,针对空间环境三种光线来源,定量分析光机结构的杂散光特性,提出利用百叶窗次镜遮光罩和外遮光罩的抑制结构,以消除直射杂散光影响。通过点源透过率试验,模拟轨道环境,测试出不同轴外视场的杂光比最大仅为1×10^-3,满足卫星指标要求。验证结果表明:无直射杂光时,多次反射造成的杂散光比例不影响卫星图像对比度。

多望远镜信号接收的激光测距系统探测能力

地面激光测距站向空间目标发射激光信号后,其反射的回波信号达到地面站时将覆盖一定范围,通过设置多台望远镜接收信号,有利于提升对激光信号探测能力。根据激光雷达测距方程及信号探测概率,分析了多望远镜信号接收系统的探测概率、提升效果以及等效接收能力。利用中国科学院上海天文台相距约60 m、口径分别为1.56 m和60 cm双望远镜系统,通过双望远镜同时接收卫星的回波信号,研究了双望远镜信号接收系统探测能力。相比原60 cm口径望远镜系统,单位时间内激光回波数增加了四五倍。考虑到1.56 m口径望远镜激光测量性能,双望远镜可等效于一台口径约1.61 m望远镜系统接收能力,验证了多望远镜信号接收可行性和技术优势。分析了多望远镜系统对轨道高度1 000 km、直径10 cm非合作目标测量能力及所需望远镜台数,使该测量技术在微弱信号探测与大口径望远镜激光测量中将会发挥重要作用。

双望远镜的空间碎片激光测距试验研究

大口径望远镜有助于提升空间碎片目标测量能力。根据激光测距雷达方程应用多台相对较小口径望远镜同时接收激光回波信号,可等效实现单台大口径望远镜激光信号接收能力,弥补大口径望远镜在目标快速跟踪、系统运行维护等方面不足,并可兼顾测距系统测量能力和效率。基于中国科学院上海天文台相距约55 m的1.56 m和60 cm口径望远镜系统,研究了双接收望远镜测距技术,在国内首次开展双望远镜空间碎片激光观测试验,验证了多望远镜同时接收碎片目标激光信号测量技术。测量数据结果表明：1.56 m口径望远镜激光回波接收能力是60 cm口径望远镜的约3~4倍,双望远镜可等效于一台约1.65 m口径望远镜的激光接收能力,在远距离、小尺寸空间碎片目标高精度激光观测中将发挥重要作用。

单站发射多站接收的空间目标激光测距技术

激光测距作为空间目标测定轨精度最高的技术，对非合作目标的测量精度比微波雷达、光电探测等技术高1～2个数量级，非常有利于非合作目标的精密定位、轨道复核及精确编目，保障在轨空间飞行器的安全。激光在非合作目标表面会发生漫反射，返回光斑弥散、回波微弱，采用大口径望远镜接收系统是必要的。鉴于大口径望远镜研制难度大，提出基于单站发射多站接收的空间目标激光测距新方法，即采用多接收望远镜增加接收面积，实现目标测量能力提升。通过分析单站发射多站接收的激光测距技术特点，基于双望远镜系统开展空间合作目标测量实验，验证了多望远镜接收激光信号的可行性，为该测距技术发展奠定了实验基础。

合成孔径激光成像雷达(Ⅰ):离焦和相位偏置望远镜接收天线

把合成孔径激光成像雷达的目标衍射区分为三个区域,提出采用离焦或者附加空间相位调制板的光学接收望远镜补偿回波像差。当目标处于菲涅耳衍射区时可采用离焦或偏置望远镜补偿回波二次项离焦像差并产生用于孔径合成的二次项相位历程;目标处于夫琅和费衍射区时可以采用离焦或偏置望远镜补偿回波二次项离焦像差但不产生相位历程;目标处于瑞利-索末菲衍射区域时不可能补偿回波高阶像差。

空间目标激光测距技术发展现状及趋势

激光测距技术是空间目标轨道测定精度最高的手段,有利于实现空间目标高精度测量和监测,提高目标轨道预报精度和航天器机动规避能力。本文介绍了国内外漫反射激光测距技术、空间碎片激光烧融项目及一发两收测距技术的研究进展,提出了提高激光器功率、高重频测距、白天测距技术、发展阵列探测器等关键技术的发展趋势以及在碎片清除领域的应用前景。

卷云冰晶水平取向的光雷达观测

在Aberystwyth(52.4°N,4.1°W)利用一个扫描激光雷达系统测量卷云中的后向散射及退偏比。测量表明:卷云最多出现高度接近9km,约50％的云都表明在某些高度存在一些近于水平取向的冰晶。围绕垂直方向的后向散射与角度的关系表明:这些冰晶对水平面的最大倾斜角约为0.3°。

激光测定卫星方向

为对激光测距作补充,以便由单站测定卫星位置,研制了能获得角座标的装置。这是一台装在跟踪转台上的30焦耳激光机,用来对带有角反射器的卫星作激光照明,并通过装在赤道座上的施密特望远镜拍摄其回波。本文介绍该装置的各部分、整个设备的一些限制及运转方式,并列有所得若干结果。达到的角精度对1500公里为0.5弧秒,即4米。

距离千米级双望远镜的空间碎片激光测距

以上海天文台收发分离的21cm/60cm口径卫星激光测距系统为例,利用高精度计时器、光电探测器等设备,对发射/接收系统的时延分别进行测量与标定,测量地面靶目标所得到的发射/接收系统的总时延与常规地面靶目标测量方法的测量均值相比,时延标定误差为400ps。在此基础上,利用高精度时钟系统,并在解决远距离望远镜回波信号探测距离门控制问题的条件下,实现了相距2.5km的双望远镜系统对距离大于1000km的空间碎片目标的测量,验证了远距离接收空间碎片目标激光回波信号的能力。

新技术六例

复旦大学、上海无线电二十三厂和上海市气象局共同协作,在一年多时间内研制成一台激光测烟雷达样机。它能在半径三公里范围内测出烟、云分布的相对浓度和所在位置,对于烟尘监测、大气扩散系数、湍流边界观察、山区气流轨迹。