科研部門
衛星激光測距研究室
光電觀測研究室
GNSS研究室
理論研究室
專題欄目
 
 
現在位置:首頁 > 機構設置 > 科研部門 > 衛星激光測距研究室
衛星激光測距研究室
2015-05-27    |    發布:

衛星激光測距研究室從1982年開展衛星激光測距(Satellite Laser Ranging-SLR)研究工作。1985年改造成第三代衛星激光測距系統;1987年首次觀測到地球動力衛星LAGEOS1991年,對激光測距系統進行了改造,實現了計算機全自動控制,改進了軟件系統中的預報、跟蹤、數據采集、處理、發送等功能,并采用微光攝像技術進行衛星監視,觀測數據的數量和質量有了明顯提高。1997年完成單光子探測升級改造,采用C-SPAD單光子雪崩二極管,同時更新了外圍設備,使SLR的系統性能、觀測精度與數據量有了很大提高,單次測距精度由原來的6厘米左右提高到2厘米,標準點精度達到5毫米左右,系統的長期穩定性由4厘米提高到1厘米以下,觀測數量從1000多圈增加到3000圈以上,整體性能進入國際先進行列。2006年開始,采用事件計時器取代了時間間隔計數器,為KHz激光測距奠定了基礎。2007年,長春人造衛星觀測站執行國家重大科技基礎設施建設項目“中國大陸構造環境監測網絡長春站SLR項目改造”,對原有的激光測距系統進行升級改造,于2009年在技術上取得了重大突破,利用自主研發的軟、硬件系統,成功實現了常規KHz衛星激光測距和白天測距,大大提高了激光測距系統的測距能力和水平,成為國際上少數具備白天常規KHz衛星測距能力的臺站之一。  

目前,SLR測距系統探測能力達到40000公里,單次測量精度小于1.5cm,并實現對所有的國際聯測衛星進行二十四小時的跟蹤觀測,年觀測數據最多超過19000圈(2014 2015),觀測成績位居世界第二位,被國際激光測距服務組織公認為國際上性能最強的四個臺站之一。  

近年來,衛星激光測距研究室承擔并完成了許多重大科研項目  

2002年,承擔神舟四號激光精密定軌觀測任務以及為總裝基地的雷達標校進行的激光觀測任務,獲得大量激光觀測數據。  

2006年,承擔并完成了中歐科技合作項目伽利略實驗衛星GIOVE的觀測任務,在三個月的時間對系統進行了升級改造,使其能夠滿足常規觀測歐洲Galileo衛星的能力。  

2007年,承擔并完成了國家大科學工程中國地殼運動觀測網絡工程中國大陸構造監測網長春基準站的建設和常規觀測任務,并于2009年成功實現了白天測距和KHz衛星激光測距,成為國際上少數具備白天常規KHz衛星測距能力的臺站之一。同年,與上海天文臺合作,開展北斗二代衛星MEO的跟蹤觀測及星地時間比對實驗,均取得成功。  

2010年,承擔國家自然科學基金面上項目《基于Windows XP的千赫茲衛星激光測距控制系統的研究》。  

2011年,承擔中國科學院國家天文臺阿根廷san Juan站的KHz系統改造項目;中國科學院武漢測地所九峰站的KHz白天測距系統改造項目;國家天文臺的基于AJISAI衛星的時間傳遞實驗項目。  

2012年,承擔中國科學院科研裝備研制項目《實用型空間碎片激光測距系統試驗平臺研制》;武漢大學HY-2A衛星角反射器性能測試項目。  

2014年,承擔國家自然科學基金青年基金項目《基于APD的高精度空間碎片激光測距系統探測器研究》;國家自然科學基金面上項目《基于空間碎片激光測距的高層大氣密度測量研究》;中國科學院修繕購置專項項目《1米激光通信系統升級改造》。 

2015年,承擔國家自然基金天文聯合專項項目《基于天文高速成像的空間碎片精密測量研究》。同年,我站通過自主預報以及實時預報修正方法(時間偏差和距離偏差實時修正),成功觀測到北斗導航衛星compass-is1compass-ms1compass-ms2的有效數據,為提高我國北斗導航衛星定軌精度起到重要作用。 

研究方向及意義  

1)研究方向  

  • 衛星激光測距研究室主要是面向天文地球動力學的國際前沿和國家需求,以衛星激光測距系統為研究平臺,以合作目標為主要研究對象,開展激光測距技術研究工作。 

激光測距技術的發展方向:一是應用各種方法和手段提高觀測數據量、測距精度及穩定性;二是提高激光測距系統的自動化程度,減少人力和物力的消耗  

  • 空間碎片激光測距技術研究  

拓展激光測距研究對象,借助激光測距平臺,開展空間碎片激光測距技術研究及空間碎片激光測距數據分析工作。 

  • 開展激光測距數據的應用和分析研究 

由于KHz激光測距使得觀測數據點數大幅度增加,逐步開展海量數據的處理、分析和應用研究工作,如開展激光照明、大氣視寧度度測定、衛星姿態的研究,為衛星激光測距數據應用提供更廣闊的空間。  

  • 開展月球激光測距技術研究

將現有激光測距技術應用于月球激光測距,為月球科學、基礎引力理論、重力理論、引力波等研究提供重要數據。   

2)研究意義  

激光測距技術是一項綜合技術,涵蓋激光、電子、微光探測、自動控制、精密光學機械、天文測量和衛星軌道計算等多個學科領域。  

衛星激光測距數據具有廣泛的應用領域。精確測定衛星的地心位置,從而可以精確監視和預報衛星的運動;精確測定地面臺站相對地心的位置和運動,從而可以監測板塊構造運動和地殼的水平和垂直形變,并進而為地震預報提供重要信息。SLR全球網已經成為國際地球參考架(ITRF)的重要組成部分;精確測定地球自轉參數(日長和極移),以提供ITRF與國際天球參考架(ICRF)之間的聯系,并為揭示地球系統各圈層間的質量重新分布和角動量交換作貢獻;對用于測量海面地形、陸地地形和陸冰體積變化等的空載雷達測高儀進行精確軌道測定,可以將測高系統的漂移從長期海洋地形中分離出來,從而大大提高雷達測高的精度;精確測定地球重力場隨時間和空間的變化,從而測定地球系統質量重新分布產生的效應,為研究長期氣候變化作貢獻;對LAGEOS的長期觀測提供了最精確的GM(萬有引力常數與地球質量的乘積)測定值,并已證實GM值沒有長期變化;SLR觀測可用來確定海洋和地球潮汐,對廣義相對論預測進行驗證。 

月球激光測距對于天文和天體物理領域中的很多基礎研究工作都具有重要意義。利用多個地球觀測站和多個月面角反射器陣列,激光測月技術可以連續觀測地月距離的變化,這些觀測數據對月球科學、地球科學、太陽系科學、相對論和重力理論等領域的研究非常重要;開展月球激光測距研究,可實現月球物理、地球重力場、地球動力學、地球朝向參數、太陽系坐標系、廣義相對論、分米精度軌道測量、引力波等方面的研究。月球激光測距系統是深空探測研究的重要手段,“月球與深空探測”科研計劃不但提高利用月球資源的能力,也有利于進行其他行星的深空探測研究,更有利于提高航天技術水平,推動空間科學、天文學、材料科學等基礎科學和高新技術的創新和發展。 

    

主要設備情況 

  60厘米衛星激光測距儀  

  ? 卡塞格林型R-C系統的反射式望遠鏡  

  ? 接收望遠鏡口徑:600 mm  

  ? 發射望遠鏡口徑:210 mm 

  ? 接收系統的組合焦距為:3.54  

  1米激光通訊望遠鏡  

  ? 望遠鏡接收口徑:1000 mm  

  ? 望遠鏡機架:地平式  

  ? 粗跟蹤水平范圍:≤±270°  

  ? 粗跟蹤俯仰范圍:5°~ 90°  

  1 KHz全固態鎖模皮秒激光器  

  ? Photonics Industries公司RG30-L 532型號激光器  

  ? 波長:532.0 nm  

  ? 單脈沖能量:1 mJ  

  ? 脈沖寬度:25 ps  

  ? 重復頻率:50010 KHz  

  ? 光束質量 M2:<1.3 

  ? 發散角:0.4 mrad  

  ? 光束指向精度:<10 μrad 

  0.5 KHz高功率納秒激光  

  ? 鐳寶光電技術有限公司Tolar-532-30型號激光器  

  ? 波長:532.0 nm 

  ? 單脈沖能量:60 mJ  

  ? 脈沖寬度:10 ns  

  ? 重復頻率:1~500 Hz  

  ? 光束質量 M2:<1.5  

  ? 發散角:0.4 mrad  

  ? 光束指向精度:<8 μrad  

  其他各類測試設備和儀器  

  ? 時間間隔計數器(HP5370BSR620  

  ? 事件計時器(A032-ET  

  ? GPS時間頻率接收機(HP58503AEndRun)  

  ? 恒比定時鑒別器(TC4541428  

  ? 脈沖分配器  

  ? 頻率分配放大器  

  ? 單光子探測器(C-SPAD)  

  ? 氣象儀MET 3  

  ? CCD PCO 

                                                                圖1. 60 cm衛星激光測距儀

                                                                2 60cm望遠鏡

                                                           圖3 100 cm激光通訊望遠鏡

  科研力量 

目前測距研究室共有研究人員9名,其中包括研究員1名,副研究員2名,實驗師1助理研究員3人,工程師1人,助理工程師1人。 

  成果與合作 

  2012年聯合長春光機所申請了院級科研裝備研制項目《實用型空間碎片激光測距系統試驗平臺研制及其應用》。 

  2012年獲得軟件著作權“觀測數據統計系統V1.0”。 

  2013年獲得軟件著作權“衛星激光測距數據預處理軟件V1.0” 

  2014年獲得軟件著作權兩項“衛星激光測距控制軟件V1.0”和“空間非合作目標優選預報程序”。 

  2015年獲得軟件著作權“衛星激光測距預報軟件V1.0”。 

  2016年獲得中華人民共和國國家知識產權局的發明專利授權,專利名稱:獲取空間目標與觀測站距離的方法及裝置,專利號:ZL 2013 1 0751685.9 

  聯系方式 

  單 位:中國科學院國家天文臺長春人造衛星觀測站 

  地 址:吉林省長春市凈月潭西山 

   編:130117 

  電 話:0431-81102101 

  E-mail[email protected] 

  聯系人:韓興偉 

 

 

 

29期开什么特马