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卫星激光测距研究室
2022-08-26    |    发布:

一、发展概述 

激光测距研究室从1982年开展卫星激光测距(Satellite Laser Ranging-SLR)研究工作。1985年,改造成第三代卫星激光测距系统。1987年,首次观测到地球动力卫星LAGEOS1991年,对激光测距系统进行了改造,通过改进了软件系统中的预报、跟踪、数据采集、处理、发送等功能,实现了计算机全自动控制,并采用微光摄像技术进行卫星监视,观测数据的数量和质量有了明显提高。1997年,完成单光子探测升级改造,采用可补偿的C-SPAD单光子雪崩二极管,同时更新了外围设备,使SLR的系统性能、观测精度与数据量有了很大提高,单次测距精度由原来的6厘米左右提高到2厘米,标准点精度达到5毫米左右,系统的长期稳定性由4厘米提高到1厘米以下,观测数量从1000多圈增加到3000圈以上,整体性能进入国际先进行列。2006年,采用事件计时器取代了时间间隔计数器,为KHz激光测距奠定了基础。 

2007年,长春人造卫星观测站执行国家重大科技基础设施建设项目中国大陆构造环境监测网络长春站SLR项目改造,对原有的激光测距系统进行升级改造,国内首次应用事件计时器,提高了观测频率。2009年,在技术上取得了重大突破,利用自主研发的软、硬件系统,采用美国1KHz皮秒激光器成功实现了常规KHz卫星激光测距和白天测距,大大提高了激光测距系统的测距能力和水平,成为国际上少数具备白天常规KHz卫星激光测距能力的台站之一,全年观测数据量超过6000圈。2012年,将近地靶应用到SLR系统中,提高测距系统的稳定性。将WAT-120N+应用到测距系统中,取代原微光摄像(ICCD)系统,显著提高监视星等能力,观测远地星的能力明显提高。同年首次实现了白天常规激光光尖的监视,有效提高了长春站白天测距能力。2014年,将激光测距技术应用于非合作目标中,采用重复频率500Hz、功率30W的纳秒激光器,实现空间碎片激光测距。 

目前,SLR系统探测能力达到40000公里,单次测量精度小于1.5cm,并实现对所有的国际联测卫星进行二十四小时的跟踪观测,年观测数据最多超过19000圈,观测成绩位居世界第二位,被国际激光测距服务组织公认为国际上性能最强的四个台站之一。 

二、研究方向 

激光测距研究室着眼于国家空间安全的应用天文研究,向完善观测技术和手段、拓展观测技术的应用范围、开展观测数据处理及应用等方向转变,应用各种方法和手段提高观测数据量、测距精度及稳定性,提高激光测距系统的自动化程度,将激光测距技术拓展到非合作空间目标、天基激光测距、月球激光测距、月球激光通信、时间比对、偏振探测等研究领域,提高激光测距技术应用范围。 

1)高重复频率激光测距数据应用和分析研究 

针对高重复频率激光测距数据,开展海量数据的处理、分析和应用,以及卫星姿态的研究,为卫星激光测距数据应用提供更广阔空间。 

2)非合作目标激光测距技术及数据应用研究 

拓展激光测距研究对象,开展非合作目标激光测距技术研究,利用空间碎片数据进行轨道确定、姿态分析、材料分析等研究。 

3)月球激光测距技术研究 

延伸激光测距作用距离,开展月球激光测距,为月球科学、基础引力理论、重力理论、引力波等研究提供重要数据。 

4)月球激光通信技术研究 

基于激光测月技术和激光测月设备,开展月球链路激光通信技术研究,可以实现高速率月地激光通信,突破月地激光系统的极窄信标捕获、跟踪及高灵敏度接收等关键技术。 

5)高精度激光时间比对 

基于中国-阿根廷SLR站,分析影响激光时间比对精度的误差源,建立误差修正模型,掌握SLR系统时延校准方法,完成大气信道对激光脉冲时域展宽特性的仿真,实现近距离地面站激光时间比对及传递。 

6)天基激光测距技术研究 

将激光测距技术应用于天基平台上,用于卫星之间的精确距离确定、时间传递、时间比对等。 

7)偏振探测技术研究 

探索偏振探测技术在天文观测中的应用,开发可见光和红外偏振探测技术,进一步完善偏振探测的模型仿真和应用研究。

三、主要设备 

160厘米卫星激光测距仪

21米激光通讯望远镜

3)美国PI高重复频率皮秒激光器

 

4)大恒高重复频率皮秒激光器

530W高功率纳秒激光器

650W高功率纳秒激光器 

四、成果与获奖情况 

近年来,研究室成员主持国家自然科学基金10余项、国家级JMRH改造项目4项、省部级项目多项、中央财政专项及院内项目10余项、横向课题40余项,3人入选中科院人才项目青年创新促进会会员。在国内外知名期刊发表学术论文50余篇,获国家专利授权6项,软件著作权18项。长期与国内外高校与研究院所开展合作研究工作。 

近年来,研究室成员曾获得多项奖励,获得总装备部科技进步集体二等奖、吉林省突出贡献中青年专业技术人才、吉林省拔尖创新人才、“CHAMP Laser Tracking Award”、吉林省直机关青年五四奖章、中国载人航天工程办公室授予天宫一号再入应对任务突出贡献奖励、吉林省职工创新能手称号、长春分院青年先锋称号、吉林省科技进步一等奖、吉林省科技进步二等奖、吉林省科技进步三等奖等。 

五、科研力量 

目前激光测距研究室共有研究人员14人,其中研究员1人,副研究员2人,助理研究员2人,工程师3人。 

五、联系方式 

联系人:董雪 

  位:中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站 

  址:吉林省长春市净月潭西山 

  编:130117 

  话:0431-81102120 

E-maildongx@cho.ac.cn