1 064 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。     

面向空间碎片的激光测距望远镜指向修正算法

针对目前的望远镜指向误差修正模型难以满足激光测距系统实现空间碎片精确探测的要求,提出采用遗传(GA)算法和列文伯格(LM)算法优化的后向传播(BP)神经网络模型修正望远镜的指向误差。按照俯仰角对方位角等间隔分区的方式在测站的半球面天区内观测了102颗恒星,并利用这102颗恒星观测数据进行建模,同时在次日观测12颗恒星验证所建模型的精度。结果表明,所建模型在方位和俯仰方向上的精度分别达到1.94″和1.12″。将GA算法和LM算法优化的BP神经网络模型应用到空间碎片和空间合作目标的探测实验中,结果表明,在利用激光测距技术探测空间合作目标和空间碎片时,望远镜的指向精度在方位和俯仰方向上分别达到1.89″和1.21″以及2.06″和1.46″,因此所建模型在提高望远镜指向精度的同时,对提高空间碎片的探测成功率也具有重要意义。     

基于星图匹配脱靶量标定的移动测站望远镜指向修正技术

目前，移动测站以其高机动性正逐步成为空间目标监测网络重要的系统组成，应用于空间目标的共视观测与精密跟踪。针对移动测站光电望远镜由于工况的不稳定性以及装调过程中存在的指向误差，文中提出了一种基于星图匹配脱靶量标定的指向误差修正方法。首先，根据编码器轴系定位筛选出定标星群并进行资料归算；其次，采用面向脱靶量标定的快速星图匹配算法识别出与测量恒星相匹配的定标星坐标，并作为理论位置；最后，将多颗测量恒星坐标带入脱靶量标定指向修正数学模型对望远镜的指向进行拟合与标定。实验结果证明：采集一组序列图像对光心指向进行修正，单帧图像的修正周期约为2.2 s，从第10帧后修正量基本趋于稳定。对全天区典型分布的一批子天区进行指向修正，指向误差均值由修正前的124.24″提高至4.97″，标准差从41.50″提高至4.76″。综上所述，基于星图匹配脱靶量标定的指向误差修正方法对于提高测站望远镜的指向精度效果显著，且该方法的修正过程与望远镜机架结构无关，因此也可适用于不同机架结构的望远镜指向修正。     

增量式光电轴角编码器零点漂移问题解决

介绍了增量式光电轴角编码器的工作原理及其在空间目标测量领域的应用。分析了轴角编码器零点漂移的原因,推导了基于轴系和球谐函数的望远镜系统误差修正模型。提出了采用外复核方法解算望远镜指向精度,即用前两天测星解算出来的系统球谐函数误差模型系数修正并复核当天的测星误差。设计了零点标定实验对轴角编码器零位进行标定,进行了连续11个晴天夜晚的观测实验,在零点标定前后观测在视场内均匀分布的30颗恒星,分别解算得到望远镜指向误差,确认了轴角编码器的零点漂移现象。采集GPS卫星数据进行了精度鉴定,望远镜方位和俯仰的轴系误差均值由13.99、11.50分别降至5.94、-3.49 ,验证了零点标定方法消除零位漂移并提高望远镜测量精度的可行性。     

基于图像处理的激光指向误差修正技术方法研究

为了进一步提高卫星激光测距系统中激光指向修正的效率,提出了一种优化的用于激光指向的图像处理算法实现方案。针对实拍的CCD图像,利用拉东变换的方式对图像中的散射光尖点进行精确定位,采用带阈值的质心法提取目标卫星质心,将解算出的光尖点与卫星点的位置偏差转换为望远镜指向的弧度偏差,反馈至激光指向控制系统中,形成了有效的闭环控制。目前,该方案已成功应用于乌鲁木齐气象卫星站内的地基激光定位系统中,实现了在线实时修正激光指向误差,并将指向精度控制在2弧秒以内。     

导航卫星白天激光测距实现方法分析

实现对导航卫星的白天激光测距对增加观测弧段和高精度轨道评估数据量有重要意义。本文分析了针对中高轨道和地球同步轨道导航卫星实现白天激光测距的技术难点,介绍了白天卫星激光测距的噪声抑制和信号识别技术。针对卫星导航系统应用．详述了导航卫星白天激光测距实现方法及初步测量结果．并探讨了提高导航卫星白天激光测距能力的改进方法。     

水平式望远镜静态指向误差的建模与修正

对水平式望远镜静态指向误差进行建模与修正。根据水平式望远镜具体构架,设立地平坐标系和照准坐标系,推导出水平坐标系、地平坐标系和照准坐标系之间的转换公式,考虑望远镜的三轴误差和编码器误差等因素,建立水平式望远镜静态指向误差补偿模型(以下简称本文模型)。通过实测得到的恒星坐标数据对球谐函数模型、基本物理参数模型及本文模型行修正验证,实验结果表明,某型水平望远镜采用本文模型修正后,设备总指向精度由修正前的150.96″,提高到4.12″,满足系统总体提出的精度要求,能够广泛地应用于科研和工程领域。     

卫星激光测距系统的指向偏差修正

为了控制激光测距望远镜准确指向目标,本文采用图像处理方法精确识别卫星位置,计算卫星质心相对于参考中心的偏差并转换为望远镜的脱靶量,从而通过伺服系统修正望远镜的指向偏差;同时识别光束图像,得到光尖位置并计算光尖点与接收视场中心的偏差量,修正激光束指向偏差。     

基于超导探测器的白天卫星激光测距试验与研究

超导纳米线单光子探测器是一种新型的单光子探测器,灵敏度高、暗计数低且可工作于恒流模式,对1064 nm波长激光具有较高的探测效率。将该探测器应用于夜间卫星和空间碎片激光测距试验,获得了较好的观测结果。为了使超导探测器的优点在空间目标激光测距中得到充分的应用,通过卫星白天激光测距观测试验以及对白天天空背景光实际响应输出测量等方法,研究分析了超导探测器应用于白天激光测距的可行性。在日落前测到了约20 000 km距离的导航卫星glonass134以及低轨卫星hy2a;实际白天天空背景光测量时,单光子超导探测器最高计数输出可达到约2 MHz。结果表明,使用超导单光子探测器作为回波探测器可实现高性能和高效率的白天激光测距系统。     

基于近红外小功率卫星激光测距研究

为分析天琴计划激光测距台站卫星激光测距探测能力,设置单脉冲能量（平均功率）分别为0.15 mJ（0.015 W）,0.4 mJ（0.04 W）和4 mJ（0.4 W）对同步轨道卫星qzs2、compass i3和compass i5分别于夜晚和白天进行激光测距实验。理论方面,分析了白天天光背景噪声强度,并结合雷达方程计算了不同平均功率条件下卫星激光测距的有效回波率,重点分析了平均功率对卫星激光测距探测能力的影响。实验方面,固定望远镜俯仰角（E=50°）,旋转望远镜测量不同指向时的天光背景噪声强度。采用探测效率为60%（@1064 nm）的超导探测器阵列,并结合空间滤波、时间滤波和光谱滤波的方法抑制背景噪声,开展了小功率白天卫星激光测距。分析得到,白天对同步卫星激光测距的最小功率为0.04 W,夜晚对同步卫星激光测距的最小功率为0.015 W。天琴计划激光测距台站已具备白天和夜晚全时段常规卫星激光测距能力,将为今后天琴计划引力波探测卫星全时段激光测距奠定基础。     

球谐函数法修正水平式经纬仪指向误差

为修正水平式经纬仪指向误差,采用球函数将定义在水平式经纬仪球坐标系上的函数展开成傅立叶级数的形式,并取到4阶带谐项,得出指向误差球谐函数模型。通过观测全天分布较为均匀的45颗恒星,得出经纬仪视轴指向在经角、纬角方向的误差离散值,采用最小二乘法拟合得到球谐函数模型中各待定系数。实验表明,球谐函数法可有效修正经纬仪的指向误差,经纬仪在经角、纬角方向的指向精度和总指向精度分别由修正前的40.91″、30.93″、51.29″提高到了修正后的2.59″、2.46″、3.57″。修正后,基本清除了设备系统误差。     

白天天空背景对昼夜大气相干长度仪数据影响

昼夜大气相干长度仪实现了全天候连续观测恒星,是一种大气相干长度的常规观测仪器。主要分析了白天天空背景光引起的大气相干长度测量误差,提出了适合于工程应用的图像消噪方法,并进行了数值仿真,结果表明:该消噪方法能有效抑制白天天空背景引起的图像传感器噪声,使其在最大天空亮度观测3.5等星时所引起的大气相干长度测量误差减小到1.434%,扩大了选星跟踪范围,证实了该消噪方法应用于提高仪器测量精度的可行性和白天星像质心提取的准确性。     

射电望远镜天线的指向精度测量系统设计

指向精度是衡量大口径射电望远镜天线电轴指向准确度的重要指标,如何准确地测量出天线的指向精度对使用者而言尤为重要。针对射电天文望远镜的工作特点,提出了采用射电星作为发射源进行天线指向精度测量的方法,以方位轴为例介绍了测量基本原理,根据测量需要对系统软硬件进行了设计,对实际测量和处理过程进行了描述,给出了测量结果和分析。结果表明该方法可以快捷、准确地测出天线在全天区的指向精度。     

卫星激光测距中光束亮度的偏振影响及应用

卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)常利用激光大气后向散射所形成的图像来引导光束指向,而光束图像亮度随天区变化的现象在SLR站普遍存在,影响了激光对卫星的瞄准。以中国科学院上海天文台现有SLR系统为研究平台,阐明了该现象的成因,即光束图像成像光路中分光镜的效率会随偏振方向改变而变化。据此提出偏振方法,通过建立出射激光偏振方向随望远镜位置变化模型,改变发射光路中新引入半波片的角度,实现了光束图像于不同亮度的实时控制。相比使用消偏振分光镜的方案,该方法具有应用灵活、系统简单且成本低的优势,研究成果在提高激光对卫星的瞄准精度及星象图像信噪比等方面具有重要意义。     

目标过顶的程序跟踪控制技术

阐述了利用计算机程序过顶控制技术解决地面站出现跟踪盲区时的过顶跟踪问题。利用实测数据分析了施加程序过顶跟踪控制前后的指向误差。     

近红外白天测星时不同方位角的背景辐射修正

基于星敏感器的白天测星可探测到的星数目有限,严重限制了导航需求。利用红外波段可以探测到足够多的用以导航的星体。采用近红外多视场小口径探测器同时对不同天区进行恒星探测。各个探测器接收到的背景辐射不同,探测到的恒星视星等也不同。利用MODTRAN软件对白天不同探测器方位角时的背景辐射进行了分析。根据不同方位角时的辐射曲线,提出了背景修正方法倒影法并以6星等恒星对其进行了验证。     

卫星光通信复合轴跟瞄控制方法研究

提出了用复合轴瞄准控制方法实现卫星光通信跟瞄控制,以提高卫星光通信中跟瞄系统的性能。提出了粗瞄和精瞄系统的模型,并分别设计了控制器。在此基础上,建立了一套跟瞄控制模拟系统。结果表明,所设计制作的跟瞄模拟系统在跟踪的匀角速率运动时的最大跟踪角度偏差仅为14μrad。     

云南天文台1.2m望远镜61单元自适应光学系统

云南天文台1.2 m望远镜61单元自适应光学系统已经完成升级改造并投入使用.该自适应光学系统主要由倾斜跟踪控制回路、高阶校正回路以及高分辨力成像系统组成.为了提高系统的跟踪精度,倾斜跟踪控制回路由两级倾斜校正回路串联而成,用于校正望远镜的跟踪误差和大气湍流引起的倾斜跟踪误差.高阶校正回路主要由一套哈特曼波前传感器、一块61单元变形反射镜以及一套高速数字波前处理机组成.系统中哈特曼波前传感器的工作波段为400～700 nm,系统成像波段为700～900 nm.在介绍61单元自适应光学系统各组成部分的基础上,对该系统的性能进行了分析,并给出了实际天文恒星目标的高分辨力自适应光学成像观测结果.     

一种跟瞄系统角误差的测量方法

介绍了跟瞄系统角误差一种测量方法的原理、数据处理方法以及测试结果。待测的跟瞄系统由光电跟踪引导系统和随动天线组成,先通过动力飞艇对跟瞄系统的跟瞄精度进行了测试,再利用无人飞机对跟瞄系统的跟瞄精度进行对比验证。测试得到的数据表明,该测试方法简单有效、费用低,可用于类似系统的角精度测量。