基于二值图像的卫星激光测距数据处理

为了改善激光测距数据处理中信号提取困难以及自动化程度还不高的现状,考虑激光测距数据的特征,结合二值图像处理和分析的技术提出一种新的提取测距信号的方法。先将原始数据映射为一幅二值图像,根据激光测距数据密度分布特点作第一次粗略的去噪,再根据信号形状特征作一次细去噪,将去噪后的图像矩阵逆映射回来。实验结果显示用于各种激光测距中的自动数据处理有很好的效果,可替代人工选点的激光测距数据提取方式。     

激光测月回波探测器位置控制系统设计

激光测月(LLR)具有测量距离远和回波光子少的特点,观测中需要适当更新回波探测器的位置以提高回波探测概率。采用现场可编程门阵列(FPGA)技术研制多步进电机同步控制系统,并结合VC++软件开发工具开发其计算机控制程序,最终实现回波探测器在xoy探测平面上位置的计算机控制。测试结果表明,两个步进电机可以各自单独运行或同时运行,使回波探测器可以单独沿着x轴或y轴移动,也可以同时沿着x轴和y轴移动,最小移动步长为2.5μm,实现对探测器位置的精准控制。     

空间碎片漫反射激光测距试验

空间碎片的存在严重影响了在轨航天器的安全,国际上很多国家开展了空间碎片探测技术的研究,利用漫反射激光测距技术对空间碎片进行探测是一个新的发展趋势。根据空间碎片漫反射激光测距的特点以及国内外漫反射激光测距技术的发展趋势和现状,研究了云南天文台的空间碎片漫反射激光测距系统。分析了云南天文台进行空间碎片漫反射激光测距探测成功的概率以及该技术所需要具备的系统组成和关键技术,并通过空间碎片漫反射激光测距实测试验方法验证了该技术的可行性。实测数据结果表明空间碎片漫反射激光测距精度为50~250 cm。     

共光路百赫兹激光测月系统主回波重叠的研究

高重频激光测月技术是月球激光测距的一个重要发展趋势,对获得更多的激光测月数据具有重要意义。在之前的10 Hz测月频率基础上,中国科学院云南天文台开发了共光路百赫兹激光测月系统。然而在共光路系统中,存在发射激光光子的主波时刻与接收激光光子的回波时刻相重叠的现象,影响了对回波光子的探测。文中从信号时序角度对主回波重叠现象进行了分析,研究了光子飞行时间与重叠现象间的关联性。利用某天的月面反射器的轨道预报对系统的重叠发生比率进行了模拟,得出了当天观测时段内整体的重叠发生率约为8%。同时开展了基于每个发射时刻的分段模拟,结果与前者吻合。对微调转镜转速以避开主回波重叠的方法进行了分析,开展了对应的转镜转速调整试验,结果表明当重叠发生时,对转速进行适量调整可以避开主回波重叠。     

空间碎片激光测距应用研究

空间碎片的存在使空间环境日益恶化,已影响到空间活动的安全。国际上很多国家开展了空间碎片探测技术的研究,空间碎片激光测距技术成为一种新的探测手段。首先,概述了国内外空间碎片激光测距技术的发展趋势和现状。其次,在成功获得空间碎片激光测距回波的基础上,研究了激光测距数据联合测角数据单站定轨的方法,仿真计算结果表明,该方法的定轨精度优于单纯光学测角数据定轨的精度。最后,提出一种利用空间碎片激光测距误差来初步测定空间碎片尺度的方法,并分别通过地面靶激光测距实验和空间碎片激光测距实验验证了该方法的可行性,为空间碎片尺度测定提供了一种参考依据。     

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MPPC阵列探测器的激光测距系统与试验

将4×4多像素光子计数器(MPPC)阵列作为回波 探测器,利用云南天文台升级后的1.2m望远 镜分光路卫星激光测距(SLR)系统,开展了地面漫反射靶和AJISAI卫星的SLR试验。地面靶目 标是60cm的 Al塑板,光程约为45m,用示波器采集单通道输出信号与16通道合并 输出信号,合并输出信号幅值明 显高于单通道输出信号,表明不止一个通道有响应;用事件计时器记录主波、回波时刻并进 行距离解算, 其RMS约为21.7cm,与激光脉冲宽度、漫 反射目标的形状效应引起的测距误差相当。实验结果表明,阵列型探测器较单 元型有一定优势,实验中采用的MPPC阵列探测器进行性能升级后可用于SLR。     

云南天文台1.2m望远镜的光学系统

云南天文台 1 .2 m地平式望远镜目前进行着两种天文光学工作 :在国家地震监测网络中心内的人造卫星激光测距站的建立及常规观测 ;国家高技术 86 3的 6 1单元自适应光学系统的建立。对望远镜光学系统和两类天文光学工作给予了介绍。     

月球激光测距中的角反射器月面布置指向优化

为了进一步提高地月激光测距精度,新部署单体大孔径的激光角反射器是下一代月球角反射器的主要选择,由于单口径角反射器相比阵列式反射器面积要小,反射器指向要求更高。针对这一问题,本文在不含二面角误差的理想角反射器前提下,通过数值模拟的方法分析了角反射器的有效衍射区域随激光光束入射条件的变化规律。在忽略大气影响的简化条件下模拟了地面3个激光测月台站对新布置角反射器的观测情况,通过LevenbergMarquardt方法优化了角反射器的指向。结果表明,选择合适的指向可以将反射器有效衍射面积提高到80%以上,同时得到低纬度地面台站比高纬度台站更有利于观测的结论,提示我国应当充分利用已建成的两个低纬度激光测月台站,以期在未来地月激光测距和地月科学研究中发挥更大的作用。     

云南天文台月球激光测距研究与实验

为了实现嫦娥四号中继星的激光测距,需要开展月球激光测距(LLR)进行技术验证。中国科学院云南天文台基于1.2m的望远镜研制了共光路LLR系统,在攻克了多项技术难题后,于2018年1月22日成功探测到Apollo 15月面反射器的回波信号,实现了LLR。多次重复实验结果表明,该LLR系统具备极弱激光信号探测能力,系统测量精度达到米级。