卫星激光测距系统皮秒准确度时延标定研究及应用EI北大核心CSCD

卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)以脉冲激光为媒介获取卫星的精确距离,是空间大地测量技术中准确度最高的手段。在传统卫星激光测距系统中,通过测量已知距离的固定靶目标实现系统总时延的标定,对获取单向发射或接收时延的研究较少,这制约了卫星激光测距在激光时间比对、多台站协同测距及行星际激光测距等方面的应用。文中开展皮秒准确度时延标定方法的研究,首先,分析了卫星激光测距系统的时延组成及影响因素;其次,以中国科学院上海天文台卫星激光测距系统为平台,开展电学、光学和光电转换等时延的高精度测量,并将各部分时延组合完成收发时延的标定;最后,分析发射和接收时延标定的准确度,并将时延标定方法应用于地靶距离偏差的校验,验证时延标定方法的可行性。结果表明,发射和接收时延标定的准确度分别优于11 ps和13 ps,地靶距离偏差与国际激光测距组织(ILRS)反馈值相差仅11 ps。     

卫星导航时间传递性能的分析与比较

卫星导航系统本身具有时间传递性能,其时间传递技术包括接收机单点定位授时、两站点卫星共视和基于差分技术的相对时间同步,为分布式电子信息系统的固定站点和运动平台间的时间同步提供了高精度的时间同步手段。本文针对卫星导航多种时间传递模式的原理和性能展开分析,对GPS、GLONASS、GALILEO和Compass的时间传递性能进行对比分析。利用两套具有多系统多星座共视的载波相位时间传递技术的时间传递设备开展了长基线时间传递试验,试验结果表明利用卫星导航能够实现的1000km长基线时间传递的最佳精度可达5ns。     

偏振调能技术对SLR数据偏差的改善研究

改善激光观测数据偏差对推动毫米级精度卫星激光测距（Satellite Laser Ranging,SLR）技术在全球大地测量观测系统中应用具有重要作用。系统时延标定误差是激光观测数据偏差产生的主要原因,其中地面靶目标测量与卫星测量时的系统差异,以及单光子探测中激光回波强度所引起的光子探测时间游动误差是主要因素。以上海天文台SLR系统为平台,对上述两种测量模式下系统时延及激光回波强度差异进行了分析和修正。利用激光偏振特性,应用半波片-偏振片组合调能技术,实现两种测量模式下光路的零差异切换以及回波强度的实时控制,有效减少光路不同和探测器时间游动效应,激光数据偏差改善了10~20 mm,达到了国际SLR数据质量标准要求。激光偏振技术也可用于高重复率激光测距的激光后向散射规避,提高激光回波数,具有很好的应用推广价值。     

1064 nm波段白天背景噪声分析及应用研究

卫星激光测距(SLR)是目前卫星单点距离测量精度最高的技术,已成为高精度测量领域不可或缺的手段。国际上大多数SLR台站采用532 nm的工作波长,在白天测距中存在天空背景噪声大、有效回波识别困难等问题,影响了台站的白天测距数据产出。鉴于白天1064 nm 波段天空背景亮度低,理论上对比分析计算了1064 nm波段与532 nm波段的系统噪声强度。并在晴好白天开展了1064 nm波段的噪声测量,并与532 nm波段的测距系统噪声进行了比较,数据结果与理论分析基本一致。在此基础上,开展了晨昏时段的1064 nm卫星激光测距实验,并获得了多圈次卫星的有效回波数据,为1064 nm的白天卫星激光测距打下了技术基础。     

利用电视系统传递标准时间频率

利用电视系统传递标准时间频率是一种既经济方便又能获得较高传递精度的方精。中国计量科学研究院和中央电视台经长期合作研究，确定了利用电视系统传递标准时间频率的技术方案，由中国计量科学研究院承担了研制任务，后于1984年初通过中央电视台进行传递试验，取得了在北京地区时间传递精度优于10ns、准确度优于100ns，在外地（哈尔滨、武汉）两城市测得精度均优于100ns、准确度优于200ns的结果。     

一种针对转发式欺骗干扰信号的负延时补偿方法

针对卫星导航转发式欺骗干扰中转发信号存在负延时需求而工程上又无法实现的问题,提出了一种负延时补偿方法。该方法根据预设欺骗位置,通过转发式欺骗干扰延时算法,获得各卫星信号通道所需转发延时量;然后基于接收机钟差最小化原则选取最优的延时修正量添加到所有通道的转发信号中。理论分析和仿真结果表明,该方法不影响接收机的定位结果,消除了负延时无法实现的问题对转发式欺骗干扰的限制。     

导航卫星激光反射器技术发展综述

卫星激光角反射器(laser retro-reflector,LRR)作为SLR系统空间载荷部分,装载在卫星表面,其作用是增强星体目标对激光信号的反射率,实现星地距离的精密测距。导航卫星激光反射器是星载激光反射器应用的一个主要分支,本文主要就导航卫星激光反射器国内外技术发展现状、光机设计主要问题、未来趋势和研究方向进行了扼要的评述、讨论和展望;所叙述的内容对其他类型激光反射器的设计同样有借鉴作用。     

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。     

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。     

SBG加装卫星激光测距仪研制报告

SBG型卫星跟踪望远镜加装激光测距仪可对人造卫星测距和测向。本文重点介绍该仪器的装置情况,主要技术性能;介绍总体设计方案,解决的主要技术问题和激光测距的主要试验结果。利用接收概率公式、测距方程和分配的激光发射、激光接收等部件技术指标、参数对激光测距系统的作用距离和测距精度进行理论分析和计算。地面水平激光测距和卫星激光测距结果表明,理论分析和计算结果是正确的,达到和超过了原设计指标。云南天文     

基于BDS的卫星双向时间比对性能评估试验

文章介绍了基于BDS的卫星双向时间比对的基本原理,描述了BDS卫星双向时间比对系统概况,设计了双星条件下的卫星双向时间比对性能评估试验方案,开展了有关试验,结果表明基于两个GEO的卫星双向时间比对链路高度一致。该试验对于卫星双向时间比对系统性能测试评估具有一定的借鉴意义。     

国际试验确认卫星线路的性能

国际试验确认卫星线路的性能由日本通讯研究实验室和美国喷气推进实验室组成的一研究组正在进行日本工程试验卫星（ＥＴＳ－ＶＩ）和美国地面站之间的激光通信试验。预计跨越整个１９９６年的该试验，其目的是检验空间一空间激光通信和地面一空间激光通信系统的性能。最近...     

GPS射频转发技术与应用

GPS射频转发技术是卫星导航领域的一项新技术，有着广阔的发展前景。本文主要介绍了GPS射频转发技术的原理，并列举了我们研制的一种GPS射频转发系统的实施过程以及试验结果。     

高重复率卫星激光测距中后向散射干扰及规避

大气后向散射对高重复率卫星激光测距（Satellite Laser Ranging,SLR）的回波接收产生干扰且随测量频率增加愈发严重,已成为制约SLR工作频率提升的关键因素之一。根据大气散射雷达探测方程,分析了探测系统接收到的大气后向散射光功率及对回波接收的影响,以上海天文台现有收发分离的SLR系统为平台,通过试验验证了分析的合理性;据此厘清后向散射干扰产生时序,给出基于激光发射时序控制的后向散射规避方法。通过在高重复率距离门控电路中添加激光点火信号产生模块,并实时判断后向散射干扰情况以控制点火信号是否延迟输出,基于FPGA（Field Programmable Gate Array）完成了后向散射自动规避电路,成功应用在上海天文台高重复率SLR的常规观测中,实现了对散射的完全规避,且对Lageos等重点激光卫星的平均点火频率下降率低于2%,具有很好的推广应用价值。     

再入遥测系统GPS精密授时技术研究

从再入遥测系统时间对统一勤务信号时期基准及独立系统时时间同步的需要出发，深入论述了ＨＧＰＳ时间系统、ＧＰＳ时间传递技术、ＧＰＳ卫星时钟校正用户算法，并对ＧＰＳ时间传递精度进行了分析计算。文中提出用联测共视卫星时间传递技术消除时间系统误差，用平涔测量降低时间随机误差，探索独立系统间毫微秒时间同步技术。     

卫星激光通信技术现状及应用展望

简单介绍了卫星激光通信技术的特点，以及空间激光通信技术的迫切需求。总体上构建了一个卫星激光通信的系统．并详细分析了卫星激光通信的关键技术和影响卫星激光通信性能的因素。最后结合国内外卫星激光通信技术的发展现状和水平，提出了我国大力发展卫星激光通信技术和应用系统的建议。     

传递函数快速相关法的激光测速技术研究

激光技术测量是实现传送带、热轧钢板等运动物体测速的主要手段，为了改善测量精度和响应速度，提出系统传递相关分析测速技术。采用计算发射端和接收端之间两路信号的系统传递函数进行相关性分析的方法，进行了理论验证和实验分析，得到了相对误差小于0.1%的实验结果。结果表明，利用系统传递函数相关分析构建激光测速系统，代替解调电路，简化信号调理电路，可降低电路部分引起的不确定度；互功率谱函数法实现快速相关分析和频域求得系统传递函数，可提高系统响应速度；合理设置发射端间距，取样积分提高测量信噪比，降低环境引起的不确定度，测量不确定度小于0.2%。该研究对传送带速率的实时测量有一定指导意义。     

卫星转发器增益衰减对转发式卫星导航通信系统入站链路性能影响分析

在卫星通信系统中,卫星是一个很重要的环节,卫星转发器的参数在一定程度上决定着整个系统的性能.转发式卫星导航系统是一个导航通信一体化的系统,通信系统中的微小卫星终端由于其发射天线波束宽,从邻星干扰方面考虑,远区卫星还处在微小卫星终端的主瓣内,因此发射功率受到了限制,是一个很明显的上行功率受限的系统.为了缓解对发射终端的压力,文中对卫星转发器的增益表减档对整个通信系统的性能影响进行了分析,得到的结果显示,在转发器增益衰减档减小时,整个系统的性能可以得到提高,试验结果也表明,对于微小卫星终端系统,卫星转发器的增益档设置在2dB左右比较适宜.     

高自动化卫星激光测距系统研究与设计

卫星激光测距(SLR)技术因测量精度高而广泛应用,但由于涉及多门学科领域使得系统复杂,制约了自动化水平提高,影响着该技术的发展和推广应用。基于上海天文台SLR系统平台,分析了SLR的操作流程,提出光学系统、伺服系统、控制系统及远程监控管理系统等自动化发展方向,设计了角秒级精度光束指向瞄准方法,研制了精度为1″的小型化伺服控制系统,实现了观测模式的快速切换,并搭建远程监控管理系统,使整个SLR系统的自动化能力得到提高,减少了人力操作,提高了观测效率。应用上述研究成果,在国内成功进行了SLR的远程控制实验,实现了SLR系统的异地操作和监控,为SLR的全自动化及远程控制应用奠定了技术基础。     

高精度事件计时器的设计与实现

高频率、大范围和高精度是现代卫星/月球激光测距(SLR/LLR)的发展趋势,需要高精度事件计时器作为其时问测量单元.分析研究了事件计时器测量时间的原理,并基于时间数字转换(TDC)和现场可编程门阵列(FPGA)技术,用TDC芯片测量微小时间间隔,同时结合FPGA芯片设计和实现整个高精度事件计时器.进行了信号周期测量实验,结果表明,该测量仪准确度高,标准偏差值优于50 ps,系统误差小于11 ps,量程为24 h,温度漂移小于100 fs/℃,短期稳定性好于±3ps/h.