导读： 卫星激光测距（Satellite Laser Ranging, SLR）是卫星轨道单点测定精度最高的一种技术，是天文地球动力学一项重要观测手段，与VLBI、GPS技术共同组成空间大地测量新技术。

　　2001年上海天文台与捷克技术大学合作，采用皮秒计时器等技术，对几颗反射器分布较好卫星的单次测距精度达到7-8毫米，测距水平进入国际前列。

　　2003年，上海天文台开展了多波长激光测距技术研究。利用Raman散射技术，获得了683／532／436nm三种波长激光，并对上海天文台原有的激光测距系统进行了相应改造，更换了全部Coude反光镜，建立了可同时接收双波长（683／532nm）的接收系统以及数据采集处理系统，实现了对多颗卫星的双波长测距，获得了一批测量数据，得到了大气改正值，并与大气修正模型进行了比较。该项工作在当时国际上仅少数国家开展过。

　　为紧随国际卫星激光测距发展趋势，2006年上海天文台在国内率先开展了高重复率激光测距的关键技术研究。在国家自然科学基金支持下，研制了千赫兹重复率距离门控电路、开发高实时性测距控制软件和大数据量快速数据预处理软件，通过引进高精度事件计时器，利用重复频率1kHz、能量3mJ、脉宽50ns的半导体泵浦激光器，以上海天文台60cm测距望远镜为平台，于2008年4月26日首次获得了Ajisai卫星的高重复率激光回波信号，为进一步开展高重复率激光测距系统的建立打下了基础。

　　2008-2010年，在国家重大科技基础设施建设项目(陆态网络工程)项目支持下和已有关键技术研究基础上，开展了高重复率激光测距系统建立的工作，通过引进美国PI公司研制的千赫兹重复率皮秒脉宽激光器及测距控制系统进一步改进等，于2009年10月实现了高重复率激光测距常规观测，测距数据量相比低重复率提高了1-2数量级，系统标靶测量精度名列国际前列。2010年8月在国际上采用千赫兹重复率激光器首次实现了36000公里的同步轨道卫星测量。在已有白天激光测距基础上，实现了千赫兹重复率激光测距，系统测距能力达到国际先进水平。

　　近些年，上海天文台在卫星激光测距技术研究的基础上，已在多项延伸领域得到重大发展和应用。

　　空间非合作目标激光测距： 2005-2008年上海天文台在国家重大专项和中科院创新实验室的支持下，与中电11所合作，开展了空间非合作目标激光测距关键技术研究。采用了高功率大能量激光器，改造了发射望远镜和折轴发射系统，光子探测及测距控制系统，建立了一套空间非合作目标激光测距试验系统。2008年7月在国内首次实现了美国火箭残骸和前苏联火箭残骸等多颗目标的激光测距，测量距离达900多公里，测距精度60-80cm，相比地基雷达和光电技术，测量精度提高了1-2个数量级，成为当时国际上三个具备空间碎片目标激光测距能力的台站之一，填补了国内高精度空间碎片激光测距技术的空白。该测量试验的成功开展，为我国空间目标监视与预警等提供一种高精度测量技术，拓展了我国激光测距技术发展领域。2009-2011年，在中科院重大装备项目支持下，对所建立的距试验系统性能进行了改进，实现了最远距离1800公里目标的测量，测量成功率达50%以上，空间碎片激光测距能力达到国际先进水平。我国“十二五”已启动的大口径光电望远镜装备系统中采用了该成果，开展空间目标激光测量，用于空间目标的精密定位、轨道复核、其它测量技术的外部标校等，为高精度监测网建设打下了很好的基础。

　　激光时间比对技术：上海天文台利用激光测距技术，开展了激光时间比对技术研究。1982年在国内首次开展了地面激光时间比对实验，测定了徐家汇和佘山两地铷原子钟的钟差，两分钟内测定钟差的精度为1.3ns，达到国际水平。2003年在实验室内搭建了激光时间比对地面模拟试验系统。试验结果表明，100s时间内得到的平均钟差的精度达到24.1ps，测得两台钟的相对频率稳定度达到/200s，相对频率差为。

　　2004年起上海天文台与航天五院合作，开始研制导航卫星的星载激光时差测量仪，用于开展导航卫星星地激光时间比对。上海天文台承担了激光时差测量仪的总体设计、研制及测试工作。与捷克技术大学合作，研制星载单光子探测器，并结合高精度时间测量单元，使该时差测量仪达到精度高、重量轻、功耗低的效果。2007年4月15日，上海天文台研制的首套星载激光时差测量仪搭载北斗导航卫星发射升空，其中单光子探测器是国际上首次应用于航天工程。2007年12月在国际上首次成功开展了对导航卫星的高精度星地激光时间比对测量试验，星地钟差测量精度好于300皮秒，星载铷原子钟相对地面氢钟的频率差的精度为3×10-14（2000秒）。该试验采用激光手段实现了对星载原子钟性能的评估，在欧洲航天局引起了很大反响，欧空局和国际空间站原子钟试验(ACES)也计划开展激光比对技术研究，以评估星载原子钟性能。在此基础上，后续三套星载激光时差测量仪分别搭载北斗导航IGSO和MEO卫星发射。利用地面1米口径激光测距系统，成功开展了对导航卫星的星地激光时间比对测量，测量结果达到设计技术要求。在此影响下，德国、捷克等科学家建议在Galileo卫星上安装激光比对设备，并进行了预研。

　　北斗导航卫星高精度激光测距系统：2006-2011年上海天文台为北斗卫星导航系统研制了1米口径卫星激光测距系统，用于导航卫星激光测距，实现导航卫星的轨道复核、星地时间同步、无线电测量设备外部标校等。2009年4月该测距系统开始对导航卫星进行激光测距，至今已获得大量激光数据，测距精度好于3厘米，在导航卫星的精密定轨、星地时间同步等方面发挥了重要作用。该测距系统在国际上首次实现了同步轨道卫星的白天激光测距，作用距离最远达41000公里，是一套测量能力极强的系统，达到国际领先水平。

　　卫星激光反射器：上海天文台从1999 年开始研制卫星激光反射器，2002 年在国内首次将激光反射器成功应用到神舟四号轨道舱，开展神舟四号飞船激光测距，实现高精度测轨，单次测距精度达到1－1.5厘米，并实现了对地影中的轨道舱进行“盲测”，取得了大量数据，使轨道舱测轨精度有数量级提高，受到卫星测控专家的高度重视。获得2004年军队科技进步二等奖。2003年完成了北斗03星激光反射器的研制，并实现对其测距，测程达37000公里。2004 年起，上海天文台承担了北斗卫星导航系统的全部卫星激光反射器设计和研制任务。2007 年4 月发射的北斗导航试验卫星MEO，于2008 年11 月参加国际联测。通过与国外其它导航卫星激光联测的回波信号对比，MEO试验星返回的信号显著强于其它卫星，表明上海天文台研制的激光反射器性能达到国际领先水平。由于该卫星激光反射器具有重量轻、回波信号较强和测量精度高等特点，已被国际激光测距组织确认为目前最佳设计，其独到设计、加工已引起美国宇航局、欧洲航天局、俄罗斯航天局同行的关注。上海天文台为北斗导航卫星研制的激光反射器获得2011年上海市科技进步三等奖。

　　至今，上海天文台激光反射器已形成两类产品：一类适用于中高轨卫星，轨道高度20000-36000公里；第二类适用于300-1500 公里的低轨卫星。多套产品已出口到韩国，产品性能得到国际认可。

　　在天宫一号和神舟八号航天器完成交会对接任务中，上海天文台为天宫一号航天器研制了激光雷达近场/远场合作目标，用于配合激光雷达完成对目标的搜索、捕获、跟踪测量，实时获取目标相对距离和角度等测量参数，在我国首次空间交会对接技术中起到关键作用。天宫一号合作目标是继神舟四号、实践七号、试验一号卫星、北斗导航卫星激光反射器任务之后，上海天文台研制的激光合作目标类产品在航天领域的又一重大成绩。

　　中国激光测距网：上海天文台作为中国卫星激光测距网的负责单位，负责观测的组织协调，统一观测规范，合作进行技术改造，进行新新技术、新器件的试验应用，取得经验后推广到其它站，有效提高了全网水平。上海天文台在2001-2002年先后为西安激光站和长春激光站改造伺服控制系统及其测距控制软件，使上述两台站的激光测量能力有了很大提升。2009-2010年负责改造了中国测绘科学研究院北京房山激光站的测距控制、全套测距软件等，为该站顺利通过陆态网络工程中心国家级验收起到重要作用。同年又为西安激光站进行了系统级的改造，除望远镜转台外，更新了全部设备，包括激光器、计时器、伺服跟踪系统等，完成了千赫兹重复激光测距和流动站到固置站的改造，最远测量距离达2万多公里，超额完成了改造技术要求，获得了陆态网络工程中心的好评。

　　在上海天文台的组织协调下，中国卫星激光测距网的台站测量能力取得了很大进步，其中长春激光站天气好、系统维护好，2011年国际激光测距季报统计中，该站观测数量在全球50多个台站名列前三名。上海和长春两站的地心坐标的精度已达到3－4毫米, 成为国际主要基准站。在中国激光测距网的协助下，国家天文台为阿根廷研制了一台60cm口径激光测距仪，参加了中国卫星激光测距网的联合观测，使中国激光网地域覆盖大大改善，有利于我国激光卫星的精密定轨。该站观测圈数多次在全球激光测距数据季报统计中名列前五名。

　　上海天文台组织国内激光测距网各台站，对国内多颗卫星开展了激光联测工作，并与国际激光测距网执行局协调，完成了海洋二号卫星、北斗导航卫星的国际激光联测申请工作，实现了这些卫星国际激光联测，建立起与国际激光服务组织的交流机制，为后续国际联测建立桥梁，对扩大我国激光卫星的国际影响力有重要意义。

转载自http://laser.ofweek.com/2012-08/ART-240001-8120-28631173_3.html