激光测卫和激光测月.pptx

激光测卫和激光测月 小组成员：戴伟 宋文涛 范先铮 2013.10 目录 激光测卫测月的发展背景 激光测距的基本原理 激光测卫(Satellite Laser Ranging ,SLR)和激光测月(Lunar Laser Ranging ,LLR) 激光测卫测月的应用 激光测卫测月的发展背景 激光测卫测月是六十年代中期发展起来的研究地球动力学和大地测量基本问题的一种重要手段。它的迅速发展的历史和已经取得的成就可以说明它在科学技术上和实用上的重要性。 六十年代初, 激光技术刚问世不久, 就有科学家把激光脉冲射向月球表面, 并用大型天文望远镜获得了回波。 1964年10月, 美国发射了第一顺带角反射器的卫星——探险者22号。不久, 即获得了激光测距数据。其后, 美、法等国又陆续发射了一些带角反射器的卫星。 1969年7月阿波罗11号登月, 在月面安放了一组角反射器, 为高精度测月提供了条件。随后, 美、苏又各放上二组角反射器。 1976年5月4日, 美国发射了一颗专供激光测距用的“ 激光地球动力学卫星” (Lageos )。它的密度很大, 轨道高约5900公里,偏心率很小, 倾角110度, 表面密布了426块角反射器, 轨道稳定, 几乎不受地球重力场的干扰, 因而可以获得极高的预报精度和测距精度。 它的发射成功, 使激光测卫工作进入了一个新的阶段。 激光测距的基本原理 用安装在地面测站的激光测距仪向安装了后向反射棱镜的激光卫星发射激光脉冲信号； 该信号被棱镜反射后返回测站，精确测定信号的往返传播时间； 进而求出仪器到卫星质心间的距离。 目前的测距精度可达1cm左右。 用公式可表示为： d=c*t/2 激光测距系统主要包括： 地面部分 包括了激光发生系统、激光光学发射和接收系统、光学系统转台、激光脉冲接收处理系统、时间间隔计数器、时间系统，标校系统、计算机控制记录系统、基石、电源系统、保护系统，最后为数据传输系统。 空间部分 空间部分为带后向反射镜的卫星。 激光测卫改正数 激光测距观测值误差改正 测距仪仪器常数改正 不同仪器之间的常数改正 地面大气延迟改正 观测时间改正△t= △t1+ △t2+ △t3 △t1为工作钟与标准时间之间的差异； △t2为工作钟取样时刻和激光脉冲信号的发射时刻之间的差异，也称为触发延迟改正； △t3为信号传播时间改正，从激光脉冲离开测距仪至到达卫星间的时间，△t3=S/c 大气延迟改正 卫星上的反射棱镜偏心改正 潮汐改正 相对论改正 激光测卫 激光卫星测距原理 D=C.⊿t/2+ ⊿D ⊿D为测距改正数 激光卫星测量系统 激光测距系统 主要包括地面部分和空间部分 空间部分为带后向反射镜的卫星 地面部分则包括： 激光发生系统、激光光学发射和接收系统、光学系统转台、激光脉冲接收处理系统、时间间隔计数器、时间系统； 标校系统、计算机控制记录系统、基石、电源系统、保护系统； 最后为数据传输系统。 激光卫星测量系统 常用卫星： 专用卫星： Lageos卫星 Starlette卫星 非专用卫星： ATS-6 海洋卫星Seasat-1 海洋地形试验卫星Topex/Poseidon 部分GPS卫星等。 这些卫星之所以安装激光反射棱镜，主要是把激光测距作为一种定轨的手段。 激光卫星测量系统 激光仪分类 1)按激光类型来分 脉冲式：激光波段的电压强度 相位式激光测距仪 用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟； 再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间。 t=φ/ω， D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω =c/(4πf) (Nπ+Δφ)=c/4f (N+ΔN) 激光卫星测量系统 激光仪分类 2）根据其构造及精度分 第一代： 脉冲宽度在10～40ns，测距精度约为1—6m。多数采用带调Q开关的红宝石激光器。 第二代：脉冲宽度2～5ns，测距精度为30～100cm,多数采用了脉冲分析法 ； 第三代：脉冲宽度为0.1～0.2ns,测距精度为1～3cm，多数采用锁模Nd:YAG激光器 。能在计算机控制下实现对卫星的自动跟踪和单光子检测技术。 激光卫星测量系统 激光测卫站 中国 已经建立固定站 武汉、上海、长春、北京和昆明等5个激光测卫站。 流动激光测卫站 乌鲁木齐，拉萨 激光卫星测量系统 激光测卫站 国际上 目前在工作的SLR站如图所示，图中红色三角形测站表示正在工作的测站，大约有44个站。 观测数据网络：ILS