[发明专利]一种信号回波率实时可控的卫星激光测距系统、方法及装置

说明书

本发明属于激光测距技术领域，具体涉及一种信号回波率实时可控的卫星激光测距系统、方法及装置。所述系统还包括：激光器、激光能量控制系统、回波信号综合模拟系统、发射望远镜、主波取样电路、计数器，接收望远镜、主波取样电路和计数器；所述激光器用于产生光脉冲，与所述激光能量控制系统连接，产生的光脉冲将进入所述激光能量控制系统中；所述激光能量控制系统分别与回波信号综合模拟系统、发射望远镜和主波取样电路连接；所述主波取样电路和所述计数器连接；所述计数器与所述接收望远镜连接。提高了系统精度，改善了系统的稳定性及有效性。

技术领域

本发明属于激光测距技术领域，具体涉及一种信号回波率实时可控的卫 星激光测距系统、方法及装置。

背景技术

作为目前空间大地测量技术中测量精度最高的技术之一，卫星激光测距 (SLR)技术是一项综合技术，涵盖激光、电子、微光探测、自动控制、精密 光学机械、天文测量和卫星轨道计算等多个学科领域,对监测大陆板块移动、 地壳形变、地球自转和极移及地球和海洋潮汐变化等研究具有重要意义。随 着光电器件的飞速发展及应用需求的不断增长，具有高精度、大范围、高重 频、远距离测量及昼夜可观测特点的SLR技术现已成为天文地球动力学的研 究热点之一。

目前，SLR系统主要由激光器、望远镜和跟踪机架、单光子探测和时间 测量、控制和监视、卫星预报和数据处理等五个子系统组成。在SLR过程中， 地面观测站根据卫星预报引导望远镜跟踪目标卫星后，激光器发射激光脉冲 至目标卫星，并由目标卫星表面的角反射器反射回地面观测站，同时利用接 收望远镜将回波信号输送至时间测量分系统，最后通过测出激光脉冲往返地 星间的时间Δt，获得地星间的距离R。

作为评价SLR系统性能的重要指标，系统的测距精度主要由激光器输出 的激光脉宽的上升时间抖动，主波取样定比的时间游动，精密时间间隔计数 器的测时精度，星体质心修正的不确定性，光电头的时间抖动，接收定比的 时间游动，及大气修正的精度的影响等决定，由电子测量理论可以得出，系 统的测距精度为：其中，△σ₁：激 光器输出的激光脉宽的上升时间的抖动；△σ₂：主波取样定比的时间游动；△σ₃： 精密时间间隔计数器的测时精度；△σ₄：星体质心修正的不确定性，此值一 般很小，如对LAGEOS为2-3mm(20ps)；△σ₅:光电头的时间抖动；△σ₆：接 收定比的时间游动；△σ₇：大气修正的精度的影响。

可见，为了提高系统测距精度，减小系统误差，消除系统器件的时间抖 动是一条有效途径。目前，绝大部分测站，包括欧洲、澳大利亚、日本以及 所有的中国测站均采用SPAD作为系统的探测器件。SPAD作为激光回波的探 测器，对数据偏差的影响主要体现在探测器存在时间游动，即由于入射到探 测器的激光脉冲分布不同，渡越时间不同以及电子学抖动时间不同，探测器 响应时间不同。由文献可知，SPAD在不同回波光子下对应的响应曲线较陡， 响应时间较短。反之，单光子情况下，响应时间较长。

当光子入射SPAD后，会产生不同响应的时间，就是时间游动。在不同 脉冲强度情况下输出脉冲上升时间的比较。强度大的脉冲时间响应快。有文 献指出，随着回波率提高，SLR系统测距精度逐渐减小后趋于不变，但过高 的回波率对SLR探测系统的探测器及高灵敏度器件将造成不可逆转的损害及 硬破坏。

在实际工作中，SLR是一个非常复杂的过程，回波率受激光强度、激光 光束的发散角、大气湍流、大气传输特性、观测目标特性、望远镜指向误差、 距离、接收孔径大小等多种因素的影响。对于一个硬件参数确定的系统，影 响系统信号回波率的主要因素为激光的观测目标特性及大气传输特性等。