中科院国家天文台长春人造卫星观测站卫星激光测距研究室介绍

　　卫星激光测距(SLR - Satellite Laser Ranging)是一种空间大地测量技术。地面站精确测量激光脉冲信号从测站到安装有合作目标的卫星之间的往返时间，计算出测站到卫星之间的瞬间距离。长春人卫站卫星激光测距组从1982年起开展卫星激光测距（SLR）工作，1985年换代改造成第三代卫星激光测距系统，1987年首次测到地球动力卫星（LAGEOS）。1991年，长春站对激光测距系统进行了改造，实现了计算机全自动控制，对预报、跟踪、数据采集、数据处理、数据发送等都进行了改进和提高，并采用微光摄像技术进行卫星观测和监视，观测数量也有了明显提高。目前，长春SLR系统可以测量38000km以内的激光卫星，单次测量精度小于2cm，每年可观测5000圈以上的数据，在国内位居第一，在全球四十多个观测站位于前十名。

　　1997年长春站与日本、捷克及上海天文台同行合作，对测距系统进行了重大改造，建立了一套标准校准系统（PCS），采用C-SPAD光电探测器件，同时更新了一些外围设备，使长春站的观测精度与数量有了很大提高。系统性能较大提高，观测质量和数量有了质的飞跃，单次测距精度由原来的5-7厘米提高到1-2厘米，标准点精度达到4-7毫米，系统的长期稳定性由4厘米提高到1厘米以下，观测数量从1000多圈增加到3000圈以上，整体性能已进入国际激光测距网先进行列。

　　 2002年在神州4号飞船成功进行卫星激光测距，获得大量数据。2006年，与中国电子科技集团公司北京十一所合作的Galileo卫星激光测距的观测服务项目，长春站在短短的三个月的时间对系统进行了改造，提高系统的探测能力，使系统能够满足常规观测欧洲Galileo计划的能力。2007年，国内首次应用事件计时器，提高了观测频率。与上海天文台合作，开展北斗二代卫星MEO的跟踪观测，取得成功；参加国际联测，成功观测到日本的ETS-8(3,8000KM)同步轨道卫星。2008年成功完成白天卫星激光测距实验。

　　2009年年初定制美国photonics激光器。7月21日长春站完成KHz测距的最终调试，使用自主研发的KHz控制系统，针对KHz测距的特点，及时完善新的技术，包括数据的实时识别，自动距离门、自动时间偏差、自动距离门设置、海量数据处理方法等，正式向国际提供常规SLR观测数据。8月13日完成白天测距的前期准备，采用多种滤波方式降低背景噪声，开始常规白天KHz激光测距，单日最好的记录为70圈数据，其中白天观测最高26圈加4晨昏，半年累计白天测距数据1200多圈，实现常规白天KHz测距运转。白天观测到所有的近地星及LAGEOS卫星，特别是一些特殊的轨道卫星，只有白天经过长春站，也为我国今后的此类卫星精密定轨提供有力的支持和保障。

　　长春站卫星激光测距系统为“七五”、“八五”、“九五”国家攀登计划项目“中国地球动力学研究”、国家重大科学工程“中国地壳运动观测网络”等研究项目提供了大量的、高质量的观测数据，发挥了重要作用，是目前国内数据产出量最多的卫星激光测距系统。

　　 研究室定位

　　以卫星激光测距系统为研究平台，以合作目标的激光测距技术为主要研究对象，逐步拓展到非合作目标激光测距领域，开展KHz激光测距数据应用和分析工作，为天文地球动力学的学科发展做出重要贡献。 　　

　　面向天文地球动力学的国际前沿和国家需求，以卫星激光测距技术为研究核心，开展常规观测工作，以不断提高系统稳定性和数据质量为前提的系统改进，逐步开展数据应用及分析研究。

　　主要研究方向：

　　研究方向1：卫星激光测距技术的研究，不断提高测量精度和自动化水平。

　　卫星激光测距技术是一项综合技术，涵盖激光、电子、微光探测、自动控制、、精密机械、天文测量和卫星轨道计算等多个学科领域，各学科日新月异的发展推动激光测距技术的进步。激光测距技术的发展方向：一是应用各种方法和手段提高测距精度和观测数据量;二是提高激光测距系统的自动化程度，减少人力和物力的消耗。

　　研究方向2：卫星激光测距技术的应用研究。

　　1）KHz测距技术的应用拓展及非合作目标的监测。

　　借助KHz激光测距平台，逐步拓展该技术的应用范围，如利用后向散射测大气，激光辅助照明等领域。非合作目标的监测。

　　2）开展KHz数据的应用和分析。

　　全新的KHz激光测距技术带来海量的数据，逐步开展海量数据的处理、分析和应用是研究工作，目前研究KHz数据精密测定特定卫星自转参数的已经有初步结果，细致的谱分析和进一步的。

　　科研进展

　　1）、KHz激光测距：

　　KHz激光器结合ps事件计时器及自主研发的KHz控制系统，针对KHz测距的特点，完善新的技术，包括数据的实时识别，自动距离门、自动时间偏差、自动距离门设置、海量数据处理方法等，2009年7月21日正式向国际激光网提供常规SLR观测数据。

　　2）、常规白天测距：

　　具有常规白天对地球动力学卫星（Lageos）等卫星的激光测距能力。2009年8月13日完成白天测距的前期准备，采用多种滤波方式降低背景噪声，开始常规白天KHz激光测距，白天观测最高观测26圈加4圈晨昏数据。单日最好的记录为观测到70圈数据。观测到所有的近地星及LAGEOS卫星，特别是一些特殊的轨道卫星，只有白天经过长春站，也为我国今后的此类卫星精密定轨提供有力的支持和保障。常规白天KHz测距的实现提高近30%的数据量。

　　观测数据的应用领域

　　精确测定卫星的地心位置，从而可以精确监视和预报卫星的运动；精确测定地面台站相对地心的位置和运动(目前的精度分别达到毫米和毫米/每年量级)，从而可以监测板块构造运动和地壳的水平和垂直形变，并进而为地震预报提供重要信息。SLR全球网已经成为国际地球参考架(ITRF)的重要组成部分；

　　精确测定地球自转参数(日长和极移)，以提供ITRF与国际天球参考架(ICRF)之间的联系，并为揭示地球系统各圈层间的质量重新分布和角动量交换作贡献；

　　对用于测量海面地形、陆地地形和陆冰体积变化等的空载雷达测高仪进行精确轨道测定，可以将测高系统的漂移从长期海洋地形中分离出来，从而大大提高雷达测高的精度；

　　精确测定地球重力场随时间和空间的变化，从而测定地球系统质量重新分布产生的效应，为研究长期气候变化作贡献；对Lageos的长期观测提供了最精确的GM(万有引力常数与地球质量的乘积)测定值，并已证实GM值没有长期变化。

　　SLR观测可用来确定海洋和地球潮汐；

　　SLR可以对广义相对论预测进行验证；

　　SLR还可用作纳秒(毫微秒)级全球时间传递的工具。

　　在研项目

　　目前，卫星激光测距组承担着国家大科学工程《中国大陆构造环境监测网络》-长春SLR基准站升级改造项目。基本完成KHz测距及常规白天测距的改造，成为国际上两个常规KHz测距站之一，观测数量和质量大幅提升。今后，将逐步开展KHz数据的应用和分析研究工作。

　　队伍成员

　　主　　任：韩兴伟 副研究员

　　人员组成：

　　研究室现有固定人员7人。研究员2名；副研究员1名；高级实验师1人，工程师2人，助工1人；流动人员5人（其中客座研究人员2人，硕士研究生3人）。

　　仪器设备

　　1）、60厘米卫星激光测距仪

　　口径60厘米，最大测程3.8万多公里，测距精度达1.5厘米，为我国地球动力学、卫星精密定轨、卫星大地测量的发展作出了贡献。

　　目前系统性能如下：

　　系统测距频率： 高重复频率激光测距：1KHz。

　　系统测距精度： Lageos卫星达到6～12mm（均方差）精度。

　　系统探测能力： 最大测距为3.8万公里（同步卫星）。

　　系统观测数量： 每年可获得5000圈左右，列国际前十名之内。

　　2）、各类测试设备和仪器

　　时间间隔计时器（HP5370B和SR620）、事件计时器（A-032ET）、延时信号发生器（DG535）、GPS时间频率接收机(HP58503A)、示波器（TEK7904、TEK3052和TEK7000）、主被动锁模YAG激光器（80mj/150ps@532.0nm/10Hz）、激光功率计、激光能量计、快速光电探头、恒比定时器（TC454和1428）、脉冲分配器、频率分配器、气象仪MET 3、单光子探测器(C-SPAD)、ICCD、CCD等等。

　　科研成果

　　近5年（2005-2010）主要科研成果：

　　成果获军队科技进步奖二等奖1项；发表各种学术论文近30篇。

　　联系方式

　　联系人：韩兴伟 单　位：中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站

　　地　址：吉林省长春市净月潭西山，130117

　　电　话：************* 或 ***********

　　传　真：*************

　　E-mail：ccslr@cho.ac.cn