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1、激 光 测 距 一、脉冲激光测距一、脉冲激光测距 由激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后由激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后接收系统接收目标反射回来的光脉冲，通过测量接收系统接收目标反射回来的光脉冲，通过测量光脉冲往返的时间来算出目标的距离：光脉冲往返的时间来算出目标的距离：t t 的测量：的测量：在确定时间起始点之间在确定时间起始点之间用时钟脉冲填充计数。用时钟脉冲填充计数。t t开始结束t=Nt=N T T时钟脉冲测程远，精度与激光脉宽有关，普通的纳秒测程远，精度与激光脉宽有关，普通的纳秒激光测距精度在米的量级激光测距精度在米的量级。二、连续激光相位测距二、连续激光相位测距 采用无线电波
2、段的频率对激光束采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一次进行幅度调制并测定调制光往返一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，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所需的时间。方法测定出光经往返所需的时间。t t短距离、短距离、高精度，高精度，精度可达精度可达毫米级。毫米级。三、卫星激光测距三、卫星激光测距 作为激光测距应用的最重要成果之一作为激光测距应用的最重要成果之一 卫星激光测距（卫星激光测距（Satellite Laser Satellite Laser Ranging,Ran
3、ging,简称为简称为 SLRSLR）技术起源于二十）技术起源于二十 世纪六十年代，是目前单次测距精度最高的卫星世纪六十年代，是目前单次测距精度最高的卫星 观测技术，其测距精度已达到毫米量级，对卫星的观测技术，其测距精度已达到毫米量级，对卫星的 测轨精度可达到测轨精度可达到 1-3 cm1-3 cm。卫星激光测距技术集光机电于一身卫星激光测距技术集光机电于一身,涉及计算机硬软件技术涉及计算机硬软件技术,光学光学,激光学激光学,大地测量学大地测量学,机械学机械学,电子学电子学,天文学天文学,自动控制自动控制学学,电子通讯等多种学科。因此电子通讯等多种学科。因此SLRSLR测距仪系统十分复杂测距仪
4、系统十分复杂,消耗消耗较大较大,故障率较高故障率较高,同时受天气因素制约同时受天气因素制约,维护起来也比较困难维护起来也比较困难,需要花费较大的人力物力需要花费较大的人力物力,但它又是目前精度最高的绝对观测但它又是目前精度最高的绝对观测技术手段。技术手段。卫星激光测距系统卫星激光测距系统按照各部分用途大致分卫星激光测距系统按照各部分用途大致分 为：为：激光发射激光发射、激光接收激光接收、信息处理信息处理和和信息信息 传输传输四大部分。四大部分。激光发射部分激光发射部分的作用是产生峰值功率高，光束发散的作用是产生峰值功率高，光束发散 角小的脉冲激光，使其经过发射光学系统进一步准角小的脉冲激光，使
5、其经过发射光学系统进一步准 直后，射向所测卫星。直后，射向所测卫星。激光接收部分激光接收部分是接收从被测卫星反射回来的微弱激光脉是接收从被测卫星反射回来的微弱激光脉冲信号，经接收光学系统聚焦后，照在光电探测器的光冲信号，经接收光学系统聚焦后，照在光电探测器的光敏面上，使光信号转变为电信号并经过放大。敏面上，使光信号转变为电信号并经过放大。信息处理部分信息处理部分的主要作用是进行卫星测站预报，跟踪卫的主要作用是进行卫星测站预报，跟踪卫星，测量激光脉冲从测距系统到被测卫星往返一次的时星，测量激光脉冲从测距系统到被测卫星往返一次的时间间隔间间隔t t，并准确显示和记录在计算机硬盘上，再由人工，并准确
6、显示和记录在计算机硬盘上，再由人工或自动方式形成标准格式。或自动方式形成标准格式。信息传输部分信息传输部分的作用是通过通讯网络接收轨道预报参数的作用是通过通讯网络接收轨道预报参数和其它指令（下传），上传观测结果所形成的标准格式和其它指令（下传），上传观测结果所形成的标准格式数据等。数据等。卫星激光测距系统组成卫星激光测距系统功能分为七大分系统：卫星激光测距系统功能分为七大分系统：望远镜转台分系统望远镜转台分系统激光器分系统激光器分系统光电接收分系统光电接收分系统伺服驱动控制分系统伺服驱动控制分系统测距控制分系统测距控制分系统微光导星分系统微光导星分系统软件分系统软件分系统测 量 原 理测距精度
7、与激光脉宽测距精度是由于激光脉冲前后沿时测距精度是由于激光脉冲前后沿时间差造成的；间差造成的；因此激光脉冲宽度影响测距精度：因此激光脉冲宽度影响测距精度：脉宽脉宽10ns10ns100ps100ps10ps10ps测距精度测距精度3m3m3cm3cm3mm3mm表：测距精度与脉宽的比较表：测距精度与脉宽的比较卫星激光测距主要指标与激光器分系统的关系测距精度测距精度-激光脉宽激光脉宽.测程（近地星、远地星）测程（近地星、远地星）-激光能量、激光能量、发散角发散角.回波率回波率-激光能量、发散角、激光脉冲激光能量、发散角、激光脉冲重复频率重复频率.注：测距精度还受光电接收分系统的影响；回波率与天气
8、注：测距精度还受光电接收分系统的影响；回波率与天气好坏关系较大。好坏关系较大。卫星激光测距之 激光器发展历史激光器发展历史第一代：1964年，调Q激光器，脉宽ns，测距精度3m；第二代：7090年代，主被动锁模激光器，脉宽100ps，测距精度3cm；第三代：SESAM锁模，50Hz;第四代：SESAM锁模，KHz，精度 1cm；第五代：双波长激光器，去除大气干扰。卫星激光测距之-激光器激光器：总的来讲在其它条件相同时，发射激光的脉冲能量越高，脉宽越窄，重复率越高，峰值功率越大，则系统的测距能力越高。千赫兹皮秒激光器为第四代卫星激光测距之激光器。千赫兹皮秒激光器为第四代卫星激光测距之激光器。下一
9、代卫星测距用激光器为双波长激光器。下一代卫星测距用激光器为双波长激光器。测 距 误 差 分析（1 1）测距系统仪器误差测距系统仪器误差激光脉冲宽度误差激光脉冲宽度误差时间间隔测量误差时间间隔测量误差主波计时探测误差主波计时探测误差回波计时探测误差回波计时探测误差时钟同步误差时钟同步误差时钟频率标准误差时钟频率标准误差（2 2）卫星反射器误差卫星反射器误差反射器质心修正值误差反射器质心修正值误差 （3 3）系统延迟测量误差系统延迟测量误差地靶距离标定误差地靶距离标定误差地靶常规标校测量误差地靶常规标校测量误差（4 4）气象参数采集和大气修正模型误差气象参数采集和大气修正模型误差我国卫星测距站卫星激光测距 应用 卫星激光测距卫星激光测距Satellite Laser Satellite Laser RangingRanging（SLRSLR）是随着现代激光、光电）是随着现代激光、光电子学、子学、计算机和空间科学发展而建立起来的一计算机和空间科学发展而建立起来的一门崭新观测技术。由于它具有独特的测门崭新观测技术。由于它具有独特的测距方式和较高的测量精度距方式和较高的测量精度,已在地学领域已在地学领域广泛应用。广泛应用。目前目前,其观测资料已可用于地其观测资料已可用于地球物理学球物理学,地球动力学地球动力学,大地测量学大地测量学,天文天文学和地震预报等多种学科。学和地震预报等多种学科。